2020年西雙版納持續(xù)重霾天氣成因和來源分析

字 冉，孔 震,明 蕊,張啟悅,高婷婷，王 利

(1.云南省西雙版納傣族自治州氣象局，云南 景洪 666100；2.云南大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650504)

0 引言

西雙版納位于云南的最南端，介于21.13°～22.6°N，99.93°～101.83°E之間，與老撾、緬甸山水相連，和泰國(guó)、越南近鄰，屬北回歸線以南的熱帶濕潤(rùn)區(qū)。西雙版納地處熱帶北部邊緣，屬熱帶季風(fēng)氣候，有中國(guó)唯一的熱帶雨林自然保護(hù)區(qū)，植物種類占全國(guó)的1/6，森林覆蓋率80.8%。州府景洪市是西雙版納州的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，境內(nèi)森林覆蓋率為85.04%，城市綠地覆蓋率為48.96%，瀾滄江—湄公河縱貫全境[1]。

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，空氣污染日趨嚴(yán)重。近年來，在云南大部分地區(qū)，特別是云南南部的西雙版納州，春季出現(xiàn)了連續(xù)數(shù)天甚至10 d以上的環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)達(dá)到中度及以上污染的級(jí)別，市區(qū)空氣連續(xù)數(shù)日呈現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，水平能見度<10 km，而PM2.5和PM10則是主要污染源。霾的天氣定義是：大量極細(xì)微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度<10.0 km的空氣普遍渾濁現(xiàn)象。霾使遠(yuǎn)處光亮物體微帶黃、紅色，使黑暗物體微帶藍(lán)色[2]。已有的研究充分表明，霾作為一種主要的污染源，對(duì)人體健康和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有非常重要的影響[3-4]。以往眾多研究都為霾天氣過程的氣象成因以及預(yù)報(bào)提供了大量的科學(xué)依據(jù)。王珊等[5]分析發(fā)現(xiàn)，在不利氣象條件下形成的高濃度顆粒物污染事件中，氣壓場(chǎng)偏弱，氣壓梯度力小，風(fēng)速小，弱冷空氣形成的下冷上暖的穩(wěn)定性層結(jié)等天氣形勢(shì)有利于霾重污染的形成與維持。趙子菁等[6]通過研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)濕度在50%～80%之間，尤其在70%～80%時(shí)，有利于南京市霾的發(fā)生。過宇飛等[7]總結(jié)出了無錫市3種出現(xiàn)重度霾的地面天氣形勢(shì)類型。

在污染源相對(duì)穩(wěn)定的條件下，氣象條件對(duì)空氣狀況起主導(dǎo)作用[8-9]。劉厚鳳等[10]總結(jié)了近年來中國(guó)重污染過程氣象特征，發(fā)現(xiàn)特定的流場(chǎng)、特殊的地形、污染物區(qū)域輸送等因素造成重污染的污染氣象特征；天氣系統(tǒng)對(duì)污染物輸送和污染物濃度有重要影響[11-13]。

近年來，針對(duì)空氣污染事件，國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別利用數(shù)值模擬、衛(wèi)星遙感分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方法展開了廣泛深入的研究。結(jié)果表明，大氣可吸入顆粒物的時(shí)空分布與輸送軌跡密切相關(guān)，遠(yuǎn)距離物質(zhì)輸送可導(dǎo)致大氣污染在時(shí)空分布上的變化[5、14-18]。通過分析氣團(tuán)軌跡來研究一個(gè)地區(qū)大氣可吸入顆粒物的輸送特征，已成為分析一個(gè)地區(qū)大氣顆粒物來源的常用方法。后向軌跡模型被廣泛用于對(duì)污染物長(zhǎng)距離輸送規(guī)律的研究，能較好地反應(yīng)污染物的傳輸特征[20、21]。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)大氣污染天氣過程的諸多研究已經(jīng)取得了顯著的成果，且和氣象要素的關(guān)系都不盡相同，但以上研究主要集中在中國(guó)東部或較發(fā)達(dá)城市，對(duì)低緯高原的研究還甚少，其中涉及到被原始熱帶雨林所包圍的西雙版納地區(qū)，春季大氣污染的環(huán)流特征、物理擴(kuò)散條件和污染物來源的研究還處于空白狀況。因此，有必要對(duì)2020年春季西雙版納出現(xiàn)的首次連續(xù)8 d的重度霾污染過程的大氣環(huán)境特征、氣象條件影響及污染物顆粒主要來源進(jìn)行分析，梳理成因，以期為地方大氣污染防治、環(huán)境氣象預(yù)報(bào)等提供科學(xué)參考。

