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《资源节约与环保》2020年第12期焦作市一次沙尘天气过程的深度分析
张媛$马志刚2刘曦%冯海霞学
（1河南省焦作生态环境监测中心河南焦作4540032焦作市环境信息中心河南焦作454003 3焦作市机动车排污监控中心河南焦作454003）
摘要：根据常规空气自动站监测数据、激光雷达观测数据和PM2.5水溶性离子数据对焦作市2019年10月
28-30日一次沙尘天气过程进行了深度分析，对沙尘天气
演变的过程和特征进行了说明，对颗粒物的物理和化学
特性也做出了定性定量的描述，确定了沙尘天气的不同
回流和后期叠加本地污染物的积累过程中颗粒物的特征
沙尘过程中环境空气质量的变化机理#
关键词：沙尘；；消光数；水溶性离子；沙尘回流
引言
沙尘天气是风将地面尘土、沙粒卷入空中使空气混浊的一种天气现象系统，是在特定大尺度环流背景下诱发的一种灾害性天气叫我国的沙尘天气多发于春季，沙尘发源地多为蒙古国及我国西北地区，主要因为西北地区沙漠戈壁广布，降水稀少，植被覆盖度低，为沙尘天气的产生提供了有利的自然条件。影响范围多为内蒙古、甘肃、宁夏、黑龙江、吉林、辽宁、陕西、山西、河北、天津、北京、河南、安徽及江苏等省份，沙尘天气持续时间约为2-5天,1500-2000，面
200万平方公里师】。沙尘过境同时伴随着大风天气，导致受影响的下游城市PM10浓度值短时间内大幅上升，不仅对当地的农业、交通运输、人们的日常生活和工作造成了一定的危害，而且严重影响了各城市的环境空气质量嘔焦作市位于河南省西北，地北西，北，面北，于沙尘多发的区，因沙尘空气量重度及重度以上污染的情形频繁发生$现选取2019年10月28-30日的典型沙尘过程进行深度分析，以研究沙尘过程中需要特别关注的数据并提高技术人员的分析能力$
1沙尘简介及研究方法
1.1沙尘简介
该次过程出现在2019年10月27-30日，沙尘起源地为蒙古国南部及内蒙古西部，最接近沙尘源的内蒙古巴彦淖尔10月27日15时PM10小时浓度值为110!g/m3，至27日20点达到污染峰值,PM10小时浓度值高达2497!g/m3，随着蒙古气旋东移南下，此次沙尘过程对内蒙古、甘肃、宁夏、山西、陕西、北京、天津、河北、辽宁、河南、安徽、江苏、湖南、湖北、江西、浙江、上海、福建等17个省份均有不同程度的影响，部分区域还受到浮尘及沙尘
回流的影响，且后期与本地污染叠加$
1.2研究方法
监测数据均采用河南省焦作生态环境监测中心空气自动监测3个国控站点的数据,PM10、PM2.5均为先河XH2000系列的"射线法分析仪,SO2使用的是热电43i脉冲紫外荧光法分析仪, NO2使用的是热电42i化学发光法分析仪$激光雷达探测数据采用安徽蓝盾的LGJ-01型气溶胶激光雷达，监测点位位于河南省焦作生态环境监测中心楼顶$PM2.5水溶性离子数据采用国家组分网焦作市丰收中路站的数据，监测仪器为瑞士万通2080型子仪$
2结果与讨论
2.1常规污染物变化分析
10283，西北的沙尘到焦作市空，但对空气质量还未造成影响，6时沙尘开始沉降至近地面，焦作市PM10浓度值开始快速攀升，空气质量在3小时内由良达到严重污染级别，10时达到峰值525!g/m3，随着风力的加大和上游传输作用的减轻，在历经4个小时的严重污染级别后,PM10浓度值开始呈下降趋势，空气质量在18时降至轻度污染级别，后风力减，在市空的浮尘在焦作及市清除，致使焦作市空气质量一直维持在此级别。29日19时，风向由西风转成东风，风速小于1m/s，原本是下风向的城市变为上风向，倒风区域内沙尘开始回流，产生风场辐合效应,PM10浓度值再次达到峰值250!g/m3，同时PM2.5浓度值有所升高，与下文中（图2）激光雷达消光系数的显示相对应。气态污染物SO2和NO 浓度值，在沙尘过境期间，一直维持在较低水平，随着风力的减弱、倒风、回流和辐合，加之受晚高峰机动车尾气排放的影响，NO2浓度开始逐渐上升，于29日19时小时浓度值达到80!g/m3的峰值，表现出了沙尘回流且后期叠加本地污染的明显特叫回流和辐合持续了4个小时，直至30日12时，在较强偏西风的
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《资源节约与环保》2020年第12期
从图1PM2.5/PM10比值变化上看，28日3时PM2.5/PM10为0.43,28日6时-30日12时整个沙尘过程中PM2.5/PM10一直维持在0.14-0.29之间，说明沙尘主过程期间气溶胶污染是以PM10为主。
2.2激光雷达观测结果分析
大气消光主要是大气中不同粒子通过散射和吸收对某一波段太阳辐射衰减综合的描述，主要贡献来自各种形式的降水、颗粒物和气态污染物，而颗粒物的消光系数占总消光系数的90%，消光系数值越大，说明污染越重。退偏比反映气溶胶粒子的非球形特征师5，沙尘气溶胶属于非球形粒子，当退偏比大于0.1时为沙尘气溶胶。因此，通常利用气溶胶雷达退偏比的数据来判别是本地气溶胶还是沙尘气溶胶邮］。图2为10月28日-30日激光雷达反演得到的大气气溶胶消光系数和退偏比的变化情况o从图2可以看出10月28日3时气溶胶消光系数在0.1km-1左右，而高空1.2km范围内退偏比已达到0.3左右，说明此探测范围内以非球形粒子为主，为来沙尘到上空，合
