寧夏典型工業(yè)城市2020年1月重污染過程特征及成因

王建英, 張肅詔, 雍 佳, 張澤瑾, 陳彥虎

1.中國氣象局, 旱區(qū)特色農業(yè)氣象災害監(jiān)測預警與風險管理重點實驗室, 寧夏 銀川 750002 2.寧夏氣象服務中心, 寧夏 銀川 750002 3.寧夏氣象臺, 寧夏 銀川 750002 4.寧夏中衛(wèi)市氣象局, 寧夏 中衛(wèi) 755000 5.寧夏石嘴山市氣象局, 寧夏 石嘴山 753000

隨著我國社會經濟快速發(fā)展和城市化進程加快，近年來以PM2.5為首要污染物的重污染事件頻發(fā)，連續(xù)多日嚴重的空氣污染導致空氣污濁、能見度下降，造成霾天氣增多[1]，特別是在冬季大氣污染事件更為頻繁[2]，對公眾健康、農業(yè)生產、交通運輸等帶來不同程度的影響，引起了公眾和學者的關注[3-4]. 影響大氣污染的因素較多，高強度污染排放[5-6]和不利氣象條件[7-9]是PM2.5重污染天氣形成和發(fā)展的關鍵因素. 有研究表明，區(qū)域污染傳輸也會使環(huán)境空氣質量迅速變差[10]，高濕狀態(tài)下的污染物吸濕積累和二次顆粒物生成會使污染進一步加重[11].

近年來，多位學者已對京津冀及周邊地區(qū)重污染過程特征和成因開展了分析研究，結果表明，交通源[12]、居民源[13-14]、工業(yè)源[15-17]對ρ(PM2.5)的貢獻位居前列. 當出現靜穩(wěn)、小風、高濕及逆溫[18]等不利氣象條件，或處于均壓場、弱高壓后部、高壓底部的天氣系統(tǒng)[19-20]，或近地層處于風場輻合帶[21-22]時，在排放基本相同的情況下，會導致更加嚴重的大氣污染. 隨著近年來西北地區(qū)污染天氣的頻發(fā)，學者們也初步開展了寧夏回族自治區(qū)大氣污染的研究工作，結果表明，當寧夏回族自治區(qū)上空500 hPa盛行西北氣流、平直西風氣流、西南氣流時，地面位于鋒前暖區(qū)、氣壓梯度較小區(qū)域或鋒面過境前后時，銀川市易出現灰霾天氣[23]；并發(fā)現隨著地面相對濕度的增大、近地層風速的減小、大氣垂直上升運動的減弱、邊界層高度的降低，大氣中ρ(PM2.5)將迅速升高[24].

隨著大氣重污染復合性特征的日益突出，燃煤、工業(yè)過程、機動車、生物質燃燒等排放的一次污染物、二次顆粒物生成、污染物的區(qū)域傳輸以及不利氣象條件的綜合影響和相互疊加，使ρ(PM2.5)上升甚至出現爆發(fā)式增長[25]. 因此，單一因素的污染過程分析難以滿足重污染天氣應對工作的需求，而目前重污染過程綜合性研究多集中在京津冀及周邊地區(qū)，利用區(qū)域加密自動氣象觀測資料開展大氣污染及傳輸特征的研究也較少，寧夏回族自治區(qū)大氣污染分析研究也多局限于銀川市.

石嘴山市是寧夏回族自治區(qū)的地級市，位于寧夏回族自治區(qū)北部，東跨黃河，與內蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市相鄰；西鄰賀蘭山，與內蒙古自治區(qū)阿拉善盟隔山相望；北依黃河，與內蒙古自治區(qū)烏海市相鄰；南連銀川平原，與銀川市興慶區(qū)、賀蘭縣交界. 石嘴山市是國家重要煤炭工業(yè)城市以及寧夏回族自治區(qū)能源重化工和原材料工業(yè)基地，號稱“塞上煤城”. 石嘴山市境內及其北部90 km處的烏海市烏達區(qū)、海南區(qū)遍布多個工業(yè)園區(qū)，園區(qū)內煤炭、鋼鐵、化工、有色、建材等企業(yè)眾多，導致污染物排放量較大、排放種類較多，同時不利氣象條件下的區(qū)域污染傳輸，加之冬季供暖污染排放，為石嘴山市空氣質量改善帶來較大壓力. 石嘴山市2020年1月累計出現輕度及以上污染天數達22 d，其中，重度污染天數達9 d，ρ(PM2.5)月均值達111 μg/m3，是GB 3095—2012《環(huán)境空氣質量標準》一級標準限值(35 μg/m3)的3.2倍，成為寧夏回族自治區(qū)2020年環(huán)境空氣質量最差的城市，大氣污染形勢十分嚴峻. 因此，亟需對石嘴山市冬季持續(xù)重污染過程進行多因素影響分析，明晰重污染天氣成因及污染來源和傳輸特征.