1 資料與方法

本文所用氣象資料來自景洪市氣象局國(guó)家基本氣象觀測(cè)站2020年3月26日00時(shí)—4月10日23時(shí)逐小時(shí)觀測(cè)資料，包括溫度、能見度、相對(duì)濕度、風(fēng)向風(fēng)速、氣壓、降水等。氣象探空資料選自距離景洪市最近的普洱市思茅區(qū)國(guó)家氣象基準(zhǔn)站的氣象探空資料。

污染物數(shù)據(jù)(景洪市環(huán)境監(jiān)測(cè)站的逐時(shí)空氣污染指數(shù)(AQI)、SO2、PM2.5、PM10濃度、O3_8h等空氣污染物濃度數(shù)據(jù))和空氣污染等級(jí)均來源于景洪市環(huán)境保護(hù)局。

本文采用中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(HJ633-2012)中環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)規(guī)定來認(rèn)定景洪市城區(qū)空氣污染等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

表1 空氣質(zhì)量指數(shù)

歐洲中心(ECMWF)提供的ERA -5的再分析資料的變量包括：逐小時(shí)17層風(fēng)場(chǎng)、位勢(shì)高度場(chǎng)、垂直速度及地面氣壓等。資料分辨率為0.25°×0.25°。

本文采用了Hysplit模式后向軌跡模擬方法。模型設(shè)置參數(shù)選擇GDAS( Global Data Assimilation System)數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)是美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心(NCEP)的全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)(GFS)模型使用的系統(tǒng)，其中包括全球0.5°×0.5°的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)。

上述資料選取時(shí)間段均為：2020年3月26日00時(shí)—4月10日23時(shí)。

2 結(jié)果分析

2.1 污染物濃度變化特征

按照環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)規(guī)定空氣污染等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)(表1)，由圖1可見2020年3月29日—4月5日，西雙版納州景洪市發(fā)生了1次連續(xù)8 d的重度污染的霾天氣過程，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)184 h。統(tǒng)計(jì)3月29日00時(shí)—4月7日00時(shí)景洪市逐小時(shí)各污染等級(jí)達(dá)標(biāo)次數(shù)發(fā)現(xiàn)，達(dá)到中度、重度和嚴(yán)重污染的次數(shù)分別為62次、123次和7次，整個(gè)過程達(dá)到良的標(biāo)準(zhǔn)只有11次。

圖1 2020年3月26日—4月10日日平均AQI和PM2.5質(zhì)量濃度圖(實(shí)線為AQI值，虛線為PM2.5，單位：ug·m-3)

據(jù)景洪市環(huán)保局監(jiān)測(cè)，3月29日—4月5日景洪市區(qū)AQI日平均值為221，污染程度為重度污染，AQI日峰值出現(xiàn)在4月1日達(dá)到258(圖2)，特別是4月4日21時(shí)小時(shí)AQI已達(dá)328。對(duì)各污染物濃度成分分析可見，相應(yīng)時(shí)段內(nèi)PM2.5平均濃度高于219 μg·m-3，特別是4月4日21時(shí)PM2.5瞬時(shí)值超過278 μg·m-3。4月6日10時(shí)后隨著PM2.5濃度降低，AQI指數(shù)值開始回落，污染程度逐漸減輕，轉(zhuǎn)為中度污染。

2020年3月29日—4月5日景洪市首要污染物為PM2.5，其質(zhì)量濃度隨時(shí)間演變呈現(xiàn)顯著日變化特征(圖2)。3月28日夜間開始，景洪市測(cè)站PM2.5濃度出現(xiàn)快速上升趨勢(shì)，在29日00時(shí)小時(shí)濃度達(dá)到第1個(gè)峰值(148 μg·m-3)，之后有2～3 h的回落；10時(shí)PM2.5的質(zhì)量濃度再次快速上升，于14時(shí)達(dá)到第2個(gè)峰值(203 μg·m-3)，峰值過后略有回落，隨后再次于21時(shí)達(dá)到第3個(gè)峰值(302 μg·m-3)。隨后的幾天內(nèi)，PM2.5的質(zhì)量濃度亦出現(xiàn)上述變化特征，且大部分時(shí)間段維持高位，均超過200 μg·m-3，造成了連續(xù)時(shí)段AQI爆表?？傮w而言，PM2.5的質(zhì)量濃度呈現(xiàn)白天低、夜間高的特征，最大值出現(xiàn)在凌晨，最小值出現(xiàn)在早上至午后。在本次重度霾污染過程中，PM2.5/PM10的值達(dá)82.6%，說明重度霾污染期間顆粒物質(zhì)量濃度主要集中在粒徑小于2.5 μm的粒徑段內(nèi)。

