重慶市冬季一次沙塵天氣過程綜合觀測

熊桂洪 陳 思 蔣昌潭 許麗萍

（重慶市生態環境監測中心 城市大氣環境綜合觀測與污染防控重慶市重點實驗室 重慶 401147）

引言

沙塵氣溶膠是大氣氣溶膠的重要組成部分，沙塵氣溶膠能夠懸浮于大氣環境中并且在一定大氣環流作用下進行遠距離輸送，對沙塵氣溶膠經過的下游區域空氣質量產生一定影響[1]。我國西北地區為中亞沙塵暴部分區域，是東亞沙塵氣溶膠的主要源區，其產生的沙塵在西風帶系統的引導下能夠輸送到中國東部地區、日本、韓國甚至能夠到達美國的夏威夷和西海岸[2]。

重慶位于西北沙塵源地的下游，重慶特殊的地形使沙塵暴天氣發生幾率較小，而沙塵天氣時有發生。目前，學者研究主要集中于重慶細顆粒物的濃度[3]、化學特征[4]、時空分布[5]、組分[6]等，對于外源輸入的重慶地區沙塵氣溶膠污染過程研究較少，對于沙塵影響下重慶地區顆粒物的化學性質研究缺乏，可用于沙塵氣溶膠污染過程的環境空氣質量預警預報研究經驗不多。

故本文結合地面觀測結果、天氣背景圖、HYSPLIT 模式模擬結果對我們捕捉到的2017 年12 月29 日-2018 年1 月1 日重慶地區一次沙塵影響的污染過程進行研究，分析了沙塵氣溶膠的來源和路徑，以期為重慶地區氣溶膠的全面研究提供個例。

1 數據資料與儀器

1.1 數據資料

氣象數據來源于中央氣象臺，空氣質量數據來源于中國環境監測總站和重慶市環境保護局對外公布的數據，HYSPLIT 模型模擬結果由網站（https：//ready.arl.noaa.gov/index.php）在線獲取。

1.2 主要觀測儀器

大氣氣溶膠垂直探測數據來自于EV-LIDAR 微脈沖激光雷達，探測波長532 nm。各監測儀器嚴格按照國家標準或者儀器廠商推薦運維方法進行定期運維，保證監測數據的準確性及可靠性。

2 結果與討論

2.1 污染現狀分析

本次污染過程中顆粒物質量濃度變化情況見圖1。12 月29日由于污染積累導致PM10 與PM2.5 濃度值較高。30 日，PM10 質量濃度急劇增加，最大值出現于30 日16：00，濃度為240μg/m3。

根據中國環境監測總站《受沙塵天氣過程影響城市空氣質量評價補充規定》中影響時段判定[7]，將本次沙塵污染過程劃分為3 個階段：第1 階段為沙塵影響前階段（12 月29 日0：00-12月30 日3：00），沙塵前鋒尚未到達測點上空，PM2.5 在PM10 中平均占比為72.5%，與任麗紅[8]的研究成果一致。第2 階段為沙塵影響階段(12 月30 日4：00-12 月31 日11：00)，PM10 濃度快速增加，重慶城區開始以大粒徑顆粒物為主。30 日16：00PM10 質量濃度達到峰值，此后PM2.5/PM10 逐漸升高。沙塵影響階段PM2.5/PM10 最小值僅為0.30。第3 階段為沙塵影響后階段（2017 年12 月31 日12：00-2018 年1 月2 日0：00），PM10 濃度降低，PM10 和PM2.5 小時均值分別為98、64μg/m3，污染特征體現為細顆粒物為主。

圖1 2017 年12 月29 日-2018 年1 月1 日顆粒物質量濃度隨時間變化情況

2.2 沙塵成因分析

2.2.1 天氣背景分析

圖2 為28-30 日地面氣壓場變化情況圖。28-30 日，中心強度為1045hPa 的地面冷高壓發展東移南壓，30 日14：00，高壓擴散南壓至重慶主城區，北方干冷空氣攜帶沙塵粒子向東向南輸送，所經之處對應地面多出現沙塵天氣：根據地面監測數據，28日4：00，甘肅省酒泉、張掖等城市出現沙塵天氣，空氣中PM10 質量濃度突升，最大小時質量濃度大于3000μg/m3，隨著冷空氣繼續往東南方向移動，29 日，西安、寶雞PM10 質量濃度超過800μg/m3，隨后漢中、巴中、達州、重慶等城市PM10 質量濃度突升。

圖2 2017 年12 月(a)28 日17:00,(b)30 日14:00 地面氣壓場

2.2.2 垂直結構分析

顆粒物激光雷達的探測結果顯示（見圖3），30 日開始，污染邊界層開始抬升，外來輸送的沙塵進入邊界層，測點上空1.2 km 以下區域退偏比明顯增大，0.5 km 左右高度退偏振比達到了0.25，氣溶膠粗顆粒特征明顯增強。隨著沙塵氣溶膠的沉降，近地面PM10 濃度上升明顯，此時污染特征以粗顆粒物為主。

圖3 顆粒物激光雷達探測的退偏比數據

2.2.3 后向軌跡分析

圖4 后向軌跡分析2017 年12 月30 日16:00

選擇30 日16：00 進行HYSPLIT 后向72h 軌跡分析（圖4），模擬高度為500m。28 日，氣團起始高度為2500m 高度左右，來自我國甘肅省蘭州、定西等城市，隨著氣團的逐漸降低，沙塵氣溶膠也隨著降低，導致地面PM10 質量濃度的升高。氣團傳輸方向為自西北輸送至陜西西南部后，轉為西南方向到達四川盆地，從重慶西北方向進入重慶地區，影響重慶地區空氣質量。

綜合以上分析，導致重慶地區2017 年12 月29-2018 年1月1 日沙塵污染的主要原因為來自我國西北地區沙塵粒子的長距離輸送在適合的環境背景影響下沉降。冬季和春季是沙塵天氣高發季節，重慶市距離沙塵產生區域相對較遠，發生沙塵暴的幾率較小，但是重慶地區的西北部和中部大多丘陵、低山，來自中亞沙塵源區的沙塵氣溶膠通過漢中、巴中、達州等城市進入四川盆地[9-10]，進而影響重慶地區，對重慶地區的空氣質量造成污染。

3 結論

綜合利用天氣背景分析、地面觀測數據和激光雷達探測等手段，結合HYSPLIT 模式分析了沙塵氣溶膠的來源及路徑，主要結論如下：

（1）受沙塵影響，PM10 濃度大幅升高，PM10 最大小時濃度值為240μg/m3，PM2.5/PM10 最小值為0.30，顆粒物以粗顆粒物污染為主。

（2）沙塵過境期間影響近地面顆粒物的沙塵高度主要分布在1.2 km 以下區域，探測到最大退偏振比達到0.25。

（3）源自我國西北地區的沙塵粒子通過高空輸送，通過漢中、巴中等城市進入四川盆地，進而影響重慶地區空氣質量。

結語

（1）科學防沙治沙。美國和前蘇聯分別提出了農業措施和林業措施以應對沙塵。我國可借鑒其他沙塵多發地區的先進經驗，制定科學的適合我國的沙塵應對措施。

（2）保護植被環境。不僅需要保護現有植被，對于我國西北地區，發展適合當地生長的植被，提高植被覆蓋率，減少沙塵源頭，保護生態環境。

（3）加強污染管控。對于沙塵經過的各區域，需要加大對高排放工業企業的管控，需加強對大貨車燃油車的抽檢，減少本地排放，改善空氣質量。