论文部分内容阅读
摘 要：通过对2015年3月份石家庄地区出现的沙尘天气，利用25个空气自动监测站的数据资料，从空气质量状况、污染物浓度变化、天气形势等几方面对沙尘天气的污染特征进行分析。结果显示：2015年3月份，石家庄市共受沙尘天气影响天数为11天，沙尘天气直接造成的超标天数，占3月份超标天数的42.11%；沙尘天气导致颗粒物日平均浓度大幅升高，气态污染物日平均浓度有所下降。
关键词：沙尘天气；空气质量；天气类型
0 引言
沙尘天气是在特定地理环境和大尺度环流背景下诱发的一种灾害性天气[1]，沙尘天气的发生会给自然环境和人民群众的生活造成巨大的损失[2-3]。沙尘天气频繁发生，导致空气中颗粒物浓度急剧上升，已经成为引发呼吸系统疾病的重要因素。沙尘天气在对人类的健康造成危害的同时也给工农业生产、交通运输、生态环境等造成较大的影响。陆均天等[4]指出干暖的气候背景、频繁的冷空气和气旋活动及荒漠化发展是造成2000-2002年北方春季沙尘天气较频繁的原因。频繁发生的沙尘暴不仅给当地造成了重大的自然灾害，而且也严重危害京津等地，并波及到全国，致使下游地区浮尘天气增加、空气质量下降。近年来，石家庄市政府通过各种大气污染防治措施，使大气污染加重的趋势得到了有效遏制，空气质量逐年改善。但每年春季，仍然是沙尘天气高发季。本文利用2015年3月份沙尘过程空气质量数据分析了沙尘天气对空气质量及污染物浓度变化的影响，利用气象资料总结了发生沙尘过程的天气形势，对空气质量预报和环境治理提供一些参考。
1 2015年3月份石家庄市空气质量状况
每年2至5月份是华北地区沙尘天气的高发期[5-8]，由图1可以看出，石家庄市2015年3月份空气质量超标天数为19天，超标率为61.29%。其中三级（轻度污染）天数为9天，四级（中度污染）为5天，五级（重度污染）为5天，六级（严重污染）为0天；在2015年3月份超标天数中，受沙尘天气影响的天数为8天，占超标天数的42.11%，而且3月16、17日和3月31日重度污染天气均与沙尘天气影响直接相关。
图1 石家庄市2015年3月份每日空气质量指数（AQI）变化图
2 沙尘天气对石家庄市主要污染物浓度的影响
2015年3月份共出现沙尘天气11天，PM10平均日浓度179ug/m3，剔除沙尘日PM10浓度，平均日浓度为163ug/m3，沙尘天气的影响使全市PM10日平均浓度升高了9.8%。分析PM10平均日濃度逐日变化，可以看到，3月16日、17日和31日强沙尘天气中，PM10日平均浓度分别达到280ug/m3、256ug/m3和224ug/m3，达到轻度污染、中度污染水平。
通过对当月PM2.5浓度进行同样分析，当月PM2.5月平均日浓度为93ug/m3，剔除沙尘日PM2.5浓度，日平均浓度为88ug/m3，与当月PM2.5月平均日浓度接近。从当月PM2.5日平均浓度逐日变化可以看到，3月16日、17日和31日强沙尘天气中，PM2.5日平均浓度分别高达176ug/m3、162ug/m3和150ug/m3，均达到重度污染水平。
对当月SO2、NO2浓度进行分析，发现沙尘天气对SO2、NO2浓度的影响与对PM2.5、PM10浓度的影响不尽相同，当月SO2日平均浓度为59ug/m3，剔除沙尘日SO2浓度，平均日浓度为65ug/m3，高于当月SO2月平均日浓度；NO2月平均日浓度为57ug/m3，剔除沙尘日NO2浓度，平均日浓度为57ug/m3，与当月NO2月平均日浓度持平。从SO2、NO2月平均日浓度逐日变化可以看到，3月16日、17日和31日强沙尘天气中，SO2、NO2日平均浓度反而下降。这说明，沙尘天气可以有效地降低气态污染物浓度水平。
图2 石家庄市3月份主要污染物日均值变化曲线图
3 沙尘天气过程天气形势分析
华北地区形成沙尘天气的天气形势一般表现为沙源地（蒙古国或者中蒙边境中部）形成一个比较强的低压系统，与此同时，低压系统后部形成一明显的高压系统，在低压后部高压系统前部有明显的大风区，由于低压系统具有较强的上升运动，在强上升运动和大风作用下，这些地区容易造成沙尘暴天气，沙尘在沙源地起沙后，随着高低压系统的移动到下游地区[9]。
对3月份天气形势分析发现，2次沙尘天气均发生在低压后部转高压前部的天气形势下。以3月15日至21日沙尘过程为例，3月13日，石家庄市逐渐转为高压系统前部，西北部灵寿供水站点颗粒物浓度从3月13日18：00开始上升，到16、17日，PM10浓度已超过0.4mg/m3，达到严重污染水平，而处于南部的高邑县政府站点颗粒物浓度从3月14日20：00才开始明显上升。颗粒物浓度峰值表现为典型的自西北向东南的输送趋势，气态污染物SO2、NO2则表现出下降趋势。（选取三个站点，做一个PM10的浓度变化折线图）
图3 3月15日沙尘过程地面天气形势
4 结论
①2015年3月份，石家庄市共受到2次沙尘天气过程的影响，影响天数为11天，沙尘天气直接造成石家庄市空气质量8天超标，占3月份超标天数的42.11%。
②沙尘天气对PM2.5、PM10、NO2和SO2四种污染物浓度有不同程度的影响。沙尘天气发生时导致PM10日平均浓度升高幅度最大，其次是PM2.5日平均浓度也有一定程度的升高，而沙尘天气反而有利于NO2和SO2等气态污染物的扩散，从而使其浓度呈下降趋势。
③3月份石家庄市沙尘天气均发生在低压后部转高压前部的天气形势下。
参考文献：
[1]陈晓光，张存杰，董安祥.甘肃省沙尘暴过程的划分及统计分析[J].高原气象，2004，23（3）：374-381.
