锡林郭勒盟空气污染特征及天气学分型

杜爱萍

（锡林郭勒盟气象局，内蒙古 锡林浩特 026000）

0 引言

锡林郭勒盟是我国四大草原之一的内蒙古草原的主要天然草场，这里既是国家重要的畜产品基地，又是北方生态安全屏障。为贯彻落实中央“推进绿色发展、着力解决突出环境问题、加大生态系统保护力度、改革生态环境监管体制”精神。利用锡林郭勒盟生态环境局采集的数据对该地区气象条件进行分析研究，增强气象保障，服务生态文明建设。

1 数据来源

1.1 生态环境数据

本研究所采用的数据来自锡林郭勒盟生态环境局环境空气自动监测站国控站点数据，常规监测项目为PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3，其中O3为日最大8 h平均，其他污染物日浓度值根据2个监测点实测24 h平均值计算，时间跨度为2015年1月～2021年8月。

1.2 气象数据

本研究采用的是锡林郭勒盟国家气象站的常规观测、加密观测、探空等资料，时间跨度为2015年1月～2021年8月。

1.3 研究方法

根据锡林郭勒盟生态环境局环境空气自动监测站国控站点数据，筛选2015～2021年共计123个轻度污染以上的天气过程［6］，统计分析得出，影响锡林郭勒盟的污染物主要是PM10、O3、PM2.5三类，其中污染物为PM10的污染过程占总污染次数的90%以上，最终选取36个首要污染物为PM10，中度以上空气污染过程作为研究个例。应用天气分析、热力学、流体力学原理和方法，揭示锡林郭勒盟地区空气污染气象条件的特征规律，确定污染天气过程主要影响系统、气象要素及主要物理量特征，提炼空气污染气象条件预报指标，建立空气污染气象条件的天气学模型。

2 污染颗粒物浓度与气象要素的关系

2.1 影响时间

根据污染物颗粒最大浓度和最低能见度出现时间进行划分，锡林郭勒盟污染天气主要影响时段是12时～20时，出现了22次，占污染次数的61.1%；其次污染时段是02时～08时和08时～12时，分别出现了6次和5次，占比16.7%、13.9%；20时～02时影响次数最少，出现了3次，占比为8.3%。

2.2 污染颗粒物浓度与气象要素的关系

污染颗粒浓度变化与气象要素对比分析，污染物浓度在加大的过程中，能见度逐渐降低，能见度最低值出现之后的1～3 h内污染物浓度达到最大值。蒙古气旋底部型、蒙古气旋型、地面高压底前部型这三种类型，污染过程中地面风速均较大，为8～12 m/s，湿度小，风速和能见度呈负相关；地面倒槽型，污染过程中风速较小，为1～2 m/s，湿度较大。

3 污染天气的天气学模型建立及预报指标提炼

主要从污染物浓度与地面气象要素的关系、地面和高空影响系统、物理量场进行分析，确定了不同影响系统的位置、强度、物理量等预报指标，最终将造成锡林郭勒盟空气污染天气分为蒙古气旋底部型、蒙古气旋型、地面高压底前部型、地面倒槽型四类，同时建立天气学预报模型［1-5］，见表1所列。

表1 锡林郭勒盟空气污染天气预报指标

3.1 蒙古气旋底部型

蒙古气旋底部型造成的空气污染天气共18次，占50.0%，是造成锡林郭勒盟空气污染的第一大类型。该类天气过程高空影响系统为贝加尔湖冷涡（槽）或高空槽底部偏西气流，贝加尔湖冷涡（槽）位于105°～120°E、42°～52°N；地面影响系统为蒙古气旋，位于110°～125°E、44°～53°N，气旋中心值987.5～1002.5.0 hPa，正负变压差达5～8 hPa。锡林郭勒盟污染过程中受高空槽底部和蒙古气旋底部或底后部影响，如图1a所示。

3.2 蒙古气旋型

蒙古气旋型造成的空气污染天气共8次，占22.2%，是造成锡林郭勒盟空气污染的第二大类型。该类天气过程高空影响系统为贝加尔湖高空槽，位于105°～118°E、40°～48°N；地面影响系统为蒙古气旋，位于109°～122°E、40°～49°N，气旋中心值995.0～1 005.0 hPa，正负变压差达4～8 hPa。锡林郭勒盟污染过程中位于贝加尔湖高空槽前部，地面受蒙古气旋影响，基本位于地面正变压区，如图1b所示。

3.3 地面高压底前部型

地面高压底前部型造成的空气污染天气共7次，占19.4%，是造成锡林郭勒盟空气污染的第三大类型。该类天气过程高空影响系统为贝加尔湖冷涡或冷涡后部西北气流，冷涡位于105°～118°E、44°～53°N；地面影响系统为冷高压，位于92°～115°E、43°～55°N，冷高压中心值1 020～1 045 hPa，变压差达4～7 hPa。锡林郭勒盟在污染过程中处于贝加尔湖冷涡底部或者是西北气流控制，地面受冷高压底前部正变压影响，如图1c所示。

3.4 地面倒槽型

地面倒槽型造成的空气污染天气共3次，占8.3%，是造成锡林郭勒盟空气污染的第四类型。该类天气过程高空影响系统高空槽，位于98°～100°E、34°～47°N；地面影响系统为低压倒槽，位于100°～115°E、34°～47°N。锡林郭勒盟在污染过程中处于高空槽前部，受地面倒槽前部或倒槽区内的弱变压影响，如图1d所示。

图1 锡林郭勒盟空气污染天气学预报模型

4 研究结果

（1）文章以首要污染物为PM10，中度以上污染天气过程作为研究个例。根据地面影响系统，将造成锡林郭勒盟空气污染天气分为蒙古气旋底部型、蒙古气旋型、地面高压底前部型、地面倒槽型四类。高空影响系统为冷涡（槽），或者是受西北气流控制，地面影响系统多为蒙古气旋，其次是地面冷高压，最少的是地面倒槽。

（2）根据颗粒物最大浓度和最低能见度出现时间来看，锡林郭勒盟的污染天气，主要影响时段是12时～20时，共出现了22次，占污染次数的61.1%，影响时段最少的时段是20时～02时，只出现了3次，占比为8.3%。

（3）污染浓度变化与气象要素对比分析，污染物浓度在加大的过程中，能见度逐渐降低，能见度最低值出现之后的1～3 h内污染物浓度达到最大值。蒙古气旋底部型、蒙古气旋型、地面高压底前部型这三种类型，污染过程中地面风速均较大，湿度小，风速和能见度呈负相关；地面倒槽型，污染过程中风速较小，湿度较大。

（4）物理量场分析，蒙古气旋底部型和蒙古气旋型在污染过程中多为上升气流影响，或者是由上升气流转为下沉气流，前期是暖平流控制，逐渐转为冷平流，湿度条件差。地面高压底前部型在污染过程中以下沉运动为主，高低空的冷平流较强，湿度条件差。地面倒槽型，污染过程中以上升气流为主，暖平流影响，湿度大。