沙尘天气对巴楚县空气质量的影响研究.pdf

226Journal of Agricultural Catastrophology 2023,Vol.13 No.7沙尘天气对巴楚县空气质量的影响研究祖拜旦依马木，阿依古丽买买提，黄英姿巴楚县气象局，新疆巴楚 843800摘要 利用沙尘天气观测资料和颗粒物浓度监测数据，分析了沙尘天气对巴楚县大气环境的影响。结果表明：（1）影响巴楚县空气质量的沙尘天气有沙尘暴、扬沙和浮尘，年均沙尘日数高达156 d，其中浮尘日数最多。（2）巴楚县沙尘天气主要集中在春季。（3）塔克拉玛干沙漠以及塔里木盆地边缘裸露的沙地是巴楚县的沙尘天气的沙源地，春、夏季强劲冷空气进入南疆盆地时产生的大风是沙尘天气的动力条件。特殊的地理环境是造成巴楚县沙尘天气频发的主要原因。（4）沙尘天气对巴楚县AQI指数、PM10、PM2.5浓度有明显影响，NO2、CO、O3和SO2等污染物受沙尘天气影响不明显。关键词 沙尘天气；大气环境质量；PM10；PM2.5中图分类号：P445+.4 文献标识码：B 文章编号：20953305(2023)070226-03沙尘天气是指风将地面尘土、沙粒卷入空中，使空气浑浊，水平能见度明显下降的一种天气现象。沙尘天气依据沙尘天气发生时的能见度及风力的大小可分为浮尘、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴、特强沙尘暴5个等级。沙尘天气和其他自然灾害（如暴雨、台风等）相比，虽然其人员伤亡及对生产生活的直接影响不大，但会对环境质量和公众身体健康构成长期、难以解决的问题。目前，许多专家学者对大气环境与气象要素之间的关系进行了研究，如张占峰等1采用气候统计学方法，分析了PM10污染浓度特征及PM10与气象要素的关系。徐莉等2研究了乌鲁木齐城市空气质量状况与常规气象条件的关系。蔡仁等3 分析了乌鲁木齐市大气污染特征及气象条件的影响。然而，针对巴楚县的沙尘天气对空气质量的影响研究尚不充分，存在许多问题亟待解决。因此，深入研究了巴楚县的沙尘天气对空气质量的影响，以更好地了解其影响机制和特征。1 资料与方法1.1 资料选取巴楚县环境保护监测站2019年1月 至2021年12月 空 气 质 量 指 数（AQI）及6种大气环境质量监测数据（PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO、O3）作 为环境数据，该数据由喀什生态环境局巴楚县分局提供。选取巴楚国家基本气象站1954年1月至2021年12月逐日常规气象要素数据（天气现象、能见度、风向、风速）作为气象因子。该数据由新疆维吾尔自治区气象局信息中心提供。1.2 方法为了更直接地反映沙尘天气对大气环境质量的影响程度，将受沙尘天气影响而引起的AQI月均值变化量与当月未剔除沙尘天气时AQI月均值的比值定义为沙尘天气对大气环境污染程度的相对贡献率，而沙尘天气发生对当地PM10等污染物浓度的贡献率则由沙尘天气发生而导致的月均PM10等污染物浓度变化量与当月未剔除沙尘天气时PM10等污染物浓度的月均值的比值来描述4。Rrc=AQId-AQIe AQId100%（1）式（1）中，Rrc为沙尘天气对大气环境污染程度的相对贡献率，AQId为包含A study on the Impact of Sandstorms on Air Quality in Bachu CountyZubaidanyimamu et al(Bachu Meteor-ological Bureau,Xinjiang,Bachu,Xinjiang 843800)Abstract This article analyzed the impact of sandstorms on the air quality in Bachu County.The results showed that:(1)Sandstorms that affects the air quality in Bachu County included sandstorms,blowing sand,and floating dust,with an average of 156 dust days per year,of which floating dust days were the most.