錫林郭勒盟空氣污染特征及天氣學(xué)分型

杜愛(ài)萍

（錫林郭勒盟氣象局，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

0 引言

錫林郭勒盟是我國(guó)四大草原之一的內(nèi)蒙古草原的主要天然草場(chǎng)，這里既是國(guó)家重要的畜產(chǎn)品基地，又是北方生態(tài)安全屏障。為貫徹落實(shí)中央“推進(jìn)綠色發(fā)展、著力解決突出環(huán)境問(wèn)題、加大生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)力度、改革生態(tài)環(huán)境監(jiān)管體制”精神。利用錫林郭勒盟生態(tài)環(huán)境局采集的數(shù)據(jù)對(duì)該地區(qū)氣象條件進(jìn)行分析研究，增強(qiáng)氣象保障，服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)

本研究所采用的數(shù)據(jù)來(lái)自錫林郭勒盟生態(tài)環(huán)境局環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站國(guó)控站點(diǎn)數(shù)據(jù)，常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3，其中O3為日最大8 h平均，其他污染物日濃度值根據(jù)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)24 h平均值計(jì)算，時(shí)間跨度為2015年1月～2021年8月。

1.2 氣象數(shù)據(jù)

本研究采用的是錫林郭勒盟國(guó)家氣象站的常規(guī)觀測(cè)、加密觀測(cè)、探空等資料，時(shí)間跨度為2015年1月～2021年8月。

1.3 研究方法

根據(jù)錫林郭勒盟生態(tài)環(huán)境局環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站國(guó)控站點(diǎn)數(shù)據(jù)，篩選2015～2021年共計(jì)123個(gè)輕度污染以上的天氣過(guò)程［6］，統(tǒng)計(jì)分析得出，影響錫林郭勒盟的污染物主要是PM10、O3、PM2.5三類(lèi)，其中污染物為PM10的污染過(guò)程占總污染次數(shù)的90%以上，最終選取36個(gè)首要污染物為PM10，中度以上空氣污染過(guò)程作為研究個(gè)例。應(yīng)用天氣分析、熱力學(xué)、流體力學(xué)原理和方法，揭示錫林郭勒盟地區(qū)空氣污染氣象條件的特征規(guī)律，確定污染天氣過(guò)程主要影響系統(tǒng)、氣象要素及主要物理量特征，提煉空氣污染氣象條件預(yù)報(bào)指標(biāo)，建立空氣污染氣象條件的天氣學(xué)模型。

2 污染顆粒物濃度與氣象要素的關(guān)系

2.1 影響時(shí)間

根據(jù)污染物顆粒最大濃度和最低能見(jiàn)度出現(xiàn)時(shí)間進(jìn)行劃分，錫林郭勒盟污染天氣主要影響時(shí)段是12時(shí)～20時(shí)，出現(xiàn)了22次，占污染次數(shù)的61.1%；其次污染時(shí)段是02時(shí)～08時(shí)和08時(shí)～12時(shí)，分別出現(xiàn)了6次和5次，占比16.7%、13.9%；20時(shí)～02時(shí)影響次數(shù)最少，出現(xiàn)了3次，占比為8.3%。

2.2 污染顆粒物濃度與氣象要素的關(guān)系

污染顆粒濃度變化與氣象要素對(duì)比分析，污染物濃度在加大的過(guò)程中，能見(jiàn)度逐漸降低，能見(jiàn)度最低值出現(xiàn)之后的1～3 h內(nèi)污染物濃度達(dá)到最大值。蒙古氣旋底部型、蒙古氣旋型、地面高壓底前部型這三種類(lèi)型，污染過(guò)程中地面風(fēng)速均較大，為8～12 m/s，濕度小，風(fēng)速和能見(jiàn)度呈負(fù)相關(guān)；地面倒槽型，污染過(guò)程中風(fēng)速較小，為1～2 m/s，濕度較大。

3 污染天氣的天氣學(xué)模型建立及預(yù)報(bào)指標(biāo)提煉

主要從污染物濃度與地面氣象要素的關(guān)系、地面和高空影響系統(tǒng)、物理量場(chǎng)進(jìn)行分析，確定了不同影響系統(tǒng)的位置、強(qiáng)度、物理量等預(yù)報(bào)指標(biāo)，最終將造成錫林郭勒盟空氣污染天氣分為蒙古氣旋底部型、蒙古氣旋型、地面高壓底前部型、地面倒槽型四類(lèi)，同時(shí)建立天氣學(xué)預(yù)報(bào)模型［1-5］，見(jiàn)表1所列。

表1 錫林郭勒盟空氣污染天氣預(yù)報(bào)指標(biāo)

