重庆市冬季一次沙尘天气过程综合观测

熊桂洪 陈 思 蒋昌潭 许丽萍

（重庆市生态环境监测中心 城市大气环境综合观测与污染防控重庆市重点实验室 重庆 401147）

引言

沙尘气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分，沙尘气溶胶能够悬浮于大气环境中并且在一定大气环流作用下进行远距离输送，对沙尘气溶胶经过的下游区域空气质量产生一定影响[1]。我国西北地区为中亚沙尘暴部分区域，是东亚沙尘气溶胶的主要源区，其产生的沙尘在西风带系统的引导下能够输送到中国东部地区、日本、韩国甚至能够到达美国的夏威夷和西海岸[2]。

重庆位于西北沙尘源地的下游，重庆特殊的地形使沙尘暴天气发生几率较小，而沙尘天气时有发生。目前，学者研究主要集中于重庆细颗粒物的浓度[3]、化学特征[4]、时空分布[5]、组分[6]等，对于外源输入的重庆地区沙尘气溶胶污染过程研究较少，对于沙尘影响下重庆地区颗粒物的化学性质研究缺乏，可用于沙尘气溶胶污染过程的环境空气质量预警预报研究经验不多。

故本文结合地面观测结果、天气背景图、HYSPLIT 模式模拟结果对我们捕捉到的2017 年12 月29 日-2018 年1 月1 日重庆地区一次沙尘影响的污染过程进行研究，分析了沙尘气溶胶的来源和路径，以期为重庆地区气溶胶的全面研究提供个例。

1 数据资料与仪器

1.1 数据资料

气象数据来源于中央气象台，空气质量数据来源于中国环境监测总站和重庆市环境保护局对外公布的数据，HYSPLIT 模型模拟结果由网站（https：//ready.arl.noaa.gov/index.php）在线获取。

1.2 主要观测仪器

大气气溶胶垂直探测数据来自于EV-LIDAR 微脉冲激光雷达，探测波长532 nm。各监测仪器严格按照国家标准或者仪器厂商推荐运维方法进行定期运维，保证监测数据的准确性及可靠性。

2 结果与讨论

2.1 污染现状分析

本次污染过程中颗粒物质量浓度变化情况见图1。12 月29日由于污染积累导致PM10 与PM2.5 浓度值较高。30 日，PM10 质量浓度急剧增加，最大值出现于30 日16：00，浓度为240μg/m3。

根据中国环境监测总站《受沙尘天气过程影响城市空气质量评价补充规定》中影响时段判定[7]，将本次沙尘污染过程划分为3 个阶段：第1 阶段为沙尘影响前阶段（12 月29 日0：00-12月30 日3：00），沙尘前锋尚未到达测点上空，PM2.5 在PM10 中平均占比为72.5%，与任丽红[8]的研究成果一致。第2 阶段为沙尘影响阶段(12 月30 日4：00-12 月31 日11：00)，PM10 浓度快速增加，重庆城区开始以大粒径颗粒物为主。30 日16：00PM10 质量浓度达到峰值，此后PM2.5/PM10 逐渐升高。沙尘影响阶段PM2.5/PM10 最小值仅为0.30。第3 阶段为沙尘影响后阶段（2017 年12 月31 日12：00-2018 年1 月2 日0：00），PM10 浓度降低，PM10 和PM2.5 小时均值分别为98、64μg/m3，污染特征体现为细颗粒物为主。

图1 2017 年12 月29 日-2018 年1 月1 日颗粒物质量浓度随时间变化情况

2.2 沙尘成因分析

2.2.1 天气背景分析

图2 为28-30 日地面气压场变化情况图。28-30 日，中心强度为1045hPa 的地面冷高压发展东移南压，30 日14：00，高压扩散南压至重庆主城区，北方干冷空气携带沙尘粒子向东向南输送，所经之处对应地面多出现沙尘天气：根据地面监测数据，28日4：00，甘肃省酒泉、张掖等城市出现沙尘天气，空气中PM10 质量浓度突升，最大小时质量浓度大于3000μg/m3，随着冷空气继续往东南方向移动，29 日，西安、宝鸡PM10 质量浓度超过800μg/m3，随后汉中、巴中、达州、重庆等城市PM10 质量浓度突升。

图2 2017 年12 月(a)28 日17:00,(b)30 日14:00 地面气压场

2.2.2 垂直结构分析

颗粒物激光雷达的探测结果显示（见图3），30 日开始，污染边界层开始抬升，外来输送的沙尘进入边界层，测点上空1.2 km 以下区域退偏比明显增大，0.5 km 左右高度退偏振比达到了0.25，气溶胶粗颗粒特征明显增强。随着沙尘气溶胶的沉降，近地面PM10 浓度上升明显，此时污染特征以粗颗粒物为主。

图3 颗粒物激光雷达探测的退偏比数据

2.2.3 后向轨迹分析

图4 后向轨迹分析2017 年12 月30 日16:00

选择30 日16：00 进行HYSPLIT 后向72h 轨迹分析（图4），模拟高度为500m。28 日，气团起始高度为2500m 高度左右，来自我国甘肃省兰州、定西等城市，随着气团的逐渐降低，沙尘气溶胶也随着降低，导致地面PM10 质量浓度的升高。气团传输方向为自西北输送至陕西西南部后，转为西南方向到达四川盆地，从重庆西北方向进入重庆地区，影响重庆地区空气质量。

综合以上分析，导致重庆地区2017 年12 月29-2018 年1月1 日沙尘污染的主要原因为来自我国西北地区沙尘粒子的长距离输送在适合的环境背景影响下沉降。冬季和春季是沙尘天气高发季节，重庆市距离沙尘产生区域相对较远，发生沙尘暴的几率较小，但是重庆地区的西北部和中部大多丘陵、低山，来自中亚沙尘源区的沙尘气溶胶通过汉中、巴中、达州等城市进入四川盆地[9-10]，进而影响重庆地区，对重庆地区的空气质量造成污染。

3 结论

综合利用天气背景分析、地面观测数据和激光雷达探测等手段，结合HYSPLIT 模式分析了沙尘气溶胶的来源及路径，主要结论如下：

（1）受沙尘影响，PM10 浓度大幅升高，PM10 最大小时浓度值为240μg/m3，PM2.5/PM10 最小值为0.30，颗粒物以粗颗粒物污染为主。

（2）沙尘过境期间影响近地面颗粒物的沙尘高度主要分布在1.2 km 以下区域，探测到最大退偏振比达到0.25。

（3）源自我国西北地区的沙尘粒子通过高空输送，通过汉中、巴中等城市进入四川盆地，进而影响重庆地区空气质量。

结语

（1）科学防沙治沙。美国和前苏联分别提出了农业措施和林业措施以应对沙尘。我国可借鉴其他沙尘多发地区的先进经验，制定科学的适合我国的沙尘应对措施。

（2）保护植被环境。不仅需要保护现有植被，对于我国西北地区，发展适合当地生长的植被，提高植被覆盖率，减少沙尘源头，保护生态环境。

（3）加强污染管控。对于沙尘经过的各区域，需要加大对高排放工业企业的管控，需加强对大货车燃油车的抽检，减少本地排放，改善空气质量。