包头市一次强沙尘暴污染特点分析.pdf

ZONGSHU综述HUANJINGYUFAZHAN包头市一次强沙尘暴污染特点分析林忠，胡越（内蒙古自治区环境监测总站包头分站,内蒙古 包头 014010）摘要：通过对包头市2021年3月14-21日发生的一次强沙尘暴过程中的颗粒物浓度、天气形势场、气象参数、卫星遥感资料进行分析，归纳此次沙尘污染过程特点：1.过程影响程度强，持续时间长，影响范围广，属近十年罕见。2.过程包含沙尘形成、发展、回流、叠加第二波沙尘影响、沙尘清除5个阶段。沙尘起源于蒙古国，蒙古气旋及大风为其提供动力条件。3.在沙尘发展阶段，包头市处于严重污染共27h，期间出现PM10与PM2.5同步为首要污染的少见的现象，第二波沙尘影响程度减弱，颗粒物浓度变化与一般沙尘天气过程变化规律一致。关键词：强沙尘暴；沙尘过程；污染特点；气象条件中图分类号：X16文献标识码：A文章编号：2095-672X(2023)03-0093-08DOI.10.16647/15-1369/X.2023.03.016Analysis of pollution characteristics of a strong dust storm in BaotouAnalysis of pollution characteristics of a strong dust storm in BaotouLin Zhong,Hu Yue(InnerMongoliaEnvironmentalMonitoringCenterinBaotouSubbranch,BaotouInnerMongolia 014010,China)Abstract:By analyzing the pollutant concentration,weather situation field,meteorological parameters,and satellite remote sensing data during a strong dust storm that occurred in Baotou City from March 14 to 21,2021.The resultsshowed that:(1)The process impact degree is strong,long duration,wide range of impact,which is rare in the last decade;(2)The process contains 5 stages,which are development,reflux,superimposed on the second wave of dust impact,dust removal.Sand and dust originate in Mongolia and are powered by Mongolian cyclones and high winds.(3)During the dust development phase,Baotou City was in severe pollution for a total of 27 hours,during which there wasa rare phenomenon of PM10and PM2.5synchronized as the primary pollution.The second wave of sand and dust affectsthe degree of weakening,and the change of particulate concentration is consistent with the change pattern of generalsand and dust weather process.Key words：Strong sandstorm;Sand and dust process;Pollution characteristics;Meteorological conditions93ZONGSHU综述环境与发展HUANJINGYUFAZHAN沙尘天气一般包括浮尘、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴和特强沙尘暴5种类型1。内蒙古地区沙尘多发于春季，近些年沙尘过程有所减少，而2021年影响内蒙古中西部的沙尘过程明显增多2。根据包头市气象局统计结果，包头市2021年沙尘天气为近20年最多，共出现10次大范围沙尘天气过程，平均沙尘日数为11天，较常年偏多3天。