祖拜旦·依馬木 阿依古麗·買(mǎi)買(mǎi)提 黃英姿

摘要 利用沙塵天氣觀測(cè)資料和顆粒物濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了沙塵天氣對(duì)巴楚縣大氣環(huán)境的影響。結(jié)果表明：（1）影響巴楚縣空氣質(zhì)量的沙塵天氣有沙塵暴、揚(yáng)沙和浮塵，年均沙塵日數(shù)高達(dá)156 d，其中浮塵日數(shù)最多。（2）巴楚縣沙塵天氣主要集中在春季。（3）塔克拉瑪干沙漠以及塔里木盆地邊緣裸露的沙地是巴楚縣的沙塵天氣的沙源地，春、夏季強(qiáng)勁冷空氣進(jìn)入南疆盆地時(shí)產(chǎn)生的大風(fēng)是沙塵天氣的動(dòng)力條件。特殊的地理環(huán)境是造成巴楚縣沙塵天氣頻發(fā)的主要原因。（4）沙塵天氣對(duì)巴楚縣AQI指數(shù)、PM10、PM2.5濃度有明顯影響，NO2、CO、O3和SO2等污染物受沙塵天氣影響不明顯。

關(guān)鍵詞 沙塵天氣；大氣環(huán)境質(zhì)量；PM10；PM2.5

中圖分類號(hào)：P445+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 文章編號(hào)：2095–3305（2023）07–0226-03

沙塵天氣是指風(fēng)將地面塵土、沙粒卷入空中，使空氣渾濁，水平能見(jiàn)度明顯下降的一種天氣現(xiàn)象。沙塵天氣依據(jù)沙塵天氣發(fā)生時(shí)的能見(jiàn)度及風(fēng)力的大小可分為浮塵、揚(yáng)沙、沙塵暴、強(qiáng)沙塵暴、特強(qiáng)沙塵暴5個(gè)等級(jí)。沙塵天氣和其他自然災(zāi)害（如暴雨、臺(tái)風(fēng)等）相比，雖然其人員傷亡及對(duì)生產(chǎn)生活的直接影響不大，但會(huì)對(duì)環(huán)境質(zhì)量和公眾身體健康構(gòu)成長(zhǎng)期、難以解決的問(wèn)題。目前，許多專家學(xué)者對(duì)大氣環(huán)境與氣象要素之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，如張占峰等[1]采用氣候統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析了PM10污染濃度特征及PM10與氣象要素的關(guān)系。徐莉等[2]研究了烏魯木齊城市空氣質(zhì)量狀況與常規(guī)氣象條件的關(guān)系。蔡仁等[3]

分析了烏魯木齊市大氣污染特征及氣象條件的影響。然而，針對(duì)巴楚縣的沙塵天氣對(duì)空氣質(zhì)量的影響研究尚不充分，存在許多問(wèn)題亟待解決。因此，深入研究了巴楚縣的沙塵天氣對(duì)空氣質(zhì)量的影響，以更好地了解其影響機(jī)制和特征。

1 資料與方法

1.1 資料

選取巴楚縣環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站2019年1月至2021年12月空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）及6種大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO、O3）作為環(huán)境數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)由喀什生態(tài)環(huán)境局巴楚縣分局提供。

選取巴楚國(guó)家基本氣象站1954年1月至2021年12月逐日常規(guī)氣象要素?cái)?shù)據(jù)（天氣現(xiàn)象、能見(jiàn)度、風(fēng)向、風(fēng)速）作為氣象因子。該數(shù)據(jù)由新疆維吾爾自治區(qū)氣象局信息中心提供。

1.2 方法

為了更直接地反映沙塵天氣對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響程度，將受沙塵天氣影響而引起的AQI月均值變化量與當(dāng)月未剔除沙塵天氣時(shí)AQI月均值的比值定義為沙塵天氣對(duì)大氣環(huán)境污染程度的相對(duì)貢獻(xiàn)率，而沙塵天氣發(fā)生對(duì)當(dāng)?shù)豍M10等污染物濃度的貢獻(xiàn)率則由沙塵天氣發(fā)生而導(dǎo)致的月均PM10等污染物濃度變化量與當(dāng)月未剔除沙塵天氣時(shí)PM10等污染物濃度的月均值的比值來(lái)描述[4]。

式（1）中，Rrc為沙塵天氣對(duì)大氣環(huán)境污染程度的相對(duì)貢獻(xiàn)率，AQId為包含沙塵天氣在內(nèi)的當(dāng)?shù)谹QI月均值，AQIe 為剔除沙塵天氣后的當(dāng)?shù)谹QI月均值。