圖2 2020年3月28日—4月7日逐小時(shí)景洪市AQI值和PM2.5質(zhì)量濃度(黑色實(shí)線為AQI值，虛線為PM2.5)

2.2 大尺度環(huán)流背景

氣象條件是影響污染物濃度的關(guān)鍵因素之一，天氣形勢(shì)對(duì)污染物擴(kuò)散、傳輸、物理化學(xué)反應(yīng)及干濕沉降等方面均有重要影響[22-23]。本次大范圍持續(xù)性重度霾污染天氣過程產(chǎn)生于特定的大尺度穩(wěn)定少變環(huán)流背景之下。

結(jié)合AQI指數(shù)逐日變化，分析本次重度霾污染過程期間云南南部的天氣形勢(shì)。整個(gè)重度霾污染過程期間，云南上空環(huán)流維持穩(wěn)定少變。3月27日—4月10日AQI日值進(jìn)行排序，選取AQI日值排列前3的3月29日、4月1日、4月4日作為本次重度霾污染過程代表日，而4月8日作為重度霾污染過程結(jié)束日，分析重度霾污染期間各層高度場(chǎng)和溫度場(chǎng)(圖3a、b、c)可以看出，低緯度地區(qū)(15～25°N)自青藏高原南部至兩廣地區(qū)上空環(huán)流形勢(shì)比較平穩(wěn)，整個(gè)云南省上空均為緯向型西風(fēng)氣流控制，且有短波槽活動(dòng)，等高線和等溫線同位相配合，無明顯冷平流入侵，云南南部低緯高原地區(qū)冷空氣勢(shì)力偏弱，低層大氣存在輻合切變。200 hPa大風(fēng)區(qū)在整個(gè)重污染過程期間，在云南南部地區(qū)維持30 m·s-1以上。同時(shí)，弱暖脊線(584 dagpm)在云南南部地區(qū)的維持，脊前暖平流對(duì)云南低緯高原地區(qū)中低層大氣增溫有一定影響，為穩(wěn)定的大氣層結(jié)創(chuàng)造了有利條件。與常見的中國(guó)東部地區(qū)污染過程環(huán)流背景不同的是，本次重度霾污染過程期間，云南低緯高原地區(qū)無明顯西南暖濕氣流的增強(qiáng)和配合，孟加拉灣水汽向云南南部輸送偏弱，造成本次重污染過程并未出現(xiàn)傳統(tǒng)上高濕的氣象霾特征；此外由于缺乏有利的動(dòng)力和濕度條件，云南南部上空無法產(chǎn)生有效降水，導(dǎo)致低緯高原西雙版納地區(qū)空氣污染維持。同時(shí)，云南南部受大范圍均壓場(chǎng)控制(圖4)，周邊氣壓場(chǎng)較云南東北部分布比較稀疏，地面有暖倒槽發(fā)展，氣壓梯度力較小，導(dǎo)致地面和低空的風(fēng)速很小，且景洪市常年屬于靜風(fēng)區(qū)，整個(gè)重霾污染過程期間，近地面10 m風(fēng)速小于2 m·s-1，不利于污染物的水平擴(kuò)散，但卻有利于夜間地面的輻射降溫。至4月6日氣壓梯度力均維持較小，地面和低層風(fēng)速并無明顯增大，對(duì)污染物水平擴(kuò)散無顯著作用。因此4月6日20時(shí)后污染程度只是略有緩解，景洪市仍維持中度污染。

圖3 2020年3月29日(a)、4月1日(b)、4月4日(c)和4月8日(d)20時(shí)500 hPa高度場(chǎng)(黑色實(shí)線，單位：dagpm)和溫度場(chǎng)(點(diǎn)線，單位：℃)、200 hPa大風(fēng)區(qū)(陰影，單位：m·s-1)及850 hPa風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽)

