王 穎，趙海麗，丁金杰，徐瑞紅，丁志安，唐 敏，常艷文，李世華，和暐杰

(河南省安陽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，河南 安陽 455000)

1 引言

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，我們生存的環(huán)境也在遭受不同程度的污染。在大氣環(huán)境問題日益突出的今天，沙塵天氣也備受關(guān)注[1～3]。沙塵天氣包括揚(yáng)沙、沙塵暴和浮塵3類天氣[4，5]，是由于強(qiáng)風(fēng)將地面沙塵卷到空中，在特定大尺度環(huán)流背景下誘發(fā)的一種災(zāi)害性天氣，是大氣運(yùn)動(dòng)和自然地理環(huán)境的綜合產(chǎn)物[4]。沙塵使大氣中的顆粒物濃度急劇增加不僅對沙塵源區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生影響，并且對途經(jīng)地區(qū)的農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)生活和生態(tài)系統(tǒng)均造成一定危害，因此，沙塵天氣是不可忽視的重大環(huán)境問題[6，7]。

安陽市是重要的工業(yè)城市，本地源排放較高，且易受周邊區(qū)域污染的影響，頻頻出現(xiàn)重度污染天氣。2020年安陽市空氣質(zhì)量定性綜合評價(jià)指數(shù)為1.35，空氣質(zhì)量級別為輕污染，安陽市空氣質(zhì)量主要受顆粒物的影響，其中顆粒物污染負(fù)荷比為54.1%，以顆粒物為首要污染物的污染天數(shù)占全部污染天數(shù)的比例為55.6%[8]。在關(guān)注顆粒物污染的同時(shí)，沙塵天氣是一個(gè)不可忽視的因素。冬春季節(jié)我國沙塵頻繁發(fā)生，導(dǎo)致大氣顆粒物含量和降塵量急劇增多，污染大氣環(huán)境[9]，安陽市也未能避免遭受沙塵天氣的襲擾，探究外來沙塵輸送對安陽市空氣質(zhì)量的影響規(guī)律，并對2020年經(jīng)歷的一次典型沙塵天氣過境情況進(jìn)行分析，以期為安陽市大氣污染防治以及今后預(yù)報(bào)和有效應(yīng)對沙塵天氣過程提供參考。

2 數(shù)據(jù)來源及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

以2017～2020年安陽市大氣環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測站的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、激光雷達(dá)垂直觀測數(shù)據(jù)及2016～2020年安陽市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量年鑒數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。可吸入顆粒物(PM10)、細(xì)顆粒物(PM2.5)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)采用《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)評價(jià)。

3 結(jié)果與討論

3.1 空氣質(zhì)量現(xiàn)狀

2020年安陽市達(dá)標(biāo)天數(shù)為181 d，年綜合指數(shù)為6.16，在“2+26”和“168”城市中均倒排第1，空氣質(zhì)量定性綜合評價(jià)指數(shù)為1.35，空氣質(zhì)量級別為輕污染，其中顆粒物污染負(fù)荷比為54.1%，以顆粒物為首要污染物的污染天數(shù)占全部污染天數(shù)的比例為55.6%；其中以細(xì)顆粒物為首要污染物的污染天數(shù)占全部污染天數(shù)的比例為49.7%，可吸入顆粒物占5.9%，說明安陽市顆粒物污染仍較為嚴(yán)重。詳見表1。

表1 2020年安陽市空氣質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

3.2 2020年沙塵天氣分析

2020年，受西部、北部、東北部沙塵和浮塵傳輸影響，安陽市共出現(xiàn)14次沙塵天氣過程，分別是3月11日至3月12日、3月18日至3月21日、4月4日至4月5日、4月17日、4月24日至25日、5月3日、5月12日至13日、5月16日至17日、6月2日至6日、6月8日至9日、10月21日至24日、11月1日至2日、11月6日至7日、12月13日，共計(jì)32 d。全年沙塵影響過程中持續(xù)時(shí)間最長的是6月2日至6月6日，共計(jì)5 d；可吸入顆粒物日均濃度最大值出現(xiàn)在10月21日，為228 μg/m3，超二級標(biāo)準(zhǔn)0.5倍。

