沙塵天氣對寧夏環(huán)境空氣質(zhì)量的影響探究

王曉玲 馬 蕊

（1.龍曼清瀚（寧夏）建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司，寧夏 石嘴山 753000；2.寧夏環(huán)境科學(xué)研究院（有限責(zé)任公司），寧夏 銀川 753000）

0 引言

沙塵天氣對人類健康、空氣質(zhì)量和氣候變化影響較大［1-2］。沙塵顆粒物會影響生物地球化學(xué)循環(huán)過程［3-4］。國內(nèi)外學(xué)者采用地基觀測、衛(wèi)星遙感、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)值模擬等手段對沙塵進(jìn)行了系列研究，結(jié)果表明不同起沙方案模擬的起沙量和沙塵濃度的時空分布等存在較大的不確定性［5］。我國西北干旱和半干旱地區(qū)是沙塵天氣的高發(fā)區(qū)，也是東亞沙塵的主要來源，然而當(dāng)前對西北干旱、半干旱區(qū)域的沙塵數(shù)值模擬研究中針對不同起沙方案的評估對比有限，因此探究起沙方案對于我國西北沙塵事件模擬的影響具有重要意義。寧夏地處西北干旱區(qū)域，西、北、東三面分布著騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠和毛烏素沙地，自然生態(tài)環(huán)境脆弱，受甘肅河西走廊、內(nèi)蒙古地區(qū)和蒙古國等沙塵源區(qū)輸入性沙塵影響較大。本研究以2022 年寧夏環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合分析近年沙塵污染過程、頻次，探究沙塵污染特征，針對沙塵污染過程提出管控建議，以期為后期大氣污染防治提供參考。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域

寧夏回族自治區(qū)地處東經(jīng)104°17'—107°39'，北緯35°14'—39°23'之間，位于我國西部的黃河上中游地區(qū)，東鄰陜西省西部，南部與甘肅省相連，北部和西北部與內(nèi)蒙古自治區(qū)接壤，南北相距約為456 km，東西相距約為50～250 km，總面積為6.64萬km2，占全國總面積的0.69%，年平均氣溫為5.3～9.9 ℃，降水季節(jié)分配很不均勻，夏秋多、冬春少、降水相對集中，年平均蒸發(fā)量為1 312～2 204 mm。全區(qū)下轄銀川市、石嘴山市、吳忠市、中衛(wèi)市和固原市5 個地級市。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的監(jiān)測數(shù)據(jù)主要來源于寧夏14 個縣區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站和19 個國控環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站，監(jiān)測項(xiàng)目包括可吸入顆粒物（PM10）、細(xì)顆粒物（PM2.5）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NO2）、臭氧（O3）、一氧化碳（CO），監(jiān)測數(shù)據(jù)以年均值為準(zhǔn)，均為實(shí)測數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

本研究數(shù)據(jù)分析和處理主要采用Excel 表格和SPSS 16.0 軟件，數(shù)據(jù)制圖主要使用地理信息系統(tǒng)（ArcGIS）軟件。

2 結(jié)果與討論

2.1 區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀

2022 年，全區(qū)5 個地級市優(yōu)良天數(shù)比例范圍為81.1%～91.5%，平均優(yōu)良天數(shù)比例為84.2%，輕度、中度、重度、嚴(yán)重污染天數(shù)比例分別為11.6%、2.5%、1.3%、0.4%。超標(biāo)天數(shù)中，主要污染物依次為PM10、PM2.5、O3，作為首要污染物所占天數(shù)比例分別為52.9%、25.3%、21.8%。與上年同期相比，全區(qū)優(yōu)良天數(shù)比例上升0.4百分點(diǎn)（優(yōu)良天數(shù)平均增加1.6天，累計(jì)增加8 天），其中石嘴山市、固原市、中衛(wèi)市分別增加9 天、1 天、3 天，銀川市、吳忠市分別減少1 天、4天。全區(qū)輕度污染天數(shù)同比增加3.8天，中度污染天數(shù)增加1.4天，重度污染天數(shù)增加2.2天，嚴(yán)重污染天數(shù)減少8.8天。