圖4 2020年3月29日(a)、4月1日(b)、4月4日(c)和4月8日(d)海平面氣壓場(chǎng)(等值線，單位：hPa)和10 m風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽，單位：m·s-1)

4月8日(圖3d)隨著高原弱槽東移，云南南部上空西北氣流增強(qiáng)，低層輻合切變較重度污染期間有所減弱，對(duì)污染物有一定清除作用。但從海平面氣壓場(chǎng)上看(圖4d)，等壓線仍比較稀疏，氣壓梯度力維持較小，地面和低層風(fēng)速無明顯增大，說明低層風(fēng)速在整個(gè)持續(xù)重霾污染至結(jié)束期間，對(duì)污染物的清除并無顯著作用。

2.3 大氣層結(jié)穩(wěn)定度分析

大氣邊界層中溫度層結(jié)會(huì)影響污染物的輸送和擴(kuò)散過程，低空逆溫層厚度增加和混合層高度的降低都有利于PM2.5堆積進(jìn)而導(dǎo)致污染加重[9、22]。同時(shí)濕度對(duì)大氣污染的維持也起到非常重要的作用。利用距離景洪市最近的普洱市思茅站的探空資料分析本次重霾污染過程AQI高峰時(shí)段(4月1日、4月4日)溫度和露點(diǎn)的垂直分布。4月1日08時(shí)和4月4日08時(shí)，在近地層975～850 hPa有一段貼地逆溫，近地面溫度層結(jié)較為穩(wěn)定，600～400 hPa有不同程度的逆溫層，但整層較干。逆溫結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定溫度層結(jié)的存在，一定程度上會(huì)抑制大氣的湍流和熱力交換，導(dǎo)致空氣中污染顆粒不能有效在垂直方向上擴(kuò)散，有利于污染濃度持續(xù)的升高。到夜間，貼地逆溫被破壞，但上、下溫差小，且在600～500 hPa仍存在逆溫，污染物仍無法得到有效擴(kuò)散稀釋，污染物顆粒在中低層以下不斷累積，有利于夜間至凌晨出現(xiàn)重霾污染的日峰值。同時(shí)在高污染時(shí)間段內(nèi)，中低層溫度露點(diǎn)差較高層減小，再加上大氣相對(duì)穩(wěn)定，瀾滄江橫穿過景洪市，且周圍屬原始熱帶雨林區(qū)域，夜間相對(duì)濕度明顯高于白天，使得景洪市及周邊地區(qū)近地面水汽在邊界層不斷積累，最終通過霾粒子的吸濕性增長(zhǎng)使得污染物濃度不斷升高，并在夜間達(dá)到污染物濃度日峰值。

2.4 重度霾污染過程近地面氣象要素特征

對(duì)2020年3月28日—4月7日景洪站地面相對(duì)濕度、最小能見度等氣象要素的變化關(guān)系進(jìn)行分析(圖5)。對(duì)比PM2.5濃度(圖2)和最小能見度(圖5)的時(shí)間演變可以看出，整個(gè)重度霾污染過程期間，PM2.5濃度和能見度均存在明顯的日變化。除午后14—17時(shí)有短暫的能見度較好外，其余時(shí)段均出現(xiàn)了5 km以下的能見度。隨著PM2.5濃度的增加，景洪市區(qū)的能見度也迅速降低。在4月4日PM2.5濃度峰值期間，最小能見度降低至2.725 km，而隨著后期PM2.5濃度降低，能見度也逐漸好轉(zhuǎn)(圖5)。持續(xù)性污染事件的發(fā)生需從與氣象霧霾形成關(guān)系最密切的濕度條件分析。重霾污染期間景洪市相對(duì)濕度存在明顯的凌晨至清晨高位，午后至傍晚(15—18時(shí))低位的日變化，夜間和早晨在50%～70%，午后降低至40%以下，但即便在清晨濕度較大時(shí)，相對(duì)濕度也在80%以下，空氣中的飽和度仍不夠，難以形成霧或降水，這也是景洪市3月底—4月初連續(xù)8 d出現(xiàn)重度霾污染空氣污染的主要原因之一。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在研究時(shí)段內(nèi)，溫度露點(diǎn)差與AQI指數(shù)變化存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)-0.3(相關(guān)性在 0.01 層上顯著)，即溫度露點(diǎn)差越小，AQI指數(shù)越高。景洪站白天溫度露點(diǎn)差大于夜間，午后溫度露點(diǎn)差達(dá)到極大值，對(duì)應(yīng)AQI指數(shù)降低；午夜到清晨，溫度露點(diǎn)差降到最低，污染進(jìn)一步加強(qiáng)，表明雖然整個(gè)重度霾污染過程，景洪平均相對(duì)濕度僅有43%，3月下旬—4月上旬西雙版納地區(qū)恰逢干季，且2020年冬春伴有嚴(yán)重氣象干旱，空氣濕度較低，但空氣濕度的日變化對(duì)此次污染物的變化亦有重要影響，濕度的增加為顆粒物吸濕增長(zhǎng)提供了一定的氣象條件，有利于空氣污染的維持。