該研究基于石嘴山市2020年1月1—17日重點污染時段氣象和環(huán)境多源數據，采用統(tǒng)計分析、污染特征雷達圖、氣流后向軌跡聚類及天氣診斷相結合的方法，分析了污染物一次排放和二次轉化、區(qū)域傳輸與不利氣象條件等因素綜合作用對重污染過程的影響，以期為石嘴山市靈活、高效、科學地應對重污染天氣提供參考.

1 研究方法

1.1 數據來源

石嘴山市2020年1月PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3質量濃度日均值和逐小時數據來源于石嘴山市環(huán)境監(jiān)測站；同期內蒙古自治區(qū)各地級市常規(guī)污染物(PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3)質量濃度日均值和逐小時監(jiān)測數據來自全國城市空氣質量實時發(fā)布平臺(http://106.37.208.233:20035)；全國加密自動氣象站觀測資料來源于寧夏回族自治區(qū)氣象信息中心，包括逐小時氣溫、風速、風向、相對濕度、氣壓、能見度等；另外，還使用了NCEP (National Centers for Environmental Prediction，美國國家環(huán)境預測中心)空間分辨率為2.5°×2.5°、時間分辨率為6 h的大氣環(huán)流場再分析資料.

1.2 污染特征雷達圖

污染特征雷達圖是一種在常規(guī)監(jiān)測數據基礎上，對多種污染物進行百分比成分譜化，扣除污染物濃度波動對污染特征表現形式的影響；將百分比化的成分譜除以一定時期(或一定區(qū)域)的平均百分比化成分譜得到標準化特征譜；將特定時間或站點的標準化特征譜與一定時期(或一定區(qū)域)的平均百分比化成分譜(包括標準偏差)共同繪制在雷達圖上，直觀快速地突顯特定時間或站點多種污染物的特征與一定時期(或一定區(qū)域)平均污染物特征之間的差異，從而為污染特征和成因分析提供直觀快速和便利的手段，其包含的污染物因子包括SO2、NO2、CO、PM2.5和粗顆粒(PM10中扣除PM2.5的部分)，數據前處理算法和劃分污染類型的定量指標可參見文獻[26].

1.3 后向軌跡聚類分析

后向軌跡模式(HYSPLIT)被廣泛應用于跟蹤氣流所攜帶的粒子或氣體的移動方向，分析污染物來源和傳輸路徑等[27]. 該模式利用NCEP網格化氣象數據，對任一地點到達受點的氣團質點的運行軌跡進行模擬，基于后向軌跡分布特征，使用角距離分類，計算每2條軌跡組合的空間相似度，對所有到達模式受點區(qū)域的氣團軌跡進行聚類分組，得到不同的輸送氣流類型，在此基礎上對聚類后的各類軌跡進行相關數據統(tǒng)計，分析受點的外來氣團輸送路徑.

該研究選取石嘴山市自動氣象觀測站(39°02′N、106°38′E)為模擬受點，起始高度為500 m，時間為2020年1月1—17日，每天(00:00—23:00)逐小時計算到達石嘴山市的72 h后向軌跡，通過系統(tǒng)聚類方法中的Ward′s方差法進行聚類，并對氣流后向軌跡聚類結果進行分析，從而研究該市大氣輸送特征和污染物的可能來源[28-29].