(2)The occurrence of sandstorm weather in Bachu County showed a significant decreasing trend over time,and it was mainly concentrated in the spring.(3)The Taklimakan Desert was the sand sources of sandstorm weather in Bachu County.The strong cold air entering the southern Xinjiang Basin in spring and summer was the dynamic condition for sandstorm weather.The special geographical environment was the main reason for the frequent occurrence of sandstorm weather in Bachu County.(4)sandstorm weather has a significant impact on the AQI index,PM10,and PM2.5 concentrations in Bachu County,but the pollutants such as NO2,CO,O3,and SO2 were not significantly affected by sand and dust weather.Key words Sand and dust weather;Atmospheric environmental quality;PM10;PM2.5基金项目 喀什地区气象局科学技术研究与应用技术开发项目（KS202203）。作者简介 祖拜旦依马木（1987），女，新疆巴楚人，工程师，主要从事短期天气预报业务及研究。收稿日期 2023-03-01227农业灾害研究 2023,13(7)沙尘天气在内的当地AQI月均值，AQIe 为剔除沙尘天气后的当地AQI月均值。Rac=（PM10）d-（PM10）e（PM10）d100%（2）式（2）中，Rac为沙尘天气发生对大气环境中PM10浓度的相对贡献率，（PM10）d 为包含沙尘天气在内的当地PM10浓度月均值（单位：mg m-3），（PM10）e为剔除沙尘天气后的当地PM10浓度月均值（单位：mg m-3）。当贡献率（Rrc和Rac）为正值时，表示沙尘天气的发生使得当地的环境空气质量下降，并且值越大受沙尘天气的影响也就越大；当贡献率为负值时，则表示沙尘天气的发生并未对环境空气质量产生影响。2 巴楚县沙尘天气特征分析2.1 19542022年巴楚县沙尘日数的年际分布特征沙尘天气（包括扬沙、浮尘和沙尘暴）是巴楚县主要的天气现象之一。根据19542022年巴楚县年平均沙尘日数统计分析（表1），巴楚县年平均沙尘日数为156 d，其中沙尘暴12 d，占总沙尘日数的8%；扬沙日数为47 d，占总沙尘日数的30%；浮尘日数为97 d，占总沙尘日数的62%，浮尘日数明显偏多。表1 19542022年巴楚县年平均沙尘日数统计表沙尘暴日数/d扬沙日数/d浮尘日数/d沙尘合计日数/d1247971562.2 19542022年巴楚县年均沙尘日数的年代际变化巴楚县沙尘天气呈明显减少趋势（图1），20世纪70年代最多，其次是60年代，80年代后期开始逐渐减少。2018、2019年巴楚县年平均沙尘日数分别为50、55 d，仅为历史年平均沙尘日数的1/3。2.3 巴楚县沙尘日数的、季特征巴楚县一年四季都会出现沙尘天气（图2），沙尘日数春、夏季明显多于秋、冬季，主要集中在36月，5月最多，12月最少。沙尘天气的季节分布特征与巴楚县气候密切相关。巴楚县春季气候干燥，降水量少。春季随着气温回升，地表开始解冻，因地面水分蒸发快、植被覆盖少，地表裸露的土壤变得十分松散，加之春节冷空气活动频繁，一旦刮风，就会将地面松散的尘土卷入空中造成沙尘天气。进入夏季后降水量开始增多，地面植被覆盖率增大，地表变得湿润，地表抗风蚀能力增强，有效抑制了沙尘天气的发生。