式（2）中，Rac為沙塵天氣發(fā)生對(duì)大氣環(huán)境中PM10濃度的相對(duì)貢獻(xiàn)率，（PM10）d為包含沙塵天氣在內(nèi)的當(dāng)?shù)豍M10濃度月均值（單位：mg·m-3），（PM10）e為剔除沙塵天氣后的當(dāng)?shù)豍M10濃度月均值（單位：mg·m-3）。

當(dāng)貢獻(xiàn)率（Rrc和Rac）為正值時(shí)，表示沙塵天氣的發(fā)生使得當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境空氣質(zhì)量下降，并且值越大受沙塵天氣的影響也就越大；當(dāng)貢獻(xiàn)率為負(fù)值時(shí)，則表示沙塵天氣的發(fā)生并未對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量產(chǎn)生影響。

2 巴楚縣沙塵天氣特征分析

2.1 1954—2022年巴楚縣沙塵日數(shù)的年際分布特征

沙塵天氣（包括揚(yáng)沙、浮塵和沙塵暴）是巴楚縣主要的天氣現(xiàn)象之一。根據(jù)1954—2022年巴楚縣年平均沙塵日數(shù)統(tǒng)計(jì)分析（表1），巴楚縣年平均沙塵日數(shù)為156 d，其中沙塵暴12 d，占總沙塵日數(shù)的8%；揚(yáng)沙日數(shù)為47 d，占總沙塵日數(shù)的30%；浮塵日數(shù)為97 d，占總沙塵日數(shù)的62%，浮塵日數(shù)明顯偏多。

2.2 1954—2022年巴楚縣年均沙塵日數(shù)的年代際變化

巴楚縣沙塵天氣呈明顯減少趨勢(shì)（圖1），20世紀(jì)70年代最多，其次是60年代，80年代后期開(kāi)始逐漸減少。2018、2019年巴楚縣年平均沙塵日數(shù)分別為50 、55 d，僅為歷史年平均沙塵日數(shù)的1/3。

2.3 巴楚縣沙塵日數(shù)的、季特征

巴楚縣一年四季都會(huì)出現(xiàn)沙塵天氣（圖2），沙塵日數(shù)春、夏季明顯多于秋、冬季，主要集中在3—6月，5月最多，12月最少。沙塵天氣的季節(jié)分布特征與巴楚縣氣候密切相關(guān)。巴楚縣春季氣候干燥，降水量少。春季隨著氣溫回升，地表開(kāi)始解凍，因地面水分蒸發(fā)快、植被覆蓋少，地表裸露的土壤變得十分松散，加之春節(jié)冷空氣活動(dòng)頻繁，一旦刮風(fēng)，就會(huì)將地面松散的塵土卷入空中造成沙塵天氣。進(jìn)入夏季后降水量開(kāi)始增多，地面植被覆蓋率增大，地表變得濕潤(rùn)，地表抗風(fēng)蝕能力增強(qiáng)，有效抑制了沙塵天氣的發(fā)生。

2.4 造成巴楚縣沙塵天氣的風(fēng)速風(fēng)向統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)歷史資料有沙塵天氣的滑動(dòng)10 min最大風(fēng)速風(fēng)向統(tǒng)計(jì)（圖3），結(jié)果顯示：造成巴楚縣沙塵天氣的最多風(fēng)向以偏東風(fēng)為主，占總數(shù)的63%，這一分布與巴楚縣特殊的地理位置密切相關(guān)。巴楚縣位于喀什地區(qū)東部，喀什地區(qū)三面環(huán)山，東面敞開(kāi)的地形，導(dǎo)致大部分情況下冷空氣從南疆盆地東口倒流灌入盆地，經(jīng)過(guò)塔克拉瑪干沙漠時(shí)卷起沙塵，造成沙塵天氣。

3 巴楚縣沙塵天氣的成因及形成條件

3.1 巴楚縣沙塵天氣的成因

巴楚縣位于喀什地區(qū)東部，三面環(huán)山，北有西天山，南有喀喇昆侖山，西部為帕米爾高原，海拔均在3 000 m以上，東部為塔克拉瑪干沙漠。因此，東移南下的冷空氣和北上的暖濕氣流都不易進(jìn)入盆地，即使進(jìn)入盆地后，冷空氣也會(huì)受到地形阻擋的影響而變得干燥。而從南疆盆地東口倒流灌入的冷空氣則經(jīng)過(guò)塔克拉瑪干沙漠時(shí)卷起沙塵，在南疆西部又受到地形阻擋而滯留?？偟亩裕死敻缮衬退锬九璧剡吘壜懵兜纳车厥前统h沙塵天氣的沙源地。春、夏季，強(qiáng)勁的冷空氣進(jìn)入南疆盆地，為沙塵天氣提供了動(dòng)力條件。巴楚縣的特殊地理環(huán)境也是導(dǎo)致該縣沙塵天氣發(fā)生頻繁的主要原因。