2 結果與討論

2.1 2020年1月大氣污染特征

為分析2020年1月寧夏回族自治區(qū)石嘴山市大氣污染整體狀況，根據 HJ 633—2012《環(huán)境空氣質量指數(AQI)技術規(guī)定》，以ρ(PM2.5)為75～115 μg/m3(對應AQI為101～150)、ρ(PM2.5)為115～150 μg/m3(對應AQI為151～200)、ρ(PM2.5)為150～250 μg/m3(對應AQI為201～300)作為輕度、中度和重度污染篩選條件，對1月1—31日AQI和5種主要污染物(PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO)小時和日均質量濃度數據進行統(tǒng)計. 由圖1可見，2020年1月石嘴山市出現了長時間、高強度的PM2.5污染天氣，累計出現輕度及以上污染天數達22 d，ρ(PM2.5)月均值達111 μg/m3，是GB 3095—2012《環(huán)境空氣質量標準》中二級標準限值(35 μg/m3)的3.2倍. 1月1—17日為重點污染時段，中度及以上污染天氣達12 d，期間1—3日、9—10日、12日、15—17日共9 d達重度污染，ρ(PM2.5)日均值超過了GB 3095—2012四級標準限值(150 μg/m3).

圖1 2020年1月1—31日石嘴山市AQI及5種主要污染物濃度逐日變化情況Fig.1 The daily changes of AQI and the concentration of five major pollutants in Shizuishan City during January 1st to 31st, 2020

重點污染時段(1月1—17日)，ρ(PM2.5)與ρ(PM10)、ρ(SO2)、ρ(NO2)、ρ(CO)變化趨勢基本一致，但也存在差異. 1—2日重污染天氣中ρ(SO2)、ρ(CO)較高，3日重污染天氣中ρ(NO2)較高；9—10日、12日、15—17日重污染天氣中ρ(SO2)、ρ(CO)與1—2日相比明顯偏低，ρ(NO2)與3日相比也偏低，其中，9日為最嚴重污染時段，ρ(PM2.5)和AQI均達峰值，分別為216 μg/m3和266.

2.2 重點污染時段污染特征和成因

研究[30]表明，5種污染物(SO2、NO2、CO、PM2.5、PM10)中SO2、NO2、CO和PM10主要來自一次來源，PM2.5既有一次來源也有二次來源[31]. 其中，SO2主要來自燃煤、化工、鋼鐵等工業(yè)過程[32]，NO2主要來自燃煤、工業(yè)過程(焦化、玻璃等)、機動車[33]，CO主要來自燃煤、機動車、鋼鐵及生物質等不完全燃燒[34]，PM10主要來自揚塵[35]. 為進一步分析5種污染物濃度的日變化特征，采用污染特征雷達圖分析方法將石嘴山市重點污染時段(1月1—17日)5種污染物濃度標準化處理后繪制在雷達圖上(見圖2)，探討相關源排放對ρ(PM2.5)的影響.

圖2 2020年1月1—17日石嘴山市污染特征雷達圖Fig.2 The radar map of pollution characteristics in Shizuishan City from January 1st to 17th, 2020

研究[26]表明，污染特征雷達圖上特征值越突出的物種，與其相關的源排放在該城市貢獻越大. 由圖2可見：1月1日SO2、CO特征值超出標準值上限，表明污染特征受燃煤和工業(yè)排放(鋼鐵、焦化)等影響；3日 NO2特征值超出標準值上限，SO2、CO特征值偏高，表明污染特征受燃煤、工業(yè)排放(鋼鐵、焦化)和機動車尾氣污染排放影響；9日PM2.5和PM10特征值均超出標準值上限，表明污染特征受二次顆粒物生成影響顯著，本地揚塵對ρ(PM2.5)也有貢獻；其他時段無污染物特征值明顯超出標準值上限，由污染物累積和混合造成.

從5種主要污染物濃度逐日變化及污染特征雷達圖分析可初步研判，1日、3日重污染天氣主要受燃煤、工業(yè)(鋼鐵、焦化)和機動車等高強度污染排放影響，PM2.5主要來自一次源；9日重污染天氣PM2.5受二次顆粒物生成影響顯著，本地揚塵也有貢獻，其他時段重污染天氣由污染物累積和混合造成.