3.1 蒙古氣旋底部型

蒙古氣旋底部型造成的空氣污染天氣共18次，占50.0%，是造成錫林郭勒盟空氣污染的第一大類(lèi)型。該類(lèi)天氣過(guò)程高空影響系統(tǒng)為貝加爾湖冷渦（槽）或高空槽底部偏西氣流，貝加爾湖冷渦（槽）位于105°～120°E、42°～52°N；地面影響系統(tǒng)為蒙古氣旋，位于110°～125°E、44°～53°N，氣旋中心值987.5～1002.5.0 hPa，正負(fù)變壓差達(dá)5～8 hPa。錫林郭勒盟污染過(guò)程中受高空槽底部和蒙古氣旋底部或底后部影響，如圖1a所示。

3.2 蒙古氣旋型

蒙古氣旋型造成的空氣污染天氣共8次，占22.2%，是造成錫林郭勒盟空氣污染的第二大類(lèi)型。該類(lèi)天氣過(guò)程高空影響系統(tǒng)為貝加爾湖高空槽，位于105°～118°E、40°～48°N；地面影響系統(tǒng)為蒙古氣旋，位于109°～122°E、40°～49°N，氣旋中心值995.0～1 005.0 hPa，正負(fù)變壓差達(dá)4～8 hPa。錫林郭勒盟污染過(guò)程中位于貝加爾湖高空槽前部，地面受蒙古氣旋影響，基本位于地面正變壓區(qū)，如圖1b所示。

3.3 地面高壓底前部型

地面高壓底前部型造成的空氣污染天氣共7次，占19.4%，是造成錫林郭勒盟空氣污染的第三大類(lèi)型。該類(lèi)天氣過(guò)程高空影響系統(tǒng)為貝加爾湖冷渦或冷渦后部西北氣流，冷渦位于105°～118°E、44°～53°N；地面影響系統(tǒng)為冷高壓，位于92°～115°E、43°～55°N，冷高壓中心值1 020～1 045 hPa，變壓差達(dá)4～7 hPa。錫林郭勒盟在污染過(guò)程中處于貝加爾湖冷渦底部或者是西北氣流控制，地面受冷高壓底前部正變壓影響，如圖1c所示。

3.4 地面倒槽型

地面倒槽型造成的空氣污染天氣共3次，占8.3%，是造成錫林郭勒盟空氣污染的第四類(lèi)型。該類(lèi)天氣過(guò)程高空影響系統(tǒng)高空槽，位于98°～100°E、34°～47°N；地面影響系統(tǒng)為低壓倒槽，位于100°～115°E、34°～47°N。錫林郭勒盟在污染過(guò)程中處于高空槽前部，受地面倒槽前部或倒槽區(qū)內(nèi)的弱變壓影響，如圖1d所示。

圖1 錫林郭勒盟空氣污染天氣學(xué)預(yù)報(bào)模型

4 研究結(jié)果

（1）文章以首要污染物為PM10，中度以上污染天氣過(guò)程作為研究個(gè)例。根據(jù)地面影響系統(tǒng)，將造成錫林郭勒盟空氣污染天氣分為蒙古氣旋底部型、蒙古氣旋型、地面高壓底前部型、地面倒槽型四類(lèi)。高空影響系統(tǒng)為冷渦（槽），或者是受西北氣流控制，地面影響系統(tǒng)多為蒙古氣旋，其次是地面冷高壓，最少的是地面倒槽。

（2）根據(jù)顆粒物最大濃度和最低能見(jiàn)度出現(xiàn)時(shí)間來(lái)看，錫林郭勒盟的污染天氣，主要影響時(shí)段是12時(shí)～20時(shí)，共出現(xiàn)了22次，占污染次數(shù)的61.1%，影響時(shí)段最少的時(shí)段是20時(shí)～02時(shí)，只出現(xiàn)了3次，占比為8.3%。

（3）污染濃度變化與氣象要素對(duì)比分析，污染物濃度在加大的過(guò)程中，能見(jiàn)度逐漸降低，能見(jiàn)度最低值出現(xiàn)之后的1～3 h內(nèi)污染物濃度達(dá)到最大值。蒙古氣旋底部型、蒙古氣旋型、地面高壓底前部型這三種類(lèi)型，污染過(guò)程中地面風(fēng)速均較大，濕度小，風(fēng)速和能見(jiàn)度呈負(fù)相關(guān)；地面倒槽型，污染過(guò)程中風(fēng)速較小，濕度較大。

（4）物理量場(chǎng)分析，蒙古氣旋底部型和蒙古氣旋型在污染過(guò)程中多為上升氣流影響，或者是由上升氣流轉(zhuǎn)為下沉氣流，前期是暖平流控制，逐漸轉(zhuǎn)為冷平流，濕度條件差。地面高壓底前部型在污染過(guò)程中以下沉運(yùn)動(dòng)為主，高低空的冷平流較強(qiáng)，濕度條件差。地面倒槽型，污染過(guò)程中以上升氣流為主，暖平流影響，濕度大。