面监测数据来看,PM10浓度值还在良的级别，说明沙尘还未沉降到近地面，6-11时，高空2km以下消光系数达到0.3km-1左右，同时退偏比维持在0.2左右，沙尘开始从高空向近地面沉降，地面监测数据PM10浓度值开始升高，PM2.5浓度值也开始小幅上升，尤其是在10时，近地面退偏比达到0.5的高值，结合地面监测数据,PM10浓度值已达到峰值(525!g/m3),12-18时，近地面退偏比一直维持在0.3以上，消光系数在0.1km-1，相对湿度在13-32%之间，属于典型的沙尘传输现象。随后由于风力减弱，
附近周边一日游气象扩散条件不利，近地面至高空1.5km区域退偏比一直维持在0.2左右，聚集在上空的沙尘持续影响焦作市的空气质量,29日19时，近地面至高空1.5km处消光系数和退偏比再次出现峰值(PM10小时浓度值250!g/m3)，说明倒风区域内沙尘开始回流，导致PM10和PM2.5浓度值升高o30日12时，在较强偏西风的影响下，退偏比降低，空气质量转为良的级别，沙尘影响结束。
图22019年10月28日-30日激光雷达消光系数与退偏比
2.3PM2.5水溶性离子变化分析
对PM2.5水溶性离子的分析是目前常用的污染特征分析方法之一㈣。图3是10月27-30日PM2.5及其水溶性离子小时质量浓度变化的趋势。沙尘影响前(选取沙尘到达前27日20时-28日2时数据)，Ca2+小时质量浓度处于1.13-1.35!g/m3之间，Mg2＜小时质量浓度在0.20-0.25!g/m3之间，沙尘沉降到近地面后，Ca2＜小时质量浓度大幅上升，峰值出现在28日10-11时，分别为6.40、6.64!g/m3(对应PM10浓度值525!g/m3)，是沙尘影响前Ca2+平均浓度的5.3倍，Mg2+小时峰值的质量浓度为0.84，是沙尘影响前Mg2+平均浓度的3.8倍。离子组分SO42-、NO3-、NH4＜在沙尘影响前浓度值偏高，沙尘沉降后，SO42-、NO3-、NH4＜浓度值均较影响前有显著的下降，相对应Ca2+小时质量浓度值有大幅度的上升，说明沙尘沉降到近地面之前气态污染物的二次转化贡献明
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图32019年#0月27日-30日PM2.5及其水溶性8子小时质量浓度变化显，沙尘传输期间一次颗粒物贡献较为显著。
3结论
(1)10月28日PM10浓度值从6时的仔了憾/廿升到10时的峰值525!g/m3；29日19时，倒风区域内的沙尘回流,PM10浓度值再次达到峰值250!g/m3；30日12时，在较强偏西风的影响下，焦作市空气质量转为的级别，沙尘影响结束。
(2)激光雷达观测数据分析10月28日3时气溶胶消光系数在0.1km-1左右，而高空1.2km范围内退偏比已达到0.3左右，判断为外来沙尘已到达焦作市上空;10时，近地面退偏比达到0.5的高值，结合地面监测数据,PM10浓度值也已达到峰值(525!g/m3)；29日19时，近地面至高空1.5km处消光系数和退偏比再次出现峰值(PM10/J、时浓度值250!g/m3)，说明倒风区域内沙尘开始回流，导致PM10和PM2.5浓度值升高。
(3)PM2.5离子组分SO42-#NO3-#NH4+在沙尘影响前浓度值偏高，沙尘到达后，SO42-、NO3-、NH4＜浓度值均较沉降前有显著的下降。Ca2+小时浓度峰值在28日10-11时分别为6.40、6.64!g/m3 (对应PM10浓度值525!g/m3)，是沙尘影响前Ca2+平均浓度的5.3倍，Mg2＜小时峰值的质量浓度为0.84!g/m3，是沙尘影响前Mg2+平均浓度的3.8倍，说明沙尘沉降到近地面之前气态污染物
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的二次转化贡献明显，沙尘传输期间一次颗粒物贡献较为显著-结语
对沙尘影响的全过程分析是一项很重要、且需要持续提高的工作，在一个地市级环境空气自动监测工作当中，有着相当重要的意义，为今后沙尘天气影响下的环境空气质量预测预报、提前预警、等提供了一定的科学参考，为大气污染防治攻坚提供了技术支撑&
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污染物排放标准制定较早，体系相对健全，一直占据主导地位；地方地表水标准体系主要由污染物排放标准构成，且大多省份仅靠综合性排放标准来支撑，难以与国家地表水标准体系相协调#新《环境保护法》修订后，对地表水环境质量标准的国标-地标双核驱动的格局需求变得愈加强烈&因此，开展地方地表水环境质量的相关研究工作，不仅可以丰富地表水环境质量标准构成要素，完善地表水管理的标准体系，而且通过都柳江流域水环境质量标准“铸”指标量化的研究，可满足管理部门对都柳江流域水质进行“对标对表”的管理需要#
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作者简介
张媛(1977.3-)，女，河南焦作，工程师，本科，从事空气自动监测工作&
通讯作者
冯海霞(1968.6-)，女，河南焦作，工程师，大专，从事环境监测工作&
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作者简介
韦超前(1986-)，男，硕士研究生，高级工程师，研究方向：环境管理与政策研究-
基金项目
贵州省生态环境厅科技课题《都柳江流域水环境质量标准“镖”指标量化的可行性研究》-
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