2.3 區(qū)域污染傳輸對ρ(PM2.5)的影響分析

2.3.1氣流后向軌跡聚類特征

為探究周邊區(qū)域污染傳輸對寧夏回族自治區(qū)石嘴山市污染天氣的影響，采用氣流后向軌跡聚類分析方法對2020年1月1—17日石嘴山市氣團軌跡進行聚類. 由表1可見：第一類、第六類、第三類、第四類氣流軌跡分別來自我國新疆維吾爾自治區(qū)中部、東部以及蒙古國中部、西南部，分別占軌跡總數的17.6%、11.8%、11.8%和17.6%，這4類氣流軌跡傳輸高度高、距離較遠，將西北和偏北方向清潔干冷空氣向寧夏回族自治區(qū)輸送；第二類氣流軌跡來自偏南方向的陜西省寶雞市，氣流軌跡數量占比最大，為29.4%，該氣流使暖濕空氣向寧夏回族自治區(qū)輸送，造成寧夏回族自治區(qū)南部山區(qū)出現多次降雪，北部持續(xù)陰天高濕；第五類氣流軌跡來自東北方向的內蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市，迂回途徑烏海市，并停留一段時間從偏北方向到達石嘴山市，占軌跡總數的11.8%，氣流軌跡傳輸高度低、距離近，易使烏海市及周邊污染氣團向石嘴山市輸送[28-29].

表1 2020年1月1—17日石嘴山市氣團軌跡聚類結果

由氣流后向軌跡聚類分析結果可知，石嘴山市2020年1月重點污染時段ρ(PM2.5)可能受烏海市及其周邊污染氣團跨區(qū)域傳輸影響.

2.3.2區(qū)域自動站風場時空變化及其對ρ(PM2.5)的影響分析

為進一步探究烏海市及其周邊污染氣團對石嘴山市污染天氣的影響，利用西北區(qū)域加密自動氣象觀測資料，繪制了逐時風向、風速時空分布圖，分析了風場時空變化及其對石嘴山市ρ(PM2.5)的影響. 從逐時加密自動氣象站風場時空變化看，2020年1月1—17日重點污染時段，內蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市—包頭市—巴彥淖爾市—烏海市一帶持續(xù)存在氣旋式輻合低壓，其中，包頭市和烏海市是內蒙古自治區(qū)重工業(yè)區(qū)，氣旋式輻合低壓使烏海市及其周邊邊界層內形成污染氣團. 2020年1月內蒙古自治區(qū)烏海市、巴彥淖爾市、鄂爾多斯市、包頭市的污染天氣也主要集中在1月1—17日，特別是包頭市出現了10 d重度及以上污染天氣，烏海市、巴彥淖爾市、鄂爾多斯市則以輕度污染為主. 由于烏海市距離石嘴山市較近，境內重點污染企業(yè)也主要集中在其西部的烏達區(qū)和東南部的海南區(qū)，環(huán)境空氣質量國控監(jiān)測點布設在烏海市區(qū)，重點污染時段巴彥淖爾市—烏海市大部分時段為一致偏北風，使處于其下風方的石嘴山市污染程度明顯加重. 從1月1—18日逐小時ρ(PM2.5)變化(見圖3)來看，石嘴山市ρ(PM2.5)小時值超過75 μg/m3(輕度及以上污染等級)的占比達78.2%，其中，ρ(PM2.5)小時值超過150 μg/m3(重度及以上污染等級)的占比為47.4%；石嘴山市ρ(PM2.5)出現多次爆發(fā)式增長和迅速降低，而烏海市ρ(PM2.5)較石嘴山市明顯偏小，波動幅度也較小. 該研究重點對1日、4日、7日、14日、17日西北區(qū)域加密自動氣象站風場時空變化進行分析，并結合ρ(PM2.5)演變特征，探究烏海市及其周邊污染氣團對石嘴山市ρ(PM2.5)的影響.