结合天气形势场、气象参数、卫星遥感图，对2021年3月14-21日，内蒙古中西部出现的大范围沙尘天气污染过程进行分析，总结沙尘过程中包头市污染特征、天气形势、气象条件变化等规律，为城市沙尘暴污染特征研究提供参考。1分析方法使用2021年3月14-21日内蒙古中西部7盟市空气质量日均值对沙尘过程影响程度进行分析；按照沙尘形成、发展、回流以及叠加第二次沙尘影响、沙尘清除的全过程，使用包头市3月14-20日PM10、PM2.5小时值浓度数据、风级、平均总云量、能见度3项气象参数小时数据，3月14日、15日、17日、19日、21日天气形势高空500hPa、中层700hPa、地面形势场资料以及14日、15日、18日-21日风云四号A卫星沙尘遥感图（WMO合成方案）对污染过程进行分析。2过程分析2021年3月14-21日，内蒙古中西部出现大范围沙尘天气过程(相关城市AQI见表1)，包头经历一次包含强沙尘暴转浮尘天气过程和第二波扬沙天气的连续污染过程，期间共出现2天严重污染，1天重度污染，2天中度污染，1天轻度污染。在生态环境逐步转好且沙尘日数日趋减少气候背景下3，本次沙尘影响程度强，持续时间长，影响范围广，属近十年罕见4。表1 3月14-21日 内蒙古中西部主要城市AQI时间3月14日3月15日3月16日3月17日3月18日3月19日3月20日3月21日阿拉善盟985005005005005008745乌海1015005005005005008355巴彦淖尔2224361963035005009660鄂尔多斯7750050050010711250084包头9950020934310116419482呼和浩特92500175393799811582乌兰察布8235412815772101143642.1沙尘形成3月14日夜间（图1），内蒙古中西部高空处于槽前西南气流控制，冷空气准备向南入侵，700hPa中温度场与高度场接近垂直，系统处于不稳定状态，为沙尘天气形成提供动力条件5。地面图显示冷高压推动蒙古气旋经蒙古国沙源地从北路进入中国，内蒙古中西部已经处于冷锋前部，密集的等压线所示的大风区域也是沙尘形成必须条件6。气象条件中（图2）云量在午后开始有所增加，风力夜间增大至5级，此时能见度同步出现下降，23时小于 1km。卫星遥感监测结果中（图 5）可以看到沙尘起源于蒙古国南部，由于云层遮挡，仅能看到蒙古国境内有沙尘拖尾。空气94ZONGSHU综述HUANJINGYUFAZHAN质量从午后开始转差，颗粒物浓度随冷锋前的静稳均有所上升；夜间风力增大，颗粒物浓度（图3）上升时间略晚于大风出现时间，15日0时达到重度污染。图2 3月14-16日气象参数图3 3月14-16日颗粒物浓度图1 3月14日形势场3月14日500hPa3月14日700hPa3月14日 地面2.2沙尘发展3月15日（图4）高空冷空气势力增强成冷涡并东移，内蒙古中部处于冷涡后部，中层仍处在西北风控制的大风区域中，地面位于高压前部，风向转为北风，风力持续在 45 级（图2），午后能见度有所上升，但夜间再次转差。卫星遥感图中（图6）可以看到云层逆时针旋转漏出沙尘带，沙尘区域涵盖内蒙古西部、中部、东部的大部分区域，仅有东部偏北的区域影响较小。空气质量结果（图3）：从15日1时-16日3时，包头一直处于严重污染状态，PM10超过600g/m3共27h，峰值浓度为1879g/m3；PM2.5超过 500g/m3共 11h，峰值浓度超仪器量程1000g/m3。与以往沙尘过程中PM10为首要污染物7所不同的是，本次沙尘过程中PM2.5浓度上升显著，与PM10同步“爆表”。95ZONGSHU综述环境与发展HUANJINGYUFAZHAN图4 3月15日形势场3月15日500hPa3月15日700hPa3月15日 地面图5 3月14日沙尘气团卫星遥感图图6 3月15日沙尘气团卫星遥感图2.3沙尘回流17日（图7），随着高空冷空气影响结束，中西部转为受纬向环流控制，中层风力减弱，温度开始回升，地面转为高压后部，风向转为东南风，带来沙尘的回流8，天气过程也由沙尘暴转成浮尘天气。一般沙尘过程回流加沉降时间约为12h，而本次过程由于沙尘程度严重，覆盖范围广，细颗粒物浓度高9，同时风力条件开始减弱，维持在12级，沉降过程缓慢，结合卫星遥感18日10时的监测结果（图13），中西部沙尘带仍然存在。根据空气质量监测结果（图9），16日8时空气质量短暂转好后，便开始受后续浮尘加回流的影响，而这一阶段持续接近50h，于18日16时才转为良。