圖5 2020年3月28日—4月7日景洪站最小能見度(虛線，單位：m)、相對(duì)濕度(實(shí)線，單位：%)逐時(shí)變化

2.5 水平和垂直擴(kuò)散條件

風(fēng)向風(fēng)速作為污染物在邊界層內(nèi)遠(yuǎn)距離傳輸和擴(kuò)散的重要因子，決定了區(qū)域性污染天氣過程的持續(xù)時(shí)間和污染物濃度的變化。分析低層(925～850 hPa)的風(fēng)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)(圖略)，在整個(gè)高污染階段內(nèi)貼地層風(fēng)向有頻繁的偏南風(fēng)與偏北風(fēng)的轉(zhuǎn)變，且風(fēng)速均小于2 m·s-1，中低層(500 hPa以下)受較為平直偏西風(fēng)影響，且風(fēng)速均小于8 m·s-1。統(tǒng)計(jì)重度霾污染時(shí)段景洪市城區(qū)地面風(fēng)頻可知，大部分時(shí)段風(fēng)速小于1 m·s-1，均以靜小風(fēng)為主，4月1日和4月4日風(fēng)向轉(zhuǎn)變頻繁。弱風(fēng)速和多變風(fēng)向?qū)ξ廴疚锏钠搅鬏斔妥饔眯。虼宋廴疚锼綌U(kuò)散能力弱，有利于污染物濃度的積累。

從4月7日08時(shí)開始，近地層風(fēng)向轉(zhuǎn)變偏西或西北風(fēng)，但風(fēng)速僅維持在1～2 m·s-1，仍不利于污染物在水平方向的擴(kuò)散。說明本次重度霾污染的緩解并未出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)北風(fēng)及風(fēng)速增強(qiáng)現(xiàn)象。

研究表明，大氣上下層的交換對(duì)污染物在垂直方向上的擴(kuò)散稀釋有一定作用[27-28]。從城區(qū)整層垂直速度和散度場(chǎng)分布可見(圖6)，3月27日—4月1日850 hPa以下低層維持的輻合和弱的上升運(yùn)動(dòng)；800 hPa以上下沉運(yùn)動(dòng)隨高度增強(qiáng)，中心位于中層500～600 hPa，說明污染物隨著低層氣流輻合上升，但中層的下沉運(yùn)動(dòng)阻止了污染物的向上擴(kuò)散，使得污染物在中低層以下的大氣中堆積并長(zhǎng)時(shí)間維持，導(dǎo)致3月27日起污染物濃度持續(xù)升高，城區(qū)污染進(jìn)一步加重。4月1日午后開始，低層輻合顯著增強(qiáng)，期間伴隨上升運(yùn)動(dòng)向上延伸至500 hPa且強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，輻合最強(qiáng)時(shí)段出現(xiàn)在4月4—5日，恰好對(duì)應(yīng)重度霾污染期間AQI較高位時(shí)段。但值得注意的是，重度霾污染高位時(shí)段(4月1—5日)內(nèi)，中低層均表現(xiàn)為氣流輻合，說明城區(qū)上空較低層輻合，中層輻散的上下層交換作用是存在的，且大氣中下層交換較前期變強(qiáng)，使得低層堆積的污染物向上得到一定的擴(kuò)散稀釋。中下層垂直交換運(yùn)動(dòng)的增強(qiáng)卻對(duì)應(yīng)污染AQI高峰值時(shí)段的出現(xiàn)，這可能與污染物高空氣流長(zhǎng)距離輸送有關(guān)[15、18]。