2.2 沙塵天氣污染現(xiàn)狀

2022 年，受蒙古氣旋和冷空氣大風(fēng)天氣等氣象條件影響，寧夏共出現(xiàn)15 次沙塵天氣過程，其中，一級沙塵天氣（浮塵）4 次；二級沙塵天氣（揚(yáng)沙）9 次；三級沙塵天氣（沙塵暴）2 次；四級沙塵天氣（強(qiáng)沙塵暴）0 次。首次沙塵天氣發(fā)生時間為3 月5 日，與上年相比推遲了53天，沙塵天氣發(fā)生頻次由20次減少至15 次，減少了5 次。全區(qū)5 個地市環(huán)境空氣質(zhì)量受沙塵天氣過程影響累計(jì)289 天次，沙塵過程導(dǎo)致全區(qū)優(yōu)良天平均減少30.4 天，造成PM10污染天累計(jì)152 天次（平均為30.4 天），可吸入顆粒物（PM10）、細(xì)顆粒物（PM2.5）濃度分別上升18μg/m3、3μg/m3，受沙塵影響春季168 天次、夏季23 天次、秋季32 天次、冬季66 天次。受沙塵天氣過程影響程度由大到小依次為：中衛(wèi)市、石嘴山市、吳忠市、固原市、銀川市。

2016—2022 年，寧夏達(dá)到定級的沙塵天氣過程共計(jì)112 次，其中，一級（浮塵）36 次、二級（揚(yáng)沙）47 次、三級（沙塵暴）24 次、四級（強(qiáng)沙塵暴）5次，平均每年16 次，受沙塵影響產(chǎn)生的污染天年均達(dá)到26 天（見表1）。沙塵天氣過程期間，區(qū)域PM10小時濃度最大值達(dá)到3 381～7 044 μg/m3。其中，2021年沙塵影響頻次最多、PM10小時濃度最大、影響范圍最廣，當(dāng)年沙塵天氣過程導(dǎo)致全區(qū)優(yōu)良天平均減少了38 天、全年優(yōu)良天數(shù)比例減少了10 百分點(diǎn)。全區(qū)5 個地級市比較而言，受沙塵影響最大的是中衛(wèi)市，其次為吳忠市和石嘴山市，固原市和銀川市沙塵天次相對較少。從近年監(jiān)測統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，全區(qū)揚(yáng)塵天氣和沙塵暴天氣頻次增加，沙塵天氣影響范圍不斷擴(kuò)大、持續(xù)時間明顯增長。

表1 2016—2022年寧夏沙塵天氣狀況

2.3 PM10和PM2.5的污染比值分析

PM2.5/PM10是判斷PM10中粗細(xì)粒子含量的簡易方法之一，同時也是判斷一個地區(qū)是否受到沙塵影響的重要指標(biāo)。通過對全區(qū)5 個地級市是否受沙塵影響條件下PM2.5與PM10的比值分析，非沙塵天氣下比值在0.45～0.49，沙塵過程中比值為0.27～0.30，結(jié)果均表現(xiàn)出統(tǒng)一性，即沙塵過程中PM2.5在PM10的占比明顯小于非沙塵過程。說明PM2.5主要來源于煤的燃燒、化學(xué)反應(yīng)合成物等本地污染源，如冬季集中供暖燃煤排放大量的污染物導(dǎo)致空氣中各種粒徑的可吸入顆粒物濃度較高。而沙塵過程中則主要帶來PM10為主的顆粒物，使本地PM10濃度迅速增加，進(jìn)而使PM2.5在PM10的占比降低。

2.4 顆粒物與氣象因子的相關(guān)性分析

選擇2022 年環(huán)境空氣質(zhì)量受沙塵天氣影響最大的中衛(wèi)市數(shù)據(jù)來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，具體數(shù)值見表2。PM10與10 分鐘平均風(fēng)速相關(guān)性顯著，風(fēng)速越大顆粒物PM10濃度越高，與平均氣溫和相對濕度都呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，但相關(guān)性并不顯著。這間接反映了沙塵天氣的形成條件，干燥，風(fēng)速較大更有利于沙塵的形成。在沙塵形成前期過程中，由于氣象條件濕度低、風(fēng)速大，可以將裸露地面的沙塵等物質(zhì)卷起到空中并達(dá)到輸送的目的，后期風(fēng)速降低，若有靜穩(wěn)系統(tǒng)的配合，沙塵將在空中有一定的滯留時間，沉降慢，導(dǎo)致能見度降低，顆粒物濃度升高，空氣質(zhì)量下降。

表2 2022年中衛(wèi)市沙塵天氣中PM2.5、PM10與氣象因子的相關(guān)系數(shù)

2.5 沙塵天氣管控建議

2.5.1 提升沙塵預(yù)報(bào)預(yù)警能力。氣象部門要進(jìn)一步加強(qiáng)氣象災(zāi)害和大氣污染氣象的監(jiān)測預(yù)報(bào)預(yù)警能力建設(shè)，提高沙塵天氣預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度，為指導(dǎo)各地各有關(guān)部門提前組織開展沙塵天氣應(yīng)對留出足夠的時間和空間。同時，增強(qiáng)人工氣象干預(yù)，適時開展人工增雨、增雪等作業(yè)，促進(jìn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境改善，減少揚(yáng)塵產(chǎn)生。