圖3 2020年1月1—18日石嘴山市及烏海市逐小時ρ(PM2.5)變化特征Fig.3 The hourly ρ(PM2.5) variation characteristics in Shizuishan City and Wuhai City from January 1st to 18th， 2020

圖4 2020年1月1—18日西北區(qū)域加密自動站風向、風速空間分布特征Fig.4 The spatial distribution characteristics of wind direction and wind speed of automatic weather station in northwest China during January 1st-18th， 2020

由圖3、4可見：1月1日00:00，巴彥淖爾市—烏海市—石嘴山市為一致偏北風，風速小于2 m/s，石嘴山市南部的銀川市為偏南風；1日00:00—11:00，11 h 內石嘴山市ρ(PM2.5)從102.7 μg/m3(輕度污染)迅速升至342.3 μg/m3(嚴重污染)，ρ(PM2.5)出現了短時間爆發(fā)式增長(記為“BF-1”)，1日空氣質量為重度污染. 4日00:00，石嘴山市北部和烏海市海南區(qū)風向轉為偏南風，風速增至6 m/s；4日00:00—08:00，8 h 內石嘴山市ρ(PM2.5)從216.3 μg/m3(重度污染)迅速降至73.7 μg/m3(良)(記為“JD-1”)，4日空氣質量為輕度污染. 5日07:00，巴彥淖爾市—烏海市轉為一致偏北風，石嘴山市為偏東風，風速小于2 m/s；5日 07:00—13:00，6 h內石嘴山市ρ(PM2.5)從100.7 μg/m3(輕度污染)迅速升至268.0 μg/m3(嚴重污染)，ρ(PM2.5)又出現了爆發(fā)式增長(記為“BF-2”)，5日空氣質量為中度污染. 6日20:00，內蒙古自治區(qū)中南部氣旋式輻合低壓減弱向偏東方向移動，石嘴山市北部及烏海市區(qū)域加密自動站風向轉為西北風，風速增至4 m/s；6日20:00—7日03:00，7 h內石嘴山市ρ(PM2.5)從121.7 μg/m3(中度污染)迅速降至19 μg/m3(優(yōu))(記為“JD-2”)，7日空氣質量為良. 8日15:00，內蒙古自治區(qū)中南部氣旋式輻合低壓加強并向偏西方向后退，巴彥淖爾市—烏海市—石嘴山市北部又轉為一致偏北風，石嘴山市中部為偏東風，風速小于2 m/s；8日15:00—9日02:00，11 h內ρ(PM2.5)從34.7 μg/m3(優(yōu))迅速升至278.3 μg/m3(嚴重污染)，出現了爆發(fā)式增長(記為“BF-3”)，9日空氣質量為重度污染. 13日20:00，內蒙古自治區(qū)中南部氣旋式輻合低壓減弱，范圍縮小，略向北移，石嘴山市北部及烏海市南部地面風向轉為偏南風，風速增至4～6 m/s；13日20:00—14日03:00，7 h內石嘴山市ρ(PM2.5)從176.7 μg/m3(重度污染)迅速降至44.3 μg/m3(良)(記為“JD-3”)，14日空氣質量為良. 15日00:00，內蒙古自治區(qū)中南部氣旋式輻合低壓加強，范圍擴大，巴彥淖爾市—烏海市—石嘴山市北部再次轉為一致偏北風，石嘴山市中部為弱偏東風，風速小于2 m/s；15日00:00—05:00，5 h內石嘴山市ρ(PM2.5)從60.0 μg/m3(良)迅速升至335.3 μg/m3(嚴重污染)，出現了爆發(fā)式增長(記為“BF-4”)，15日空氣質量為重度污染. 18日00:00，內蒙古自治區(qū)中南部氣旋式輻合低壓減弱東移，巴彥淖爾市—烏海市—石嘴山市北部轉為偏南風；18日00:00—08:00，8 h內ρ(PM2.5)從256.0 μg/m3(嚴重污染)迅速降至32.3 μg/m3(優(yōu))(記為“JD-4”)，18日空氣質量為良.