圖6 2020年3月28日—4月7日景洪垂直速度和散度(等值線為垂直速度，實(shí)線為正值，點(diǎn)線為負(fù)值，單位為Pa·s-1；陰影為散度，長(zhǎng)虛線所圍陰影區(qū)為負(fù)值，單位為10-5·s-1)

2.6 混合層厚度變化特征

一般而言，混合層越厚，通風(fēng)系數(shù)越高，對(duì)應(yīng)污染物在垂直方向上稀釋和擴(kuò)散能力越強(qiáng)，污染物的濃度越低；反之，越有利于污染物的積累。

本文采用國(guó)標(biāo)法[24]計(jì)算景洪市城區(qū)上空大氣混合層厚度(圖略)。在重度霾污染期間，景洪市城區(qū)平均混合層高度為870 m，地表通風(fēng)系數(shù)平均值為686 m2·s-1；污染峰值時(shí)段混合層高度最小值僅為65 m，出現(xiàn)在4月4日20時(shí)，通風(fēng)系數(shù)僅有30.9 m2·s-1，對(duì)應(yīng)AQI驟增，可見局地高污染主要是污染物在較低高度的混合層內(nèi)大量累積所致，并出現(xiàn)連續(xù)數(shù)小時(shí)的嚴(yán)重污染。從4月6日夜間之后，混合層高度和地表通風(fēng)系數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，10日達(dá)到1100 m以上，地表通風(fēng)系數(shù)也1264 m2·s-1，表明混合層厚度和地表通風(fēng)系數(shù)的增強(qiáng)有利于污染物在垂直方向上的擴(kuò)散。

計(jì)算重度霾污染期間景洪市城區(qū)逐小時(shí)混合層厚度和通風(fēng)系數(shù)(圖略)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，混合層厚度和通風(fēng)系數(shù)兩者變化大致相同，有白天高、夜間低的日變化特征，最大值出現(xiàn)在08時(shí)，最小值出現(xiàn)在20時(shí)，這是由于08時(shí)地面10 m風(fēng)速最強(qiáng)。此外，混合層厚度和通風(fēng)系數(shù)與AQI日變化存在明顯的負(fù)相關(guān)，這可能與夜間地面輻射導(dǎo)致的快速降溫有關(guān)，在近地層更容易形成逆溫，使得湍流無法得到有效發(fā)展，混合層厚度較低；夜間靜穩(wěn)小風(fēng)加上較低的邊界層厚度使得通風(fēng)系數(shù)也較小，兩者最終導(dǎo)致污染物在混合層高度以下集聚，得不到有效的擴(kuò)散和稀釋，造成夜間污染物濃度的攀升。

2.7 重度污染過程與東南亞季節(jié)性燒荒的關(guān)系

近年來，由于東南亞國(guó)家春季大范圍燒荒，生物焚燒產(chǎn)生的顆粒物等污染物持續(xù)不斷向云南省傳輸和積累，且2020年春季北方冷空氣南下影響云南的勢(shì)力較弱，恰逢冬春持續(xù)性嚴(yán)重的干旱，空氣中濕度小，環(huán)境空氣中細(xì)顆粒物濃度被不斷推高，造成云南南部嚴(yán)重的區(qū)域性污染。衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)資料顯示，2018、2019年3月6日—4月5日東南亞境外火源點(diǎn)個(gè)數(shù)分別為1404和2548個(gè)，2020年徒增至16 882個(gè)，可見與2018年、2019年同期相比，2020年春季東南亞國(guó)家火點(diǎn)數(shù)量為持續(xù)快速增加的態(tài)勢(shì)。

火源點(diǎn)個(gè)數(shù)與AQI指數(shù)、大氣各污染物濃度均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，尤其是AQI指數(shù)、臭氧濃度與火源點(diǎn)個(gè)數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別高達(dá)0.502和0.514(相關(guān)性在 0.01 層上顯著)。通過對(duì)比2015—2020年春季景洪市城區(qū)AQI指數(shù)與火源點(diǎn)個(gè)數(shù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)火源點(diǎn)偏多時(shí)，AQI指數(shù)較高；當(dāng)火源點(diǎn)較少時(shí)，AQI指數(shù)較低。當(dāng)有降水發(fā)生時(shí)，即使火源點(diǎn)多，AQI指數(shù)也明顯偏低?？梢姡陙頄|南亞地區(qū)春季大規(guī)模燒荒可能是導(dǎo)致云南南部出現(xiàn)季節(jié)性空氣重度霾污染的主要原因，2020年火點(diǎn)數(shù)量的徒增，是造成該年西雙版納地區(qū)春季出現(xiàn)連續(xù)霾污染天氣較前2 a明顯嚴(yán)重的原因之一。

