錫林郭勒盟空氣污染特征及天氣學分型

杜愛萍

（錫林郭勒盟氣象局，內蒙古 錫林浩特 026000）

0 引言

錫林郭勒盟是我國四大草原之一的內蒙古草原的主要天然草場，這里既是國家重要的畜產品基地，又是北方生態安全屏障。為貫徹落實中央“推進綠色發展、著力解決突出環境問題、加大生態系統保護力度、改革生態環境監管體制”精神。利用錫林郭勒盟生態環境局采集的數據對該地區氣象條件進行分析研究，增強氣象保障，服務生態文明建設。

1 數據來源

1.1 生態環境數據

本研究所采用的數據來自錫林郭勒盟生態環境局環境空氣自動監測站國控站點數據，常規監測項目為PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3，其中O3為日最大8 h平均，其他污染物日濃度值根據2個監測點實測24 h平均值計算，時間跨度為2015年1月～2021年8月。

1.2 氣象數據

本研究采用的是錫林郭勒盟國家氣象站的常規觀測、加密觀測、探空等資料，時間跨度為2015年1月～2021年8月。

1.3 研究方法

根據錫林郭勒盟生態環境局環境空氣自動監測站國控站點數據，篩選2015～2021年共計123個輕度污染以上的天氣過程［6］，統計分析得出，影響錫林郭勒盟的污染物主要是PM10、O3、PM2.5三類，其中污染物為PM10的污染過程占總污染次數的90%以上，最終選取36個首要污染物為PM10，中度以上空氣污染過程作為研究個例。應用天氣分析、熱力學、流體力學原理和方法，揭示錫林郭勒盟地區空氣污染氣象條件的特征規律，確定污染天氣過程主要影響系統、氣象要素及主要物理量特征，提煉空氣污染氣象條件預報指標，建立空氣污染氣象條件的天氣學模型。

2 污染顆粒物濃度與氣象要素的關系

2.1 影響時間

根據污染物顆粒最大濃度和最低能見度出現時間進行劃分，錫林郭勒盟污染天氣主要影響時段是12時～20時，出現了22次，占污染次數的61.1%；其次污染時段是02時～08時和08時～12時，分別出現了6次和5次，占比16.7%、13.9%；20時～02時影響次數最少，出現了3次，占比為8.3%。

2.2 污染顆粒物濃度與氣象要素的關系

污染顆粒濃度變化與氣象要素對比分析，污染物濃度在加大的過程中，能見度逐漸降低，能見度最低值出現之后的1～3 h內污染物濃度達到最大值。蒙古氣旋底部型、蒙古氣旋型、地面高壓底前部型這三種類型，污染過程中地面風速均較大，為8～12 m/s，濕度小，風速和能見度呈負相關；地面倒槽型，污染過程中風速較小，為1～2 m/s，濕度較大。

3 污染天氣的天氣學模型建立及預報指標提煉

主要從污染物濃度與地面氣象要素的關系、地面和高空影響系統、物理量場進行分析，確定了不同影響系統的位置、強度、物理量等預報指標，最終將造成錫林郭勒盟空氣污染天氣分為蒙古氣旋底部型、蒙古氣旋型、地面高壓底前部型、地面倒槽型四類，同時建立天氣學預報模型［1-5］，見表1所列。

表1 錫林郭勒盟空氣污染天氣預報指標

3.1 蒙古氣旋底部型

蒙古氣旋底部型造成的空氣污染天氣共18次，占50.0%，是造成錫林郭勒盟空氣污染的第一大類型。該類天氣過程高空影響系統為貝加爾湖冷渦（槽）或高空槽底部偏西氣流，貝加爾湖冷渦（槽）位于105°～120°E、42°～52°N；地面影響系統為蒙古氣旋，位于110°～125°E、44°～53°N，氣旋中心值987.5～1002.5.0 hPa，正負變壓差達5～8 hPa。錫林郭勒盟污染過程中受高空槽底部和蒙古氣旋底部或底后部影響，如圖1a所示。

3.2 蒙古氣旋型

蒙古氣旋型造成的空氣污染天氣共8次，占22.2%，是造成錫林郭勒盟空氣污染的第二大類型。該類天氣過程高空影響系統為貝加爾湖高空槽，位于105°～118°E、40°～48°N；地面影響系統為蒙古氣旋，位于109°～122°E、40°～49°N，氣旋中心值995.0～1 005.0 hPa，正負變壓差達4～8 hPa。錫林郭勒盟污染過程中位于貝加爾湖高空槽前部，地面受蒙古氣旋影響，基本位于地面正變壓區，如圖1b所示。

3.3 地面高壓底前部型

地面高壓底前部型造成的空氣污染天氣共7次，占19.4%，是造成錫林郭勒盟空氣污染的第三大類型。該類天氣過程高空影響系統為貝加爾湖冷渦或冷渦后部西北氣流，冷渦位于105°～118°E、44°～53°N；地面影響系統為冷高壓，位于92°～115°E、43°～55°N，冷高壓中心值1 020～1 045 hPa，變壓差達4～7 hPa。錫林郭勒盟在污染過程中處于貝加爾湖冷渦底部或者是西北氣流控制，地面受冷高壓底前部正變壓影響，如圖1c所示。

3.4 地面倒槽型

地面倒槽型造成的空氣污染天氣共3次，占8.3%，是造成錫林郭勒盟空氣污染的第四類型。該類天氣過程高空影響系統高空槽，位于98°～100°E、34°～47°N；地面影響系統為低壓倒槽，位于100°～115°E、34°～47°N。錫林郭勒盟在污染過程中處于高空槽前部，受地面倒槽前部或倒槽區內的弱變壓影響，如圖1d所示。

圖1 錫林郭勒盟空氣污染天氣學預報模型

4 研究結果

（1）文章以首要污染物為PM10，中度以上污染天氣過程作為研究個例。根據地面影響系統，將造成錫林郭勒盟空氣污染天氣分為蒙古氣旋底部型、蒙古氣旋型、地面高壓底前部型、地面倒槽型四類。高空影響系統為冷渦（槽），或者是受西北氣流控制，地面影響系統多為蒙古氣旋，其次是地面冷高壓，最少的是地面倒槽。

（2）根據顆粒物最大濃度和最低能見度出現時間來看，錫林郭勒盟的污染天氣，主要影響時段是12時～20時，共出現了22次，占污染次數的61.1%，影響時段最少的時段是20時～02時，只出現了3次，占比為8.3%。

（3）污染濃度變化與氣象要素對比分析，污染物濃度在加大的過程中，能見度逐漸降低，能見度最低值出現之后的1～3 h內污染物濃度達到最大值。蒙古氣旋底部型、蒙古氣旋型、地面高壓底前部型這三種類型，污染過程中地面風速均較大，濕度小，風速和能見度呈負相關；地面倒槽型，污染過程中風速較小，濕度較大。

（4）物理量場分析，蒙古氣旋底部型和蒙古氣旋型在污染過程中多為上升氣流影響，或者是由上升氣流轉為下沉氣流，前期是暖平流控制，逐漸轉為冷平流，濕度條件差。地面高壓底前部型在污染過程中以下沉運動為主，高低空的冷平流較強，濕度條件差。地面倒槽型，污染過程中以上升氣流為主，暖平流影響，濕度大。