3.2 巴楚縣沙塵天氣的形成條件

巴楚縣沙塵天氣的形成需要有3個(gè)條件：強(qiáng)冷空氣的動(dòng)力條件、沙塵在空中長(zhǎng)期懸浮的維持條件、局地的熱力條件。

3.2.1 動(dòng)力條件 造成巴楚縣沙塵天氣的冷空氣主要是以偏東路徑影響南疆西部地區(qū)。冷空氣沿天山以北東移，部分冷空氣從天山中部或吐哈盆地進(jìn)入塔里木盆地后向西部移動(dòng)，形成東灌，產(chǎn)生的偏東風(fēng)沿途經(jīng)過(guò)塔克拉瑪干沙漠將塵沙揚(yáng)起，被揚(yáng)起的塵沙隨東風(fēng)一路向西移動(dòng)，造成巴楚縣的浮塵天氣；風(fēng)速比較大時(shí)，也可造成揚(yáng)沙或沙塵暴天氣；一旦風(fēng)速特別大，就有可能出現(xiàn)“黑風(fēng)”。通過(guò)歷史天氣圖資料普查統(tǒng)計(jì)分析，造成巴楚縣沙塵天氣的冷空氣入侵路徑主要有以下3條。

（1）偏東路徑。地面冷空氣由偏東方向從盆地東口侵入盆地，冷高壓先移過(guò)新疆北部進(jìn)入吐鄯托盆地后，倒流進(jìn)入南疆盆地，這種路徑在南疆西部地區(qū)最常見(jiàn)，約占65%。主要造成巴楚縣浮塵天氣。

（2）西北路徑。冷空氣主體從40°N緯線由西北方向從西天山逼近盆地，約占25%。當(dāng)來(lái)自西方或北方冷空氣翻越帕米爾高原和西天山進(jìn)入南疆盆地時(shí)，產(chǎn)生≥10 m/s的偏西風(fēng)或偏西北風(fēng)時(shí)，就可將本地地表的沙土吹起。主要造成巴楚縣揚(yáng)沙或沙塵暴天氣。

（3）西南路徑。西南路徑以春、夏季多見(jiàn)，秋、冬季較少，冷空氣主體從40°N緯線以南翻山進(jìn)入盆地，大約占10%。主要造成巴楚縣的浮塵天氣。

3.2.2 維持條件 巴楚縣地形三面環(huán)山，東面敞口，西高東低，狀如一個(gè)傾斜的開(kāi)口向東的“簸箕”。一旦空中有沙塵進(jìn)入這個(gè)“簸箕”，很難消散，這也是巴楚縣一旦形成濃浮塵天氣，維持時(shí)間一般都在3 d以上的原因。而浮塵的消散只能靠自然沉降、降水以及高空有強(qiáng)勁的西北風(fēng)進(jìn)入并將浮塵向東吹走。

3.2.3 局地?zé)崃l件 春、夏季局地下墊面受熱不均，形成局地低壓環(huán)流，造成南疆西部平原地區(qū)浮塵天氣。

4 沙塵天氣對(duì)巴楚縣空氣質(zhì)量的影響程度分析

沙塵天氣是一種由自然因素和人為活動(dòng)引起的大氣環(huán)境現(xiàn)象，其影響程度對(duì)空氣質(zhì)量產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在巴楚縣，沙塵天氣影響空氣質(zhì)量的程度從輕微到嚴(yán)重不一。

4.1 沙塵天氣對(duì)大氣環(huán)境污染程度的相對(duì)貢獻(xiàn)率

從2019—2021年巴楚縣沙塵天氣發(fā)生的頻次及沙塵天氣對(duì)大氣環(huán)境污染程度的相對(duì)貢獻(xiàn)率來(lái)看（表2），沙塵天氣對(duì)巴楚縣AQI指數(shù)的相對(duì)貢獻(xiàn)率均為正值，年均相對(duì)貢獻(xiàn)率為26.0%，冬季為11.0%，春季為42.5%，夏季為12.7%，秋季為24.7%。從月分布情況來(lái)看，AQI最大值均出現(xiàn)在5月，高達(dá)54.4%，最小值為0，出現(xiàn)在12月。