從逐時加密自動站風向、風速時空分布特征看：ρ(PM2.5)爆發(fā)階段，巴彥淖爾市—烏海市—石嘴山市北部多為一致偏北風，風速小于2 m/s，有利于烏海市及其周邊污染物向南擴散，石嘴山市中部為偏北風與偏東或偏南風輻合，西部賀蘭山地形的阻擋加重了其輻合程度，使空氣中的水汽在此匯聚，為二次反應提供高濕條件，這種正反饋作用促發(fā)石嘴山市ρ(PM2.5)爆發(fā)式增長[36]；而ρ(PM2.5)迅速降低階段，石嘴山市北部及烏海市則為西北風或偏南風，風速增至4～6 m/s，有利于烏海市及其周邊污染物擴散，污染強度減弱，從而使石嘴山市ρ(PM2.5)短時間內迅速降低.

區(qū)域自動站風場時空變化及其對石嘴山市ρ(PM2.5)影響分析進一步表明，烏海市及其周邊污染氣團跨區(qū)域傳輸對石嘴山市2020年1月重點污染時段ρ(PM2.5)的影響較大.

2.4 氣象條件分析

2.4.1環(huán)流背景特征

影響空氣質量的因素，除了人為污染物的排放和區(qū)域傳輸等內因外，還受天氣形勢驅動這一外因的影響，天氣形勢從根本上決定了氣象要素的分布和變化，從而決定了大氣的擴散能力與穩(wěn)定程度，在一定的污染源排放下，不同的氣象條件可以導致不同的ρ(PM2.5)變化趨勢[37-38].

從2020年1月1—17日平均環(huán)流場看，歐亞大陸500 hPa中高緯度為緯向弱西風氣流〔見圖5(a)〕，近地面蒙古高壓穩(wěn)定少動、強度弱，寧夏回族自治區(qū)北部處在均壓場和蒙古高壓底部弱偏北氣流中，中南部地區(qū)處在低壓倒槽前部東南氣流中〔見圖5(b)〕. 受緯向弱西風氣流影響，寧夏回族自治區(qū)北部城市石嘴山市1月上旬和中旬持續(xù)陰天或多云，受低壓倒槽前部東南氣流水汽輸送影響，寧夏回族自治區(qū)南部城市中衛(wèi)市、固原市出現了多次明顯的降雪天氣，北部城市石嘴山市則持續(xù)高濕.

圖5 2020年1月1—17日平均環(huán)流場Fig.5 The average circulation field from January 1st to 17th, 2020

環(huán)流背景特征分析表明，高空緯向弱西風氣流使到達地面的冷空氣弱，近地面為均壓場，石嘴山市近地層多靜小風，污染物水平擴散條件差. 持續(xù)陰天或多云使到達地面的太陽輻射強度減弱，近地面增溫慢，有利于逆溫的持續(xù)維持，污染物垂直擴散條件差[24]. 不利的污染擴散氣象條件使污染物不斷累積，高濕有利于污染物吸濕積累和二次轉化，促使ρ(PM2.5)升高[36]；同時，蒙古弱高壓的穩(wěn)定少動，也使我國內蒙古自治區(qū)中南部(鄂爾多斯市—包頭市—巴彥淖爾市—烏海市)輻合低壓長時間維持，其位置、強度和范圍的變化使烏海市及周邊區(qū)域自動站風向、風速均發(fā)生變化，引起烏海市及其周邊污染氣團出現南北振蕩和強弱變化，從而使石嘴山市ρ(PM2.5)出現了多次爆發(fā)式增長或迅速降低的特征.

2.4.2氣象要素特征

為分析局地氣象要素變化對石嘴山市ρ(PM2.5)的影響，選取石嘴山自動氣象站觀測資料，對1月1—17日重點污染時段不同污染等級對應的逐時氣象要素數據進行統(tǒng)計. 由表2可見：優(yōu)良時段石嘴山市主要風向為西北風和偏南風，輕度及以上污染時段主要風向均為偏北風和偏東風；優(yōu)良到重度污染時段的平均風速從1.5 m/s減至0.7 m/s，相對濕度從58%增至78%，平均氣溫從-5.5 ℃減至-7.4 ℃，海平面氣壓從 1 030 hPa增至 1 033 hPa.