3.2.1 沙塵天氣對顆粒物月均值的影響

用未剔除沙塵天氣影響與剔除沙塵天氣影響后的可吸入顆粒物或細(xì)顆粒物之差來表示沙塵天氣對大氣環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)(PC)，即：

PC=PCa-PCb

(1)

式(1)中:PCa為未剔除沙塵天氣影響的可吸入顆粒物或細(xì)顆粒物月均值，PCb為剔除沙塵影響后的可吸入顆粒物或細(xì)顆粒物月均值。

2020年安陽市受沙塵天氣影響大多是在春、夏季的3～6月份，其次是秋冬季的10～12月份。影響最重的是5月份和6月份，其次是3月份。沙塵天氣對5月份和6月份可吸入顆粒物的貢獻(xiàn)均為16 μg/m3；對3月份可吸入顆粒物濃度的貢獻(xiàn)為13 μg/m3。詳見圖1。

圖1 2020年沙塵天氣對顆粒物月均值的貢獻(xiàn)

3.2.2 沙塵天氣對顆粒物年均值的影響

2020年安陽市扣除沙塵前可吸入顆粒物年均值為109 μg/m3、細(xì)顆粒物年均值為63 μg/m3；扣除沙塵后可吸入顆粒物年均值為104 μg/m3、細(xì)顆粒物年均值為62 μg/m3。對可吸入顆粒物年均濃度的貢獻(xiàn)為5 μg/m3，對細(xì)顆粒物年均濃度的貢獻(xiàn)為1 μg/m3，可見沙塵天氣的發(fā)生對城市可吸入顆粒物的影響尤為突出。

3.2.3 沙塵天氣對輕度以上污染天氣的影響

2020年安陽市出現(xiàn)輕度污染120 d、中度污染37 d，重度污染23 d，嚴(yán)重污染5 d。在受沙塵傳輸影響期間，其中輕度污染12 d，中度污染3 d，重度污染1 d。占輕度污染、中度污染、重度污染的比例依次是10.0%、8.1%、4.3%。詳見表2。

表2 安陽市2020年沙塵天氣期間與全年污染天氣級別對比

3.3 “十三五”期間沙塵天氣分析

3.3.1 “十三五”期間受沙塵天氣影響分析

“十三五”期間共計(jì)115 d受沙塵影響，其中2016年安陽市未認(rèn)定沙塵天，沙塵天最多及可吸入顆粒物日均濃度最大值均出現(xiàn)在2017年(48 d沙塵天，可吸入顆粒物日均值550 μg/m3，超標(biāo)2.7倍)，詳見圖2。

圖2 安陽市“十三五”期間受沙塵影響分析

3.3.2 對顆粒物年均值的影響

“十三五”期間受沙塵影響最嚴(yán)重的是2017年，對可吸入顆粒物年均值的貢獻(xiàn)為13 μg/m3，貢獻(xiàn)比為9.0%；對細(xì)顆粒物年均值的貢獻(xiàn)為5 μg/m3，貢獻(xiàn)比為6.0%；詳見圖3。

圖3 “十三五”期間沙塵天氣對顆粒物年均值的貢獻(xiàn)

3.3.3 “十三五”期間沙塵天氣對輕度以上污染天氣的影響

與2017年相比，安陽市2020年沙塵天氣對輕度污染天氣的影響占比下降5.9%，中度污染天氣的影響占比下降24.6%，重度污染天氣的影響占比下降16.9%，尤其是2020年沙塵期間未出現(xiàn)嚴(yán)重污染天，受影響占比下降31.2%?！笆濉逼陂g沙塵天氣對安陽市輕度及以上污染天氣影響詳見圖4。

圖4 “十三五”期間沙塵天氣對輕度及以上污染天氣影響對比

4 典型沙塵天氣分析

沙塵過境產(chǎn)生的顆粒物傳輸造成安陽地區(qū)顆粒物濃度大幅上升，是安陽市春、冬季空氣污染的一個(gè)重要因素。2020年沙塵影響過程中持續(xù)時(shí)間最長的是6月2日至6月6日，共計(jì)5天。在6月4～6日安陽市經(jīng)歷了一次中度污染，對此時(shí)段沙塵過境情況進(jìn)行分析，為安陽市今后預(yù)報(bào)和有效應(yīng)對沙塵天氣過程提供借鑒。