[2]周自江，章国材.中国北方的典型强沙尘暴事件（1954-2002年）[J].科学通报，2003，48（11）：1224-1228.
[3]叶笃正，丑纪范，刘纪远，等.关于我国华北沙尘暴的成因与治理对策[J].地理学报，2000，55（5）：513-521.
[4]陆均天，邹旭恺，王锦贵，等.近3年我国沙尘天气较频繁发生的原因分析[J].气候与环境研究，2003，8（1）：107-113.
[5]董安祥，白虎志，陆登荣，等.河西走廊强和特强沙尘暴变化趋势的初步研究[J].高原气象，2003，22（4）：422-425.
[6]李栋梁，钟海玲，魏丽，等.中国北方年沙尘暴日数的气候特征及对春季高原地面感热的响应[J].高原气象，2003，22（4）：337-345.
[7]丁瑞强，王式功，尚可政，等.中国春季沙尘暴的趋势变化及年代际变化[J].高原气象，2004，23（5）：660-666.
[8]钟海玲，李栋梁.中国北方4月沙尘暴与西风环流的关系[J].高原气象，2005，24（1）：104-111.
[9]徐文帅，等.2010年春季沙尘天气对北京市空气质量的影响及其天气类型分析[J].中国环境监测，2012，28（6）.
关键词：沙尘天气；空气质量；天气类型
0 引言
沙尘天气是在特定地理环境和大尺度环流背景下诱发的一种灾害性天气[1]，沙尘天气的发生会给自然环境和人民群众的生活造成巨大的损失[2-3]。沙尘天气频繁发生，导致空气中颗粒物浓度急剧上升，已经成为引发呼吸系统疾病的重要因素。沙尘天气在对人类的健康造成危害的同时也给工农业生产、交通运输、生态环境等造成较大的影响。陆均天等[4]指出干暖的气候背景、频繁的冷空气和气旋活动及荒漠化发展是造成2000-2002年北方春季沙尘天气较频繁的原因。频繁发生的沙尘暴不仅给当地造成了重大的自然灾害，而且也严重危害京津等地，并波及到全国，致使下游地区浮尘天气增加、空气质量下降。近年来，石家庄市政府通过各种大气污染防治措施，使大气污染加重的趋势得到了有效遏制，空气质量逐年改善。但每年春季，仍然是沙尘天气高发季。本文利用2015年3月份沙尘过程空气质量数据分析了沙尘天气对空气质量及污染物浓度变化的影响，利用气象资料总结了发生沙尘过程的天气形势，对空气质量预报和环境治理提供一些参考。
1 2015年3月份石家庄市空气质量状况
每年2至5月份是华北地区沙尘天气的高发期[5-8]，由图1可以看出，石家庄市2015年3月份空气质量超标天数为19天，超标率为61.29%。其中三级（轻度污染）天数为9天，四级（中度污染）为5天，五级（重度污染）为5天，六级（严重污染）为0天；在2015年3月份超标天数中，受沙尘天气影响的天数为8天，占超标天数的42.11%，而且3月16、17日和3月31日重度污染天气均与沙尘天气影响直接相关。
图1 石家庄市2015年3月份每日空气质量指数（AQI）变化图
2 沙尘天气对石家庄市主要污染物浓度的影响
2015年3月份共出现沙尘天气11天，PM10平均日浓度179ug/m3，剔除沙尘日PM10浓度，平均日浓度为163ug/m3，沙尘天气的影响使全市PM10日平均浓度升高了9.8%。分析PM10平均日濃度逐日变化，可以看到，3月16日、17日和31日强沙尘天气中，PM10日平均浓度分别达到280ug/m3、256ug/m3和224ug/m3，达到轻度污染、中度污染水平。
通过对当月PM2.5浓度进行同样分析，当月PM2.5月平均日浓度为93ug/m3，剔除沙尘日PM2.5浓度，日平均浓度为88ug/m3，与当月PM2.5月平均日浓度接近。从当月PM2.5日平均浓度逐日变化可以看到，3月16日、17日和31日强沙尘天气中，PM2.5日平均浓度分别高达176ug/m3、162ug/m3和150ug/m3，均达到重度污染水平。
