一次罕见空气污染的天气过程分析

[摘要] 该文针对2010年3月21～23日福建省出现的大范围严重影响全省空气质量和能见度的环境污染事件，利用PM10（可吸入颗粒物）监测资料和气象资料进行该事件的天气过程分析，结果表明：此次空气污染与北方强冷空气引起的沙尘暴、扬沙过后其尚未下沉的尘土和细沙随高空气流进入本省的沙尘天气之间存在对应关系，其污染物所属的天气现象为浮尘。

[关键词] 空气污染 浮尘天气 过程分析

0 引言

2010年3月中旬末至下旬初，我国出现了一次大范围的严重的由沙尘暴和扬沙引发的空气污染过程。此次污染过程强度强、范围大，不仅对北方等地区造成了影响，沙尘还伴随大风一路南下，蔓延至黄淮、江汉、江淮、华南大部等，累计影响21个省（区、市），并波及到日本、韩国。此次沙尘天气所造成的严重空气污染中的PM10浓度在多地突破历史极值，受其影响，当年3月21～23日福建省自北而南由沿海到内陆出现多年来罕见的大范围严重影响全省空气质量和能见度的环境污染（简称“3.22”空气污染）。据环境部门监测，当时全省9个设区市城市中有7个城市空气中的PM10指数最大时达到（或超过）仪器所能测量的最大上限值500，而根据我国空气污染指数范围及相应的空气质量类别标准[1]，PM10指数＞300时，属于最高级别的重污染。本文通过环境监测部门的监测资料以及造成此次污染事件的地面气象资料和高空气象资料进行综合分析，说明此次污染物的成因、迁移和对我省的影响，从而为PM10的监测、预警和科学研究提供参考。

1 资料来源

1.1 空气污染物资料

2010年3月20～24日空气污染首要污染物为PM10，PM10指数取全省9个设区市环境监测站监测到的PM10浓度进行换算。资料来源于福建省环境保护厅环境监测空气质量日报。其日均值统计时段为北京时间前一日12时至当日12时止的24小时平均值。

1.2 气象观测资料

2010年3月20～24日气象观测资料来源于福建省气象信息中心。

2 “3.22”空气污染实况、变化特征及成因

2.1 空气污染实况

PM10为飘浮在空气中的当量直径小于10微米的颗粒物，又称为可吸入颗粒物或飘尘，可吸入颗粒物的浓度以每立方米空气中可吸入颗粒物的毫克数表示。PM10可由被风扬起的尘土产生，其对人体健康和大气能见度的影响很大，PM10能够引起一系列严重的心血管及呼吸道疾病[2]。

根据设区市监测到的空气污染物PM10指数情况（见表1），从3月21日起，宁德市的PM10指数较前一日增大了3倍，空气质量状况已达中度重污染程度。南平、福州、莆田、泉州等设区市的PM10与前一日相比，也有一定程度的上升。而到了3月22日，在9个设区市城市里，PM10全部上升，除三明和龙岩两个内陆山区城市的PM10指数处于轻度污染外，其余7个城市更是达到了空气污染物PM10指数仪器量程测算的最高值，也就是说这7个设区市城市的空气污染物PM10的指数至少为500，比20日分别至少上升了2～7倍，空气质量状况属于重污染。3月23日，处于沿海的宁德和漳州PM10指数仍保持在500（或以上），福州、泉州和厦门的PM10指数虽有所下降，但空气质量状况仍达到了重污染的水平，莆田空气质量状况属于中度重污染，只有龙岩、三明和南平等内陆城市的空气质量状况回落到良～轻度污染之间。到了3月24日，全省的PM10指数完全降到100以下，回落到良的范围。根据报道，当时福建省许多地区天空一片昏黄，空气中弥漫着尘土的味道，露天、室内物体的平面上均布满了细沙和尘土。

2.2 空气污染变化特征

全省空气污染物PM10指数变化图（见图1）显示，该次严重空气污染是从21日起自北而南从沿海到内陆开始顺次影响福建省的，最先影响福建省的东北部。至22日，已全面影响福建省，处于福建省内陆的西部地区影响程度较弱。23日从内陆往沿海影响程度依次减弱。到24日全面结束，空气质量状况已恢复到污染物入侵影响前水平。

图1 各代表站空气污染物PM10变化图

2.3 空气污染成因

沙尘天气的形成必须具备“沙源地”这一物质条件以及相应的气象条件。福建省处于我国的南方，远离沙源地，省内森林茂密，森林覆盖率达68.3%（二类调查），位居全国第一，再加上当时也算不上干旱，因此，不可能由本地或附近区域形成如此大范围严重的高PM10浓度空气污染。

蒙古国南部、我国内蒙古西部的阿拉善盟和甘肃西部等地区存在着大片广阔荒芜的沙漠，这里降水稀少，气候干燥，土质松散，多年来这里都是影响我国沙尘天气的主要沙源地之一，本次侵袭我国沙尘天气的尘土主要来自这些地方。进入3月中旬，这里的气温明显回升，地表温度急剧升高至4℃～6℃，土壤全面解冻，沙尘天气的卫星监测图像显示，主要沙尘区域的积雪已经融化，大量、松散的沙土为沙尘天气的出现提供了良好的物质条件。3月19～20日，受从西伯利亚地区东移南下的冷空气影响，我国北方大部地区风力普遍达到5～7级，阵风8～9级，并出现了沙尘暴或强沙尘暴或扬沙等天气现象。其沙尘天气过程伴有蒙古气旋的发生，导致沙尘主要源地产生强烈的上升运动，强风将地面的沙尘卷至高空，入侵我国冷空气相伴随的高空槽也明显向南伸展，致使我国东部地区高空西北气流加强。因高空风力大（风速达到40米/秒），裹着沙尘的空气沿途逗留时间短，途中沙尘沉降少、损耗小，随着高空上下一致的西北气流向东南长驱直入，直扑我国中、东部，造成我国中、东部大部分地区出现扬沙或浮尘的天气。3月20日，500百帕、700百帕东亚大槽继续加强并东移南伸，20时槽线已移出我国大陆，我国整个中、东部高空均在槽后的西北气流控制之下。3月21～22日，随着沙尘天气向东南继续扩散，导致福建省“3.22”严重空气污染事件的发生。受山脉和低层气流从偏东路径侵入的影响，这次沙尘天气主要经福建省沿海上空自北而南从沿海到内陆影响福建省，对福建省西部地区影响较小。