在6月4～6日整個(gè)污染過程中，安陽市可吸入顆粒物小時(shí)濃度超過二級標(biāo)準(zhǔn)39個(gè)小時(shí)，于6月4日20時(shí)達(dá)到峰值263 μg/m3，AQI為157，屬中度污染；同時(shí)整個(gè)污染過程粗顆粒占比均高達(dá)61%～80%，主要受可吸入顆粒物污染影響最大，詳見圖5。

圖5 2020年6月4～6日安陽市環(huán)境空氣污染變化過程

6月4～6日，邊界層高度1000～1500 km之間，屬于短距離傳輸。其次退偏振比高達(dá)0.15～0.2，表明當(dāng)天受沙塵影響較大[10,11]，詳見圖6。

圖6 2020年6月4-6日沙塵雷達(dá)圖

從后向軌跡圖可以看出，6月4日早間3000 m高空污染源自東北方向地區(qū)(衡水、德州、聊城、邢臺(tái)、邯鄲等地)輸送至安陽，且輸送高度不斷下壓，浮塵嚴(yán)重[12]，在6月4日20時(shí)左右高度下降至2000 m，這與安陽市可吸入顆粒物達(dá)到峰值263 μg/m3的時(shí)間相一致，說明東北方向的高空輸送也是促使安陽市可吸入顆粒物污染程度加重的主要因素，詳見圖7。

圖7 安陽市污染過程后向軌跡

整個(gè)污染過程中，安陽市可吸入顆粒物輕度污染時(shí)長達(dá)21個(gè)小時(shí)，中度污染時(shí)長達(dá)2個(gè)小時(shí)，其中是唯一達(dá)到中度污染城市。較上風(fēng)向城市(邯鄲、邢臺(tái)、衡水)輕度污染時(shí)長分別長11、13、16小時(shí)；較周邊城市(鶴壁)輕度污染時(shí)長長9小時(shí)。即此次污染過程安陽市在周邊城市中污染最重。詳見圖8。

圖8 安陽市上風(fēng)向及周邊城市可吸入顆粒物污染時(shí)長對比

5 結(jié)論

沙塵過境產(chǎn)生的顆粒物傳輸造成安陽地區(qū)大氣環(huán)境中顆粒物濃度大幅上升，是安陽市春、冬季空氣污染的一個(gè)重要因素?；诎碴柺锌諝庾詣?dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用激光雷達(dá)觀測數(shù)據(jù)分析了沙塵過程對安陽市空氣質(zhì)量的影響，主要結(jié)論如下。

(1)2020年安陽市受沙塵天氣影響大多是在春、夏季的3～6月份，其次是秋冬季的10～12月份。影響最重的是5月份和6月份，其次是3月份。

(2)2020年在受沙塵傳輸影響期間，輕度以上污染天占總污染天數(shù)的22.4%，沙塵對安陽市對可吸入顆粒物年均濃度的貢獻(xiàn)為5 μg/m3，對細(xì)顆粒物年均濃度的貢獻(xiàn)為1 μg/m3，即沙塵天氣的發(fā)生對城市可吸入顆粒物的影響尤為突出。

(3)“十三五”期間安陽市共計(jì)115 d受沙塵影響，沙塵天最多及可吸入顆粒物日均濃度最大值均出現(xiàn)在2017年，對可吸入顆粒物年均值的貢獻(xiàn)為13 μg/m3，貢獻(xiàn)比為9.0%；對細(xì)顆粒物年均值的貢獻(xiàn)為5 μg/m3，貢獻(xiàn)比為6.0%。

近年來沙塵天氣過程對我國空氣質(zhì)量影響仍較為顯著，減緩沙塵天氣的頻度與強(qiáng)度的關(guān)鍵還是在于持續(xù)做好地面生態(tài)保護(hù)與建設(shè)，建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，對源頭區(qū)和沙塵加強(qiáng)區(qū)進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償，減弱外來沙塵影響，擴(kuò)大北方地區(qū)的森林和草原等植被面積，不斷減少沙地面積，改善水土條件，從源頭上治理沙塵天氣。