4.2 沙塵天氣對(duì)污染物濃度的相對(duì)貢獻(xiàn)率

研究發(fā)現(xiàn)，沙塵天氣對(duì)巴楚縣各個(gè)污染物的濃度具有一定程度的影響。首先，PM10是沙塵天氣中主要的顆粒物，它的濃度是衡量沙塵天氣影響程度的重要指標(biāo)。研究表明，沙塵天氣發(fā)生時(shí)，巴楚縣PM10濃度明顯升高，與晴天、陰天相比差別顯著貢獻(xiàn)率高達(dá)29.4%。其次，PM2.5濃度也有明顯提高，貢獻(xiàn)率為21.3%。NO2、CO和SO2等污染物受沙塵天氣影響不明顯，貢獻(xiàn)率均為負(fù)值，可能與巴楚縣排放源的結(jié)構(gòu)有關(guān)，或者受沙塵天氣發(fā)生期間大風(fēng)過(guò)境的影響，NO2、CO和SO2等排放污染物稀釋擴(kuò)散，從而表現(xiàn)為貢獻(xiàn)率為負(fù)值。最后，O3等污染物的濃度與沙塵天氣的關(guān)系較為復(fù)雜，需要進(jìn)一步研究。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，沙塵天氣對(duì)不同的污染物濃度的影響可能存在季節(jié)差異。以PM10為例，春季和秋季受沙塵天氣影響的程度更顯著，而夏季受影響程度相對(duì)較小。這與夏季降雨量較大、有利于污染物濕沉降有關(guān)。

總體而言，沙塵天氣對(duì)巴楚縣各個(gè)污染物的濃度具有一定程度的影響，其中PM10和PM2.5濃度受沙塵天氣的影響最為顯著。為了解決巴楚縣的空氣污染問(wèn)題，相關(guān)部門(mén)應(yīng)重視沙塵天氣的影響，并采取有效的措施進(jìn)行治理。

5 巴楚縣沙塵天氣防治措施優(yōu)化建議

第一，在防治沙塵天氣方面，巴楚縣應(yīng)加大建設(shè)綠色生態(tài)屏障的力度。借鑒全國(guó)其他地方的經(jīng)驗(yàn)，在縣域范圍內(nèi)大力種植闊葉樹(shù)及草本植物，形成生態(tài)屏障，進(jìn)而降低風(fēng)沙侵蝕。同時(shí)，在城市化進(jìn)程中，相關(guān)部門(mén)應(yīng)重視城市公園綠化，提高城市的植被覆蓋率，有效降低沙塵天氣對(duì)城市空氣質(zhì)量的貢獻(xiàn)。

第二，針對(duì)城市道路和公共場(chǎng)所應(yīng)加強(qiáng)清潔工作。相關(guān)部門(mén)應(yīng)每天對(duì)道路進(jìn)行清掃，同時(shí)加強(qiáng)地面噴淋工作，有效減少揚(yáng)塵問(wèn)題。在公共場(chǎng)所加強(qiáng)地面濕潤(rùn)度的維護(hù)與管理，減少揚(yáng)塵的產(chǎn)生和散布。

第三，巴楚縣應(yīng)加強(qiáng)沙塵天氣的監(jiān)測(cè)體系建設(shè)。除加強(qiáng)城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)以外，相關(guān)部門(mén)要重視加強(qiáng)對(duì)區(qū)域內(nèi)的沙塵天氣的監(jiān)測(cè)和預(yù)警，建立包括氣象、環(huán)保、水利等多個(gè)行業(yè)組成的監(jiān)測(cè)體系，做好沙塵天氣形成的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)工作，并及時(shí)發(fā)布預(yù)警。

第四，擴(kuò)大地面人工影響天氣作業(yè)的技術(shù)裝備規(guī)模及人員隊(duì)伍，常態(tài)化實(shí)施增雨作業(yè)，盡量增加降水日數(shù)和地面有效降水，促進(jìn)自然植被生長(zhǎng)和覆蓋，提高生態(tài)自我修復(fù)能力，從而改善沙塵天氣形成的下墊面條件，改善大氣環(huán)境。

第五，通過(guò)人工影響天氣建設(shè)人工“霧炮”工程，應(yīng)對(duì)城市沙塵重污染天氣。在高層樓頂多處布設(shè)“霧炮”設(shè)備，當(dāng)出現(xiàn)重污染濃浮塵天氣時(shí)，實(shí)施人工發(fā)射“霧炮”作業(yè)，增加空氣濕度，加速降塵，以減少城市浮塵維持天數(shù)，有效提高城市空氣質(zhì)量。

第六，巴楚縣還應(yīng)加大環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)的執(zhí)行和監(jiān)督力度，對(duì)環(huán)境違法行為進(jìn)行處罰，增強(qiáng)人們的環(huán)境保護(hù)的法律意識(shí)，切實(shí)加強(qiáng)法律法規(guī)的執(zhí)行和監(jiān)督，從而為沙塵天氣防治提供堅(jiān)實(shí)的法律支持。

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A study on the Impact of Sandstorms on Air Quality in Bachu County

Zubaidan·yimamu 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