3 景洪市本次重度霾首日后向軌跡特征分析

為進(jìn)一步明確境外東南亞國(guó)家季節(jié)性連續(xù)燒荒產(chǎn)生的顆粒物污染物是否與本次西雙版納地區(qū)連續(xù)多日重度霾污染過程有關(guān)，下文對(duì)本次過程霾后向軌跡特征進(jìn)行分析。

3.1 模式簡(jiǎn)介

Hysplit模型是由美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)的空氣資源實(shí)驗(yàn)室和澳大利亞氣象局共同研發(fā)的用于計(jì)算和分析大氣污染物輸送、擴(kuò)散軌跡的專業(yè)模型，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多種污染物在各個(gè)地區(qū)的傳輸和擴(kuò)散的研究中[25-26]。Hysplit后向軌跡模擬可用于解釋所選定目標(biāo)地區(qū)的污染顆粒物或氣流是由于什么來源造成的[13-15、17、27]。

3.2 模擬內(nèi)容

利用Hysplit后向軌跡模式對(duì)景洪市本次重度霾污染典型日的氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析，得到氣團(tuán)攜帶污染物顆粒的運(yùn)動(dòng)路徑。選擇景洪市城區(qū)(100.7833°E，22°N)為起始點(diǎn)，起始時(shí)間為重度霾污染首日(2020年3月29日)00時(shí)，時(shí)間間隔為6 h，分別選取距離100 m、500 m和1000 m高度，對(duì)本次重度霾污染過程首日2020年3月29日進(jìn)行72 h后向軌跡模擬。

3.3 模擬結(jié)果分析

圖7為3月29日重度霾污染發(fā)生前的72 h累計(jì)過程。

低層氣團(tuán)(100 m)由中層途徑緬甸南部的馬圭、曼德勒地區(qū)，進(jìn)入緬甸的東枝下沉并轉(zhuǎn)為偏東氣流，經(jīng)大約60 h抵達(dá)景洪市。

中層氣團(tuán)(500 m)來自緬甸馬圭南部地區(qū)的近地層氣團(tuán)，26日20時(shí)前氣團(tuán)移動(dòng)緩慢，18 h內(nèi)移動(dòng)不超過1個(gè)緯度，且均在近地層活動(dòng)，26日20時(shí)氣團(tuán)開始上升并向東北方向移動(dòng)。27日08時(shí)氣團(tuán)到達(dá)曼德勒地區(qū)，并出現(xiàn)下沉。27日20時(shí)接近近地層，之后保持較低的高度向東移動(dòng)。28日20時(shí)進(jìn)入我國(guó)西雙版納州勐海縣地區(qū)，并開始逐漸上升至500 m高空，到達(dá)景洪市區(qū)上空。

高層氣團(tuán)(1000 m)來自孟加拉灣，先向南流動(dòng)，經(jīng)過泰國(guó)南部，26日20時(shí)轉(zhuǎn)為向東北方向移動(dòng)，同時(shí)氣團(tuán)開始逐漸下沉。27日08時(shí)氣團(tuán)下沉至緬甸南部勃固附近的近地層，之后逐漸向東北方向移動(dòng)，移動(dòng)過程中氣團(tuán)上升，并于28日08時(shí)再次移動(dòng)至緬甸東枝附近(97°E，22°N)地區(qū)，此時(shí)氣團(tuán)升至高空距地1500 m高度處，之后繼續(xù)向東移動(dòng)，移動(dòng)過程中氣團(tuán)有所下沉，于3月29日00時(shí)移至景洪市1000 m高度上空。

可見，此次重度污染首日氣團(tuán)中的顆粒物主要來自緬甸馬圭、曼德勒和東枝境外的輸入型累積傳輸。無論低層、中層還是高層的氣團(tuán)，自源地向東北或向東傳輸進(jìn)入景洪市上空，途徑地區(qū)正是東南亞國(guó)家生物質(zhì)焚燒的嚴(yán)重地區(qū)，焚燒產(chǎn)生的顆粒物等污染物在氣團(tuán)傳輸過程中持續(xù)累積。且進(jìn)入東枝地區(qū)向東傳輸?shù)倪^程中，氣團(tuán)的移動(dòng)速度變緩慢，不斷推高環(huán)境空氣中細(xì)顆粒物濃度，氣團(tuán)垂直方向上下層混合作用，使得大氣中顆粒物充分混合，從而造成西雙版納地區(qū)區(qū)域性霾污染。