2.4 造成巴楚县沙尘天气的风速风向统计通过对历史资料有沙尘天气的滑动10 min最大风速风向统计（图3），结果显示：造成巴楚县沙尘天气的最多风向以偏东风为主，占总数的63%，这一分布与巴楚县特殊的地理位置密切相关。巴楚县位于喀什地区东部，喀什地区三面环山，东面敞开的地形，导致大部分情况下冷空气从南疆盆地东口倒流灌入盆地，经过塔克拉玛干沙漠时卷起沙尘，造成沙尘天气。图3 巴楚县10min平均最大风速风向玫瑰图3 巴楚县沙尘天气的成因及形成条件3.1 巴楚县沙尘天气的成因巴楚县位于喀什地区东部，三面环山，北有西天山，南有喀喇昆仑山，西部为帕米尔高原，海拔均在3 000 m以上，东部为塔克拉玛干沙漠。因此，东移南下的冷空气和北上的暖湿气流都不易进入盆地，即使进入盆地后，冷空气也会受到地形阻挡的影响而变得干燥。而从南疆盆地东口倒流灌入的冷空气则经过塔克拉玛干沙漠时卷起沙尘，在南疆西部又受到地形阻挡而滞留。总的而言，塔克拉玛干沙漠和塔里木盆地边缘裸露的沙地是巴楚县沙尘天气的沙源地。春、夏季，强劲的冷空气进入南疆盆地，为沙尘天气提供了动力条件。巴楚县的特殊地理环境也是导致该县沙尘天气发生频繁的主要原因。3.2 巴楚县沙尘天气的形成条件巴楚县沙尘天气的形成需要有3个条件：强冷空气的动力条件、沙尘在空中长期悬浮的维持条件、局地的热力条件。3.2.1 动力条件造成巴楚县沙尘天气的冷空气主要是以偏东路径影响南疆西部地区。冷空气沿天山以北东移，部分冷空气从天山中部或吐哈盆地进入塔里木盆地后向西部移动，形成东灌，产生的偏东风沿途经过塔克拉玛干沙漠将尘沙扬起，被扬起的尘沙随东风一路向西移动，造成巴楚县的浮尘天气；风速比较大时，也可造成扬沙或沙尘暴天气；一旦风速特别大，就有可能出现“黑风”。通过历史天气图资料普查统计分析，造成巴楚县沙尘天气的冷空气入侵路径主要有以下3条。（1）偏东路径。地面冷空气由偏东方向从盆地东口侵入盆地，冷高压先移过新疆北部进入吐鄯托盆地后，倒流进入南疆盆地，这种路径在南疆西部地区最常见，约占65%。主要造成巴楚县浮尘天气。（2）西北路径。冷空气主体从40 N纬线由西北方向从西天山逼近盆地，约占25%。当来自西方或北方冷空气翻越帕米尔高原和西天山进入南疆盆地时，产生10 m/s的偏西风或偏西北风时，就可将本地地表的沙土吹起。主要造成巴楚县扬沙或沙尘暴天气。（3）西南路径。西南路径以春、夏季多见，秋、冬季较少，冷空气主体从40 N纬线以南翻山进入盆地，大约占10%。主要造成巴楚县的浮尘天气。3.2.2维持条件巴楚县地形三面环山，东面敞口，西高东低，状如一个倾年份沙尘日数/d图1 19542022年平均沙尘日数变化趋势月份月均沙尘日数/d123469785101112图2 巴楚县月平均沙尘日数分布228Journal of Agricultural Catastrophology 2023,Vol.13 No.7斜的开口向东的“簸箕”。一旦空中有沙尘进入这个“簸箕”，很难消散，这也是巴楚县一旦形成浓浮尘天气，维持时间一般都在3 d以上的原因。而浮尘的消散只能靠自然沉降、降水以及高空有强劲的西北风进入并将浮尘向东吹走。3.2.3 局地热力条件春、夏季局地下垫面受热不均，形成局地低压环流，造成南疆西部平原地区浮尘天气。4 沙尘天气对巴楚县空气质量的影响程度分析沙尘天气是一种由自然因素和人为活动引起的大气环境现象，其影响程度对空气质量产生了深远的影响。在巴楚县，沙尘天气影响空气质量的程度从轻微到严重不一。4.1 沙尘天气对大气环境污染程度的相对贡献率从20192021年巴楚县沙尘天气发生的频次及沙尘天气对大气环境污染程度的相对贡献率来看（表2），沙尘天气对巴楚县AQI指数的相对贡献率均为正值，年均相对贡献率为26.0%，冬季为11.0%，春季为42.5%，夏季为12.7%，秋季为24.7%。从月分布情况来看，AQI最大值均出现在5月，高达54.4%，最小值为0，出现在12月。