2.5.2 加強(qiáng)本地?fù)P塵源管控。各地要根據(jù)空氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)報(bào)情況，及時發(fā)布沙塵預(yù)警。組織做好道路濕法清塵或沖洗，建筑工地暫停土方開挖和拉運(yùn)，工業(yè)企業(yè)做好料場堆場揚(yáng)塵監(jiān)管，城市建成區(qū)做好裸露土地苫蓋和綠化等，提前將應(yīng)急措施落實(shí)到位，最大限度減少本地?fù)P塵、粉塵產(chǎn)生及排放。

2.5.3 做好居民健康防護(hù)。沙塵天氣過程期間，廣大居民要緊密門窗，盡量減少室外活動；市政、環(huán)衛(wèi)部門要加強(qiáng)城區(qū)主次干道噴霧、灑水作業(yè)；住建部門要監(jiān)督建筑工地落實(shí)臨時停工或揚(yáng)塵防控等要求；交警部門要加強(qiáng)巡查巡邏和交通管控，提醒過往車輛降低車速、安全通行，最大限度將沙塵對居民的影響降至最低。

2.5.4 及時開展清塵行動。一方面，PM2.5會長時間飄浮空氣中，有時會持續(xù)5 至6 天；另一方面，PM2.5沉降到地面、道路上，沙塵過后如遇大風(fēng)、車輛等擾動便會產(chǎn)生二次揚(yáng)塵污染。沙塵結(jié)束后，應(yīng)及時組織開展“清塵”行動，對城區(qū)道路綠化帶、花壇樹木實(shí)施沖洗降塵并全面啟動草坪噴水作業(yè)，對交通護(hù)欄、綠化柵欄等公共設(shè)施進(jìn)行全面徹底清洗，在城市主次干道不間斷進(jìn)行吸塵、洗掃、噴霧，最大限度縮短沙塵影響時間、減小影響程度，防止二次揚(yáng)塵污染。

2.5.5 提高全民綠化行動。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，寧夏森林覆蓋率為18%，低于全國平均水平24%。應(yīng)繼續(xù)實(shí)行封山禁牧，科學(xué)開展大規(guī)模國土綠化行動，加大植樹造林力度，加強(qiáng)防風(fēng)固沙能力，從根本上改善生態(tài)環(huán)境，有效減少本地沙塵源。針對外來性沙塵輸入，要建立陜-甘-寧-蒙西北區(qū)域性聯(lián)防聯(lián)控，國家層面要建立與蒙古國聯(lián)防聯(lián)控，擴(kuò)大與蒙古國的荒漠化防治合作。

3 結(jié)論

①沙塵影響范圍增大、頻次增多。以往沙塵過程對南部區(qū)域影響較輕，但近年沙塵影響大多已覆蓋全區(qū)，大部分沙塵天氣過程都會影響到固原市，2016年固原市受沙塵天氣過程影響18天次，2022年46 天次。全區(qū)各地市受沙塵影響的天次也呈逐年增加態(tài)勢，與2016 年相比，2022 年各地市受沙塵天氣過程影響的天數(shù)分別為：銀川市增加38 天、石嘴山市增加47 天、吳忠市增加39 天、固原市增加28天、中衛(wèi)市增加61天。

②沙塵過程持續(xù)時間增長。以往沙塵天氣主要以大風(fēng)揚(yáng)沙為主，受冷空氣持續(xù)影響，污染擴(kuò)散清除較快，而近年沙塵氣團(tuán)過境后，后續(xù)冷空氣迅速減弱或轉(zhuǎn)為地面高壓后部，易造成浮塵天氣和沙塵回流現(xiàn)象，致使自然沉降緩慢，污染持續(xù)時間增長。2022年，全區(qū)沙塵污染天平均為30.8 天，較2016 年（15.2天）翻了一番。以往沙塵天氣主要發(fā)生在春季，但近年來沙塵天氣全年頻發(fā)，除春季外其他季節(jié)也時有發(fā)生，特別是冬季也逐漸成為沙塵天氣高發(fā)季節(jié)。

③PM2.5與PM10的比值結(jié)果表明，非沙塵天氣下比值在0.45～0.49，沙塵過程中比值為0.27～0.30，結(jié)果均表現(xiàn)出統(tǒng)一性，即沙塵過程中PM2.5在PM10的占比明顯小于非沙塵過程。

④提升沙塵預(yù)報(bào)預(yù)警能力、加強(qiáng)本地?fù)P塵源管控、及時開展清塵行動是短期有效預(yù)防沙塵天氣的具體措施，聯(lián)防聯(lián)控是減少沙塵天氣的長期有效途徑。