2.4第二波沙尘19日（图10）随着高空短波槽扰动，第二波弱冷空气开始影响中西部，中层显示内蒙古与陕西交界处存在风向切边，地面冷锋位置位于内蒙古南部。根据19日的卫星遥感显示（图14），第二波沙尘起源分两路：西北路蒙古国境96ZONGSHU综述HUANJINGYUFAZHAN内与西路河西走廊区域。空气质量监测结果（图12）显示：19日14时PM10浓度开始迅速上升，超过600g/m3共8h，峰值浓度出现在20日0时，为1149g/m3；PM2.5浓度从14时开始先下降后上升，峰值出现在19日23时为174g/m3，第二波过程中颗粒物浓度变化与一般沙尘天气过程变化规律一致10。气象条件中（图11），19日午后至20日午后，风力持续在34级，能见度也从20日开始逐渐好转。20日卫星遥感图显示（图15）中西部沙尘区域开始缩小，程度减弱。图7 3月17日形势场3月17日500hPa3月17日700hPa3月17日 地面图8 3月16-18日气象参数图9 3月16-18日颗粒物浓度2.5沙尘清除21日（图17）内蒙古中西部已经转为脊前偏北风控制，冷空气影响结束，500hPa 与700hPa的风力开始减弱，地面也转为了高压后部，风场转为西南风，存在弱的沙尘回流，卫星遥感显示（图16）中西部的沙尘已经过境，空气质量短暂出现轻度污染后恢复到良的水平，本次沙尘过程结束。97ZONGSHU综述环境与发展HUANJINGYUFAZHAN图10 3月19日形势场3月19日500hPa3月19日700hPa3月19日 地面图11 3月19-20日气象参数图12 3月19-20日颗粒物浓度图13 3月18日沙尘气团卫星遥感图图14 3月19日沙尘气团卫星遥感图98ZONGSHU综述HUANJINGYUFAZHAN图15 3月20日沙尘气团卫星遥感图图16 3月21日沙尘气团卫星遥感图3结论（1）2021年3月14-21日，包头市经历一次包含强沙尘暴转浮尘天气过程和第二波扬沙天气的连续污染过程，过程影响程度强，持续时间长，影响范围广，属近十年罕见。（2）过程包含沙尘形成、发展、回流、叠加第二波沙尘影响、沙尘清除5个过程。沙尘起源于蒙古国，蒙古气旋及大风为其提供动力条件。（3）在沙尘发展阶段，包头市处于严重污染状态共27h，期间出现PM10与PM2.5同步为首要污染的少见的现象；第二波沙尘影响程度减弱，颗粒物浓度变化与一般沙尘天气过程变化规律一致。参考文献1中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.沙尘天气等级:GB/T 20480-2017S.北京：中国标准出版社，2017:5.2孔祥吉,王雨,黄侃,等.2021年春季我国沙尘天气发生市控特征分析J.林业资源管理,2022(3):117121.图17 3月21日形势场3月21日500hPa3月21日700hPa3月21日 地面99ZONGSHU综述环境与发展HUANJINGYUFAZHAN3马柱国,符淙斌,杨庆,等.关于我国北方干旱化及其转折性变化J.大气科学,2018,42(4):9519614段伯隆,刘新伟,郭润霞,等.“3 15”北方强沙尘暴天气成因分析J.干旱气象,2021,39(4):541553.5安婷婷,郭萍萍,丁凡,等.河西走廊一次大风沙尘天气诊断分析J.甘肃科技,2020,36(22):2843.6王伏村.甘肃河西走廊一次特强沙尘暴的诊断分析A/第28界中国气象学会年会S3天气预报灾害天气研究与预报C.中国气象学会,2011:8.7张文娟,夏志勇,葛璇,等.2020年秋冬济南市一次沙尘天气污染特征研究J.环境与发展,2022,34(5):8693.8花丛,刘超,张碧辉.影响北京的两次沙尘过程传输特征对比分析J.中国沙漠,2019,39(6):99107.9Zhang J,Shao Y P,Huang N.Measurements of dust deposition velocity in a wind-tunnel experiment J.Atmospheric Chemistryand Physics,2014,14:94399474.10胡元洁,蒋楠.沙尘天气对显示环境空气质量的影响J.中国沙漠,2020,40(6):5360.收稿日期：2023-02-14作者简介：林忠（1968），男，研究生,高级工程师，主要从事生态环境监测和大气预报预警方面的工作。更正更正环境与发展 2022年第6期 天水市大气常规污染物变化特征分析 作者杨璐的工作单位为“甘肃省天水生态环境监测中心”。特此更正本刊编辑部100