4 地形影響

西雙版納州在橫斷山系縱谷區(qū)南端，地處瀾滄江大斷裂帶兩側(cè)、瀾滄江河谷地帶，北部是無量山尾梢，西部是怒山余脈。景洪市城區(qū)位于瀾滄江和流沙河之間的低洼河谷地帶，四面環(huán)山，城區(qū)海拔552.7 m，地勢(shì)較周邊低，空氣濕度較大。受周邊地形阻擋的影響，污染物在下沉氣流的控制下聚集在西雙版納地區(qū)及景洪城區(qū)后，很難通過水平輸送離開，這也是造成此次連續(xù)重度污染的原因之一。

5 結(jié)論

①本次重度霾污染過程具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、污染物濃度值高的特征，且污染期間污染物濃度值有顯著日變化，表現(xiàn)為白天低、夜間高，最大值出現(xiàn)在凌晨，最小值出現(xiàn)在早上至午后。本次連續(xù)8 d的重度霾污染并未出現(xiàn)傳統(tǒng)上高濕的氣象霾特征，其污染期間顆粒物質(zhì)量濃度主要集中在粒徑小于2.5 μm的粒徑段內(nèi)。

②本次重度霾污染期間云南低緯高原地區(qū)冷空氣勢(shì)力偏弱，弱暖脊在云南南部地區(qū)的維持，脊前暖平流使中低層大氣增溫，有益于西雙版納地區(qū)大氣層結(jié)的穩(wěn)定，無明顯水汽輸送帶存在，整個(gè)過程空氣濕度較低。

③西雙版納州受均壓場(chǎng)控制且有暖倒槽發(fā)展，由于氣壓梯度力小，低空及地面風(fēng)速很小，且受周邊地形阻擋的影響，景洪市城區(qū)常年屬于靜風(fēng)區(qū)，對(duì)污染物的水平擴(kuò)散不利。

④貼地逆溫、中性溫度層結(jié)使污染物在中低層不斷積累，低空風(fēng)向高頻轉(zhuǎn)換、較低的混合層厚度和較小的通風(fēng)系數(shù)共同作用，使得污染物在水平和垂直方向上的擴(kuò)散受到抑制，進(jìn)而不斷推高污染物濃度，導(dǎo)致連續(xù)多日重度霾污染天氣的出現(xiàn)。相對(duì)濕度的日變化導(dǎo)致污染物粒子吸濕增長(zhǎng)在夜間較白天明顯增強(qiáng)，對(duì)應(yīng)AQI在夜間到達(dá)日峰值。

⑤東南亞地區(qū)春季長(zhǎng)期大面積燒荒，生物質(zhì)焚燒產(chǎn)生的顆粒物等污染物不斷向云南省傳輸并持續(xù)累積，不斷推高環(huán)境空氣中細(xì)顆粒物濃度，是造成此次連續(xù)重度污染事件的主要原因。境外火點(diǎn)個(gè)數(shù)與AQI及大氣各污染物濃度呈顯著正相關(guān)，2020年火點(diǎn)數(shù)量的徒增，是造成西雙版納地區(qū)2020年春季出現(xiàn)連續(xù)污染天氣較前2 a明顯嚴(yán)重的原因之一。

⑥由Hysplit后向軌跡模式得到的72 h后向軌跡表明，景洪市城區(qū)此次霾污染過程中顆粒物可能來源主要是緬甸馬圭、曼德勒和東枝境外的輸入型累積傳輸。無論低層、中層還是高層的氣團(tuán)，途徑地區(qū)正是東南亞國(guó)家生物質(zhì)焚燒的嚴(yán)重地區(qū)，進(jìn)入東枝地區(qū)向東傳輸?shù)倪^程中，氣團(tuán)的移動(dòng)速度變緩慢，焚燒產(chǎn)生的顆粒物等污染物在氣團(tuán)傳輸過程中持續(xù)累積，不斷推高環(huán)境空氣中細(xì)顆粒物濃度，氣團(tuán)垂直方向上下層混合作用，使得大氣中顆粒物充分混合，從而造成區(qū)域性重度霾污染。