2015年3月份沙塵天氣對石家莊市空氣質量的影響及其天氣類型的分析

蘇海燕 溫柳青 張良

摘 要：通過對2015年3月份石家莊地區出現的沙塵天氣，利用25個空氣自動監測站的數據資料，從空氣質量狀況、污染物濃度變化、天氣形勢等幾方面對沙塵天氣的污染特征進行分析。結果顯示：2015年3月份，石家莊市共受沙塵天氣影響天數為11天，沙塵天氣直接造成的超標天數，占3月份超標天數的42.11%；沙塵天氣導致顆粒物日平均濃度大幅升高，氣態污染物日平均濃度有所下降。

關鍵詞：沙塵天氣；空氣質量；天氣類型

0 引言

沙塵天氣是在特定地理環境和大尺度環流背景下誘發的一種災害性天氣[1]，沙塵天氣的發生會給自然環境和人民群眾的生活造成巨大的損失[2-3]。沙塵天氣頻繁發生，導致空氣中顆粒物濃度急劇上升，已經成為引發呼吸系統疾病的重要因素。沙塵天氣在對人類的健康造成危害的同時也給工農業生產、交通運輸、生態環境等造成較大的影響。陸均天等[4]指出干暖的氣候背景、頻繁的冷空氣和氣旋活動及荒漠化發展是造成2000-2002年北方春季沙塵天氣較頻繁的原因。頻繁發生的沙塵暴不僅給當地造成了重大的自然災害，而且也嚴重危害京津等地，并波及到全國，致使下游地區浮塵天氣增加、空氣質量下降。近年來，石家莊市政府通過各種大氣污染防治措施，使大氣污染加重的趨勢得到了有效遏制，空氣質量逐年改善。但每年春季，仍然是沙塵天氣高發季。本文利用2015年3月份沙塵過程空氣質量數據分析了沙塵天氣對空氣質量及污染物濃度變化的影響，利用氣象資料總結了發生沙塵過程的天氣形勢，對空氣質量預報和環境治理提供一些參考。

1 2015年3月份石家莊市空氣質量狀況

每年2至5月份是華北地區沙塵天氣的高發期[5-8]，由圖1可以看出，石家莊市2015年3月份空氣質量超標天數為19天，超標率為61.29%。其中三級（輕度污染）天數為9天，四級（中度污染）為5天，五級（重度污染）為5天，六級（嚴重污染）為0天；在2015年3月份超標天數中，受沙塵天氣影響的天數為8天，占超標天數的42.11%，而且3月16、17日和3月31日重度污染天氣均與沙塵天氣影響直接相關。

圖1 石家莊市2015年3月份每日空氣質量指數（AQI）變化圖

2 沙塵天氣對石家莊市主要污染物濃度的影響

2015年3月份共出現沙塵天氣11天，PM10平均日濃度179ug/m3，剔除沙塵日PM10濃度，平均日濃度為163ug/m3，沙塵天氣的影響使全市PM10日平均濃度升高了9.8%。分析PM10平均日濃度逐日變化，可以看到，3月16日、17日和31日強沙塵天氣中，PM10日平均濃度分別達到280ug/m3、256ug/m3和224ug/m3，達到輕度污染、中度污染水平。

通過對當月PM2.5濃度進行同樣分析，當月PM2.5月平均日濃度為93ug/m3，剔除沙塵日PM2.5濃度，日平均濃度為88ug/m3，與當月PM2.5月平均日濃度接近。從當月PM2.5日平均濃度逐日變化可以看到，3月16日、17日和31日強沙塵天氣中，PM2.5日平均濃度分別高達176ug/m3、162ug/m3和150ug/m3，均達到重度污染水平。

對當月SO2、NO2濃度進行分析，發現沙塵天氣對SO2、NO2濃度的影響與對PM2.5、PM10濃度的影響不盡相同，當月SO2日平均濃度為59ug/m3，剔除沙塵日SO2濃度，平均日濃度為65ug/m3，高于當月SO2月平均日濃度；NO2月平均日濃度為57ug/m3，剔除沙塵日NO2濃度，平均日濃度為57ug/m3，與當月NO2月平均日濃度持平。從SO2、NO2月平均日濃度逐日變化可以看到，3月16日、17日和31日強沙塵天氣中，SO2、NO2日平均濃度反而下降。這說明，沙塵天氣可以有效地降低氣態污染物濃度水平。

圖2 石家莊市3月份主要污染物日均值變化曲線圖

3 沙塵天氣過程天氣形勢分析

華北地區形成沙塵天氣的天氣形勢一般表現為沙源地（蒙古國或者中蒙邊境中部）形成一個比較強的低壓系統，與此同時，低壓系統后部形成一明顯的高壓系統，在低壓后部高壓系統前部有明顯的大風區，由于低壓系統具有較強的上升運動，在強上升運動和大風作用下，這些地區容易造成沙塵暴天氣，沙塵在沙源地起沙后，隨著高低壓系統的移動到下游地區[9]。

對3月份天氣形勢分析發現，2次沙塵天氣均發生在低壓后部轉高壓前部的天氣形勢下。以3月15日至21日沙塵過程為例，3月13日，石家莊市逐漸轉為高壓系統前部，西北部靈壽供水站點顆粒物濃度從3月13日18：00開始上升，到16、17日，PM10濃度已超過0.4mg/m3，達到嚴重污染水平，而處于南部的高邑縣政府站點顆粒物濃度從3月14日20：00才開始明顯上升。顆粒物濃度峰值表現為典型的自西北向東南的輸送趨勢，氣態污染物SO2、NO2則表現出下降趨勢。（選取三個站點，做一個PM10的濃度變化折線圖）

圖3 3月15日沙塵過程地面天氣形勢

4 結論

①2015年3月份，石家莊市共受到2次沙塵天氣過程的影響，影響天數為11天，沙塵天氣直接造成石家莊市空氣質量8天超標，占3月份超標天數的42.11%。

②沙塵天氣對PM2.5、PM10、NO2和SO2四種污染物濃度有不同程度的影響。沙塵天氣發生時導致PM10日平均濃度升高幅度最大，其次是PM2.5日平均濃度也有一定程度的升高，而沙塵天氣反而有利于NO2和SO2等氣態污染物的擴散，從而使其濃度呈下降趨勢。

③3月份石家莊市沙塵天氣均發生在低壓后部轉高壓前部的天氣形勢下。

參考文獻：

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[3]葉篤正，丑紀范，劉紀遠，等.關于我國華北沙塵暴的成因與治理對策[J].地理學報，2000，55（5）：513-521.

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[9]徐文帥，等.2010年春季沙塵天氣對北京市空氣質量的影響及其天氣類型分析[J].中國環境監測，2012，28（6）.