摘 要：【目的】研究許昌市2021年1月20日至30日霾疊加沙塵污染過程特征及來源，為許昌市秋冬季重污染應急管控政策的制定提供參考。【方法】選取顆粒物濃度及相關站點氣象數(shù)據(jù)，利用HYSPLIT后向軌跡模型分析污染特征及來源?！窘Y果】2021年1月21日至29日豫中地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)重度污染，具有同區(qū)域性，相鄰城市略有差異。其中22日至25日為霾污染天氣，28日轉沙塵污染，污染加重?！窘Y論】高濕的氣象條件有利于細顆粒物的吸濕增長；東北風向使得細顆粒物在許昌地區(qū)聚集；西北風傳輸沙塵氣溶膠及冷空氣過后偏南風導致沙塵回流，均可增加市區(qū)顆粒濃度。24日霾污染過程中細顆粒物從豫東北地區(qū)低空傳輸至許昌境內(nèi)；而后沙塵天氣隨著西北路冷空氣系統(tǒng)高空傳輸，在28日影響許昌地區(qū)。

關鍵詞：許昌市；空氣質量；氣象條件；沙塵；后向軌跡

中圖分類號：X513" " "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2025）05-0104-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.05.020

Analysis of Characteristics and Sources of Severe PM2.5 Pollution Superimposed with Dust in Xuchang City

ZHANG Ruifang

（Xuchang Meteorological Bureau， Xuchang 411000， China）

Abstract：[Purposes] Research and Analysis on the Characteristics and Sources of the PM2.5 Pollution Process Superimposed with Dust in Xuchang City from January 20 to 30， 2021. [Methods] This study selected particulate matter concentration data and meteorological data from relevant stations， utilizing the HYSPLIT backward trajectory model to analyze pollution sources and characteristics. [Findings] From January 21 to 29， 2021， continuous heavy pollution was observed in the central Henan region， exhibiting regional synchronicity with slight variations among adjacent cities. Specifically， haze pollution prevailed from January 22 to 25， which then transitioned to dust pollution from January 27 to 28， leading to an intensification of pollution. [Conclusions] Meteorological conditions with high humidity are conducive to the hygroscopic growth of fine particles. A northeasterly wind direction facilitates the accumulation of fine particles in the Xuchang area. The transportation of dust aerosols by the northwesterly wind， as well as the dust backflow caused by the southerly wind after the passage of cold air， can both increase the particulate concentration in urban areas. During the haze pollution process on January 24， fine particulate matter was transported from low altitudes in northeastern Henan to Xuchang. Subsequently， dust weather was transmitted to Xuchang on January 28 via the upper-level airflow of the northwesterly cold air system.

Keywords： Xuchang City; air quality; meteorological conditions; dust; backward trajectory

0 引言

隨著工業(yè)化和城市化的推進，大氣污染已演變?yōu)槿蛐缘沫h(huán)境問題，尤其在冬季，顆粒物對人體健康和環(huán)境質量的影響更是備受矚目［1-3］。2023年12月，國務院印發(fā)《空氣質量持續(xù)改善行動計劃》（國發(fā)〔2023〕24號），針對京津冀及周邊地區(qū)設定了更為明確的減排目標［4］。深入探究顆粒物污染的特征及來源，對于更全面地理解大氣污染的形成機制和演變規(guī)律具有重要意義［5］。

有研究表明，區(qū)域傳輸［6］和本地排放［7］是河南省面臨污染問題的兩大主要原因。高濕靜風、低層逆溫、地面弱氣壓場等靜穩(wěn)天氣條件也是導致本地污染加劇的主要氣象因素［8-9］。進一步的研究表明，鄭州市冬季PM2.5的潛在源區(qū)主要是北部的京津冀傳輸通道城市，包括焦作、開封、新鄉(xiāng)、鶴壁、濮陽、安陽、邯鄲和邢臺［10］。王維思等［11］研究表明，來自偏東和偏南方向的短距離傳輸及東北方向中長距離輸送（分別占外界傳輸?shù)?6.4%、22.6%和22.0%）也是造成鄭州重污染天氣的重要原因。

許昌市位于河南省中部，交通便利，工業(yè)發(fā)達，是中原城市群與中原經(jīng)濟區(qū)的核心城市之一。當前針對大氣顆粒物的研究主要聚焦于鄭州、洛陽、新鄉(xiāng)等省內(nèi)經(jīng)濟較為發(fā)達地區(qū)［12-13］，對許昌市冬季PM2.5和沙塵特征和來源解析的研究顯不足。因此，本研究深入分析2021年1月許昌市一次PM2.5疊加沙塵傳輸?shù)膹秃闲臀廴具^程的特點及來源，旨在為許昌市秋冬季重污染應急管控政策的制定提供科學依據(jù)，為空氣質量的持續(xù)改善指明方向。

1 資料與方法

本研究首先選取2021年1月20日至30日許昌及周邊地區(qū)的空氣質量數(shù)據(jù)和氣象要素數(shù)據(jù)，使用皮爾森相關系數(shù)探討顆粒物濃度與氣象要素的相關性。其次探討氣象因子對顆粒物污染天氣的影響。最后用HYSPLIT-4后向軌跡模式來追蹤許昌市（34°N， 113.5°E、高度為10、500、1000 m）的72 h污染軌跡，分析其污染物的傳輸來源。國家氣象觀測站的地面污染物濃度數(shù)據(jù)和氣象資料來自河南省氣象大數(shù)據(jù)云平臺，海平面氣壓場使用ERA5再分析數(shù)據(jù)。

