蘭州不同粒徑顆粒物污染特征及沙塵天氣對其影響的研究.pdf

1、沙塵暴作為一種災害性天氣不僅對工農業(yè)生產產生嚴重的直接危害，而且由此形成的沙塵氣溶膠通過多種途徑對氣候、環(huán)境、生態(tài)和人體健康等多方面造成的滯后、持續(xù)、長期的間接危害更加嚴重。因此，在環(huán)境問題日趨突出的今天，深入研究沙塵暴對城市大氣環(huán)境的影響具有重要意義。本文利用我國西北五省(區(qū))及內蒙古自治區(qū)1954～2005年235站的沙塵暴觀測資料、2000～2008年北方17個環(huán)保重點城市API指數資料、2005～2007年蘭州市不同粒徑大氣顆粒

2、物(TSP、PM10、PM2.5和PM1.0)濃度監(jiān)測資料以及2007年4～5月蘭州大學半干旱氣候與環(huán)境觀測站(SACOL) PM10濃度監(jiān)測資料、鐵塔梯度觀測資料和超聲資料，在分析近52年來我國北方中西部地區(qū)沙塵暴氣候特征的基礎上，探討了沙塵天氣造成的顆粒物污染對我國北方城市大氣環(huán)境的影響，并較為全面、深入地分析了沙塵重點影響地區(qū)--蘭州市的不同粒徑顆粒物污染特征以及不同類型典型天氣過程對其顆粒物污染影響的變化規(guī)律及其產生機制。主要結

3、論如下： (1)我國北方中西部沙塵暴發(fā)生日數的年變化特征可劃分為四大類型，即春季型、冬春夏型、春夏型和冬春型，它們分別占總數的29.7％、29.7％、27.1％和13.5％，除冬春型冬季沙塵暴發(fā)生最多外，其它類型均為春季最多。沙塵暴日變化和持續(xù)時間分布規(guī)律也分別劃分為三種類型。沙塵暴的時間變化特征存在明顯的地域差異，這一差異是某一時期內強風、沙塵源和不穩(wěn)定層結三者在不同地區(qū)配置情況差異的綜合反映。盡管近年來我國北方城市大氣環(huán)境治

4、理力度明顯加大，北方多數環(huán)保重點城市的大氣顆粒物污染狀況依然嚴重，這主要與沙塵天氣影響有關。春季沙塵輸送對北方城市顆粒物污染的平均影響程度自西向東降低，其中對銀川、蘭州和西寧的影響程度最大。沙塵暴天氣發(fā)生期間，各地顆粒物污染程度自強沙塵暴中心區(qū)向外圍逐漸減輕。即使在并未出現(xiàn)沙塵天氣的地區(qū)，在上游沙塵輸送的作用下其顆粒物濃度也會受到較大影響。 (2)沙塵重點影響地區(qū)--蘭州市的不同粒徑大氣顆粒物(TSP、PM10。PM2.5和PM

5、1.0)污染特征分析表明，粗顆粒物(TSP和PM10)濃度的年變化呈雙峰型分布，特別是4月份出現(xiàn)的主峰值有別于其他城市；而細顆粒物(PM2.5和PM1.0)的年變化則呈單峰型分布，峰值在12月；這一差異反映出春季沙塵天氣明顯加劇蘭州市粗顆粒物污染，而由于其風擴散效應則降低細顆粒物污染濃度。正常情況下(無沙塵)蘭州市粗顆粒物日變化為雙峰型；而沙塵天氣影響期間，受沙塵天氣的影響午后增加了一個濃度高峰，其日變化變?yōu)槿逍?。另外，粗、細顆粒物在

6、邊界層大氣中的稀釋擴散過程也存在明顯差異。上游地區(qū)大風沙塵天氣是影響蘭州市顆粒物污染狀況的重要因素，其中青海地區(qū)和河西地區(qū)對其影響最大。 (3)關于不同類型典型天氣過程對蘭州市不同粒徑顆粒物(TSP、PM>10、PM2.5～10. PM2.5和PM1.0)濃度影響的研究表明：沙塵天氣發(fā)生時蘭州市顆粒物污染嚴重，PM2.5～10濃度升幅最大，不同粒徑顆粒物濃度的變化規(guī)律存在差異。降水對顆粒物濃度的影響以濕清除為主，粗粒子的清除率明

7、顯高于細粒子。不同類型的降水對顆粒物的清除率存在明顯差異，對流性降水對TSP、PM>10和PM2.5～10的清除率是相同降水量鋒面降水的數倍，這是由它們不同的產生機制和降水特征造成的。冷鋒對顆粒污染物的影響也以清除為主，粗粒子的清除率較高。根據冷鋒過境初期顆粒物濃度變化趨勢，冷鋒可分為先升后降型和直降型。先升后降的變化特征是冷鋒對顆粒污染物與氣態(tài)污染物濃度影響的重要差別之一。 (4)為了更好地探討典型天氣過程中蘭州地區(qū)顆粒物污染

8、的形成機制，對沙塵、冷鋒等不同類型典型天氣過程中蘭州地區(qū)大氣邊界層結構和湍流輸送特征及其與顆粒物污染的關系進行研究，結果表明：沙塵天氣過境前，邊界層有較強逆溫出現(xiàn)；隨著沙塵天氣爆發(fā)，逆溫層被破壞，混合層迅速發(fā)展，邊界層低層溫度和濕度垂直梯度變得很小，而風速垂直梯度則增大；此時隨著風速迅速增大，PM10濃度驟增。沙塵過境期間垂直湍流輸送強烈，經向和緯向動量均是向下輸送的(其中經向輸送較強)。上游有明顯沙塵輸送時，沙塵濃度峰值落后于風速峰值