表2 20192021年沙尘天气发生频次和对大气环境质量的贡献率月份沙尘天气发生频次SO2NO2PM10COO3PM2.5AQI14 0.9-2.7 7.7-4.6 0.3-0.3 7.1 27-9.5-4.8 29.7-1.0-0.8 13.4 26.1 317-67.1-21.5 45.6-80.0 1.3 43.0 34.9 413-4.0-54.4 5.0 6.3 5.4 4.1 8.1 518-23.0 3.0 59.3 10.3-6.9 67.1 54.4 612 0.5-7.6 14.3 24.0 0.4 18.9 11.2 76 0.1-4.0 11.5 3.6 0.2 11.2 8.3 812 9.5-4.3 20.6 1.5 0.4 20.1 19.1 912-2.6-5.6 16.3-3.2-0.1 14.7 13.2 108 1.4-13.9 48.7-13.2-2.1 41.0 42.5 119 12.1-3.8 8.4 6.4-2.4 3.3 18.4 120 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 年度118-6.2-14.1 29.4-3.4 0.5 21.3 26.0 4.2 沙尘天气对污染物浓度的相对贡献率研究发现，沙尘天气对巴楚县各个污染物的浓度具有一定程度的影响。首先，PM10是沙尘天气中主要的颗粒物，它的浓度是衡量沙尘天气影响程度的重要指标。研究表明，沙尘天气发生时，巴楚县PM10浓度明显升高，与晴天、阴天相比差别显著贡献率高达29.4%。其次，PM2.5浓度也有明显提高，贡 献 率 为21.3%。NO2、CO和SO2等 污染物受沙尘天气影响不明显，贡献率均为负值，可能与巴楚县排放源的结构有关，或者受沙尘天气发生期间大风过境的影响，NO2、CO和SO2等排放污染物稀释扩散，从而表现为贡献率为负值。最后，O3等污染物的浓度与沙尘天气的关系较为复杂，需要进一步研究。进一步分析发现，沙尘天气对不同的污染物浓度的影响可能存在季节差异。以PM10为例，春季和秋季受沙尘天气影响的程度更显著，而夏季受影响程度相对较小。这与夏季降雨量较大、有利于污染物湿沉降有关。总体而言，沙尘天气对巴楚县各个污染物的浓度具有一定程度的影响，其中PM10和PM2.5浓度受沙尘天气的影响最为显著。为了解决巴楚县的空气污染问题，相关部门应重视沙尘天气的影响，并采取有效的措施进行治理。5 巴楚县沙尘天气防治措施优化建议第一，在防治沙尘天气方面，巴楚县应加大建设绿色生态屏障的力度。借鉴全国其他地方的经验，在县域范围内大力种植阔叶树及草本植物，形成生态屏障，进而降低风沙侵蚀。同时，在城市化进程中，相关部门应重视城市公园绿化，提高城市的植被覆盖率，有效降低沙尘天气对城市空气质量的贡献。第二，针对城市道路和公共场所应加强清洁工作。相关部门应每天对道路进行清扫，同时加强地面喷淋工作，有效减少扬尘问题。在公共场所加强地面湿润度的维护与管理，减少扬尘的产生和散布。第三，巴楚县应加强沙尘天气的监测体系建设。除加强城市空气质量监测以外，相关部门要重视加强对区域内的沙尘天气的监测和预警，建立包括气象、环保、水利等多个行业组成的监测体系，做好沙尘天气形成的实时监测及预报工作，并及时发布预警。第四，扩大地面人工影响天气作业的技术装备规模及人员队伍，常态化实施增雨作业，尽量增加降水日数和地面有效降水，促进自然植被生长和覆盖，提高生态自我修复能力，从而改善沙尘天气形成的下垫面条件，改善大气环境。第五，通过人工影响天气建设人工“雾炮”工程，应对城市沙尘重污染天气。在高层楼顶多处布设“雾炮”设备，当出现重污染浓浮尘天气时，实施人工发射“雾炮”作业，增加空气湿度，加速降尘，以减少城市浮尘维持天数，有效提高城市空气质量。第六，巴楚县还应加大环境保护法律法规的执行和监督力度，对环境违法行为进行处罚，增强人们的环境保护的法律意识，切实加强法律法规的执行和监督，从而为沙尘天气防治提供坚实的法律支持。参考文献1 张占峰,张焕平,赵玉成,等.西宁市区PM10污染物特征及其与气象要素的关系J.现代农业科技,2015,44(7):217-220,222.2 徐莉,李艳红.乌鲁木齐城市空气质量状况与常规气象条件的关系J.农业灾害研究,2013,3(1):41-44.3 蔡仁,李霞,赵克明,等.乌鲁木齐大气污染特征及气象条件的影响J.环境科学与技术,2014,37(S1):40-48.4 陈跃浩,高庆先,高文康,等.沙尘天气对大气环境质量影响的量化研究J.环境科学研究,2013,26(4):364-369.责任编辑：黄艳飞%