2 結果與分析

2.1 顆粒物日變化特征

2021年1月20日至30日河南省出現(xiàn)一次大范圍的PM2.5疊加沙塵傳輸?shù)闹囟燃耙陨衔廴咎鞖膺^程。許昌及周邊地區(qū)AQI、PM2.5、PM10的日變化情況如圖1所示。這些地市AQI指數(shù)變化趨勢相同，21日至25日AQI指數(shù)出現(xiàn)峰值，均達到重度污染。PM2.5、PM10濃度變化情況一致，26日許昌市PM2.5濃度迅速減少，空氣質量逐步改善至輕度污染，而后27日至28日PM10濃度上升，各個地區(qū)受到沙塵影響，空氣污染加重。24日許昌市PM2.5濃度達到282 μg/m3。1月30日區(qū)域大部地區(qū)空氣質量轉為良，污染過程基本結束。

2.2 顆粒物小時變化特征

許昌市冬季的重污染通常以PM2.5或PM10為首要污染物，本次重污染過程中經(jīng)歷了霾、沙塵等的污染過程（如圖2所示）。以PM2.5/PM10值顯示霾或沙塵污染影響，當PM2.5/PM10值大于0.5時，主要為PM2.5影響階段，反之為 PM10影響階段［9］。由圖2可知，25日前PM2.5與PM10變化趨勢基本相似。20日至27日受靜穩(wěn)天氣影響，PM2.5和PM10濃度上升，PM2.5/PM10值始終大于0.5，主要污染物為PM2.5。28日沙塵傳輸過程，PM2.5/ PM10值范圍0.12～0.30，PM10濃度400 [μ]g/m3以上，空氣質量為嚴重污染。29日后污染減弱，全市轉為輕度污染。

2.3 氣象要素的影響

本次污染過程中，顆粒物濃度與各氣象因子之間的相關性見表1，近地面氣象要素逐小時變化情況如圖3所示。結合表1和圖3顯示內(nèi)容可以看出20日至27日大多時次的相對濕度都超過50%，高濕的氣象條件有利于細顆粒物的吸濕增長，以及二次顆粒物的生成［14-15］。20日至24日許昌站風力偏小，其中21日和23日平均風速都小于2 m/s，風向以東北風或偏北風為主，由于許昌西高東低特殊的地形條件，污染物不易向西南方向擴散，使得顆粒物在本地聚集，污染加重。

總體來說（如圖4所示）當風向偏東北時PM2.5和PM10質量濃度高于風向偏南時的值，空氣質量較差。隨著空氣質量越來越差，能見度有所下降。能見度在22日至25日都低于3 km，最低能見度達0.6 km，主要因為顆粒物對光的有散射和吸收作用。28日凌晨西北路冷空氣進入豫中地區(qū)，本站氣壓明顯增大，相對濕度顯著降低，西北風增加，將細顆粒物擴散出去，但同時帶來沙塵天氣。29日偏南風導致沙塵氣溶膠回流，使得PM10濃度出現(xiàn)高峰值。隨著西南風加大，沙塵氣溶膠向外擴散，大氣自凈力增強，30日空氣質量有所好轉。

2.4 污染物后向軌跡特征

使用HYSPLIT模型對AQI濃度較高時段進行后向軌跡分析，結果如圖5所示。24日08時顆粒物主要是從山東東南部、豫東北地區(qū)傳輸至許昌境內(nèi)，經(jīng)過開封、商丘等地區(qū)，污染物主要傳輸高度在500 m附近；24日08時后細顆粒物影響豫中地區(qū)。結合海平面氣壓場分析，在地面北高南低的弱氣壓場中，東北風導致的污染傳輸作用加強24日的污染形勢。28日后轉沙塵污染，可以看到沙塵主要是隨著冷高壓系統(tǒng)向東南移動，移速較快，28日08時開始影響河南大部分地區(qū)，12時沙塵氣溶膠隨著下沉氣流，影響許昌。

3 結論

2021年1月21日至29日豫中地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)重度污染，具有同區(qū)域性，相鄰城市略有差異。其中22日至25日PM2.5和PM10濃度均較高，至26日PM2.5濃度驟降，空氣質量改善至輕度污染。28日轉沙塵污染，PM10濃度上升，污染又加重。

較高的相對濕度有利于細顆粒物的吸濕增長；風向對污染濃度有顯著影響。東北風向時，細顆粒物在許昌地區(qū)聚集，空氣質量轉差；而西北風傳輸沙塵氣溶膠，及冷空氣過后偏南風導致沙塵回流，均可增加市區(qū)顆粒濃度。

兩次污染傳輸路徑為細顆粒物從豫東北等地區(qū)低空傳輸至許昌境內(nèi)；而后沙塵天氣隨著西北路冷空氣系統(tǒng)高空傳輸，在28日影響許昌地區(qū)。

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