表2 2020年1月1—17日石嘴山市不同級別污染氣象條件參數

統(tǒng)計結果顯示，不同級別污染的海平面氣壓變化相對較小，說明重點污染時段影響寧夏回族自治區(qū)的冷空氣勢力較弱. 由于石嘴山市位于賀蘭山東側“背風坡”，其西側和北側受賀蘭山弧形包圍，弱冷空氣翻越賀蘭山后，“背風坡”效應所導致的下沉氣流和“弱風效應”使冬季石嘴山市及周邊地區(qū)為顯著的下沉氣流區(qū)，不利于大氣對流擴散及污染物清除. 另外，弱冷空氣翻越賀蘭山后在石嘴山市多轉為弱偏北風或偏東風，偏北風易使烏海市及其周邊污染物向石嘴山市輸送，偏東風使污染物受賀蘭山阻擋不易向周邊擴散，所以當石嘴山市為偏北或偏東風時，易形成污染天氣，隨著風速減小，污染加重. 而石嘴山市西北方向多為茫茫戈壁灘，污染企業(yè)較少，當風向為西北風時，多帶來的是較為清潔空氣；同時，西北風也有利于本地污染向東南方向擴散，偏南風有利于本地污染向北擴散，也阻擋了烏海市及其周邊污染向南傳輸，所以當石嘴山市風向轉為西北風或偏南風時，隨著風速增大，空氣質量好轉. 氣象條件影響著大氣污染，而大氣污染持續(xù)累積會顯著改變邊界層氣象條件[36]，污染過程中優(yōu)良到重度污染時段平均氣溫的降低和相對濕度的增大較明顯. 隨著污染的加重，能見度降低，到達地面的太陽輻射減弱，近地面升溫慢，有利于逆溫維持和加強，導致大氣垂直方向靜穩(wěn)度增加，大氣邊界層高度降低，對污染物垂直擴散不利；近地層氣溫減小和邊界層高度降低也使相對濕度增加，有利于細顆粒物的吸濕增長和二次顆粒物生成，這種雙向正反饋作用促使大氣污染進一步加重.

3 結論與展望

a) 1月1日、3日重污染天氣主要受燃煤、工業(yè)(鋼鐵、焦化)和機動車等高強度污染排放影響，PM2.5主要來自一次源；9日重污染天氣，PM2.5受二次顆粒物生成影響顯著，本地揚塵也有貢獻，ρ(PM2.5)和AQI均達峰值，分別為216 μg/m3和266；其他時段重污染天氣由污染物累積和混合造成.

b) 氣流后向軌跡聚類結合區(qū)域自動站風場時空變化分析結果表明，烏海市及其周邊污染氣團的跨區(qū)域傳輸對石嘴山市ρ(PM2.5)的影響較大. 當巴彥淖爾市—烏海市—石嘴山市為一致偏北氣流、風速小于2 m/s時，易使烏海市及其周邊污染氣團向南擴散傳輸，石嘴山市ρ(PM2.5)出現短時間爆發(fā)式增長；當石嘴山市北部及烏海市區(qū)域加密自動站風向轉為偏南或西北風，風速增至4～6 m/s時，易使烏海市及其周邊污染氣團強度減弱，并向北或向東擴散，石嘴山市ρ(PM2.5)短時間內迅速降低.

c) 當500 hPa歐亞大陸中高緯度盛行緯向弱西風氣流、近地面石嘴山市處在蒙古弱高壓底部均壓場、風向為弱偏北風或偏東風時，易形成持續(xù)性PM2.5污染天氣. 當風速減至0.7 m/s、相對濕度增至78%時，污染加重；當轉為西北風和偏南風，風速增至1.5 m/s時，有利于污染擴散，空氣質量好轉.

d) 該研究利用多源數據及多種分析方法，探討了多重因素綜合作用對寧夏回族自治區(qū)典型工業(yè)城市石嘴山市2020年1月重污染過程的影響，以期為該市靈活、高效、科學地應對重污染天氣提供參考依據. 為進一步提升大氣污染源精細化管控的決策支撐能力，2020年9月石嘴山市建成了大氣顆粒物化學組分監(jiān)測站，基于化學組分觀測資料的石嘴山市重污染天氣污染特征和PM2.5來源解析還有待進行一步研究.