对当月SO2、NO2浓度进行分析，发现沙尘天气对SO2、NO2浓度的影响与对PM2.5、PM10浓度的影响不尽相同，当月SO2日平均浓度为59ug/m3，剔除沙尘日SO2浓度，平均日浓度为65ug/m3，高于当月SO2月平均日浓度；NO2月平均日浓度为57ug/m3，剔除沙尘日NO2浓度，平均日浓度为57ug/m3，与当月NO2月平均日浓度持平。从SO2、NO2月平均日浓度逐日变化可以看到，3月16日、17日和31日强沙尘天气中，SO2、NO2日平均浓度反而下降。这说明，沙尘天气可以有效地降低气态污染物浓度水平。
图2 石家庄市3月份主要污染物日均值变化曲线图
3 沙尘天气过程天气形势分析
华北地区形成沙尘天气的天气形势一般表现为沙源地（蒙古国或者中蒙边境中部）形成一个比较强的低压系统，与此同时，低压系统后部形成一明显的高压系统，在低压后部高压系统前部有明显的大风区，由于低压系统具有较强的上升运动，在强上升运动和大风作用下，这些地区容易造成沙尘暴天气，沙尘在沙源地起沙后，随着高低压系统的移动到下游地区[9]。
对3月份天气形势分析发现，2次沙尘天气均发生在低压后部转高压前部的天气形势下。以3月15日至21日沙尘过程为例，3月13日，石家庄市逐渐转为高压系统前部，西北部灵寿供水站点颗粒物浓度从3月13日18：00开始上升，到16、17日，PM10浓度已超过0.4mg/m3，达到严重污染水平，而处于南部的高邑县政府站点颗粒物浓度从3月14日20：00才开始明显上升。颗粒物浓度峰值表现为典型的自西北向东南的输送趋势，气态污染物SO2、NO2则表现出下降趋势。（选取三个站点，做一个PM10的浓度变化折线图）
图3 3月15日沙尘过程地面天气形势
4 结论
①2015年3月份，石家庄市共受到2次沙尘天气过程的影响，影响天数为11天，沙尘天气直接造成石家庄市空气质量8天超标，占3月份超标天数的42.11%。
②沙尘天气对PM2.5、PM10、NO2和SO2四种污染物浓度有不同程度的影响。沙尘天气发生时导致PM10日平均浓度升高幅度最大，其次是PM2.5日平均浓度也有一定程度的升高，而沙尘天气反而有利于NO2和SO2等气态污染物的扩散，从而使其浓度呈下降趋势。
③3月份石家庄市沙尘天气均发生在低压后部转高压前部的天气形势下。
参考文献：
[1]陈晓光，张存杰，董安祥.甘肃省沙尘暴过程的划分及统计分析[J].高原气象，2004，23（3）：374-381.
[2]周自江，章国材.中国北方的典型强沙尘暴事件（1954-2002年）[J].科学通报，2003，48（11）：1224-1228.
[3]叶笃正，丑纪范，刘纪远，等.关于我国华北沙尘暴的成因与治理对策[J].地理学报，2000，55（5）：513-521.
[4]陆均天，邹旭恺，王锦贵，等.近3年我国沙尘天气较频繁发生的原因分析[J].气候与环境研究，2003，8（1）：107-113.
[5]董安祥，白虎志，陆登荣，等.河西走廊强和特强沙尘暴变化趋势的初步研究[J].高原气象，2003，22（4）：422-425.
[6]李栋梁，钟海玲，魏丽，等.中国北方年沙尘暴日数的气候特征及对春季高原地面感热的响应[J].高原气象，2003，22（4）：337-345.
[7]丁瑞强，王式功，尚可政，等.中国春季沙尘暴的趋势变化及年代际变化[J].高原气象，2004，23（5）：660-666.
[8]钟海玲，李栋梁.中国北方4月沙尘暴与西风环流的关系[J].高原气象，2005，24（1）：104-111.
[9]徐文帅，等.2010年春季沙尘天气对北京市空气质量的影响及其天气类型分析[J].中国环境监测，2012，28（6）.