沙尘天气对宁夏环境空气质量的影响探究

王晓玲 马 蕊

（1.龙曼清瀚（宁夏）建设项目管理有限公司，宁夏 石嘴山 753000；2.宁夏环境科学研究院（有限责任公司），宁夏 银川 753000）

0 引言

沙尘天气对人类健康、空气质量和气候变化影响较大［1-2］。沙尘颗粒物会影响生物地球化学循环过程［3-4］。国内外学者采用地基观测、卫星遥感、统计分析、数值模拟等手段对沙尘进行了系列研究，结果表明不同起沙方案模拟的起沙量和沙尘浓度的时空分布等存在较大的不确定性［5］。我国西北干旱和半干旱地区是沙尘天气的高发区，也是东亚沙尘的主要来源，然而当前对西北干旱、半干旱区域的沙尘数值模拟研究中针对不同起沙方案的评估对比有限，因此探究起沙方案对于我国西北沙尘事件模拟的影响具有重要意义。宁夏地处西北干旱区域，西、北、东三面分布着腾格里沙漠、乌兰布和沙漠和毛乌素沙地，自然生态环境脆弱，受甘肃河西走廊、内蒙古地区和蒙古国等沙尘源区输入性沙尘影响较大。本研究以2022 年宁夏环境空气质量监测数据为基础，综合分析近年沙尘污染过程、频次，探究沙尘污染特征，针对沙尘污染过程提出管控建议，以期为后期大气污染防治提供参考。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域

宁夏回族自治区地处东经104°17'—107°39'，北纬35°14'—39°23'之间，位于我国西部的黄河上中游地区，东邻陕西省西部，南部与甘肃省相连，北部和西北部与内蒙古自治区接壤，南北相距约为456 km，东西相距约为50～250 km，总面积为6.64万km2，占全国总面积的0.69%，年平均气温为5.3～9.9 ℃，降水季节分配很不均匀，夏秋多、冬春少、降水相对集中，年平均蒸发量为1 312～2 204 mm。全区下辖银川市、石嘴山市、吴忠市、中卫市和固原市5 个地级市。

1.2 数据来源

本研究使用的监测数据主要来源于宁夏14 个县区环境空气质量自动监测站和19 个国控环境空气质量自动监测站，监测项目包括可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NO2）、臭氧（O3）、一氧化碳（CO），监测数据以年均值为准，均为实测数据。

1.3 研究方法

本研究数据分析和处理主要采用Excel 表格和SPSS 16.0 软件，数据制图主要使用地理信息系统（ArcGIS）软件。

2 结果与讨论

2.1 区域环境空气质量现状

2022 年，全区5 个地级市优良天数比例范围为81.1%～91.5%，平均优良天数比例为84.2%，轻度、中度、重度、严重污染天数比例分别为11.6%、2.5%、1.3%、0.4%。超标天数中，主要污染物依次为PM10、PM2.5、O3，作为首要污染物所占天数比例分别为52.9%、25.3%、21.8%。与上年同期相比，全区优良天数比例上升0.4百分点（优良天数平均增加1.6天，累计增加8 天），其中石嘴山市、固原市、中卫市分别增加9 天、1 天、3 天，银川市、吴忠市分别减少1 天、4天。全区轻度污染天数同比增加3.8天，中度污染天数增加1.4天，重度污染天数增加2.2天，严重污染天数减少8.8天。

2.2 沙尘天气污染现状

2022 年，受蒙古气旋和冷空气大风天气等气象条件影响，宁夏共出现15 次沙尘天气过程，其中，一级沙尘天气（浮尘）4 次；二级沙尘天气（扬沙）9 次；三级沙尘天气（沙尘暴）2 次；四级沙尘天气（强沙尘暴）0 次。首次沙尘天气发生时间为3 月5 日，与上年相比推迟了53天，沙尘天气发生频次由20次减少至15 次，减少了5 次。全区5 个地市环境空气质量受沙尘天气过程影响累计289 天次，沙尘过程导致全区优良天平均减少30.4 天，造成PM10污染天累计152 天次（平均为30.4 天），可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）浓度分别上升18µg/m³、3µg/m³，受沙尘影响春季168 天次、夏季23 天次、秋季32 天次、冬季66 天次。受沙尘天气过程影响程度由大到小依次为：中卫市、石嘴山市、吴忠市、固原市、银川市。

2016—2022 年，宁夏达到定级的沙尘天气过程共计112 次，其中，一级（浮尘）36 次、二级（扬沙）47 次、三级（沙尘暴）24 次、四级（强沙尘暴）5次，平均每年16 次，受沙尘影响产生的污染天年均达到26 天（见表1）。沙尘天气过程期间，区域PM10小时浓度最大值达到3 381～7 044 µg/m³。其中，2021年沙尘影响频次最多、PM10小时浓度最大、影响范围最广，当年沙尘天气过程导致全区优良天平均减少了38 天、全年优良天数比例减少了10 百分点。全区5 个地级市比较而言，受沙尘影响最大的是中卫市，其次为吴忠市和石嘴山市，固原市和银川市沙尘天次相对较少。从近年监测统计数据来看，全区扬尘天气和沙尘暴天气频次增加，沙尘天气影响范围不断扩大、持续时间明显增长。

表1 2016—2022年宁夏沙尘天气状况

2.3 PM10和PM2.5的污染比值分析

PM2.5/PM10是判断PM10中粗细粒子含量的简易方法之一，同时也是判断一个地区是否受到沙尘影响的重要指标。通过对全区5 个地级市是否受沙尘影响条件下PM2.5与PM10的比值分析，非沙尘天气下比值在0.45～0.49，沙尘过程中比值为0.27～0.30，结果均表现出统一性，即沙尘过程中PM2.5在PM10的占比明显小于非沙尘过程。说明PM2.5主要来源于煤的燃烧、化学反应合成物等本地污染源，如冬季集中供暖燃煤排放大量的污染物导致空气中各种粒径的可吸入颗粒物浓度较高。而沙尘过程中则主要带来PM10为主的颗粒物，使本地PM10浓度迅速增加，进而使PM2.5在PM10的占比降低。

2.4 颗粒物与气象因子的相关性分析

选择2022 年环境空气质量受沙尘天气影响最大的中卫市数据来进行统计分析，具体数值见表2。PM10与10 分钟平均风速相关性显著，风速越大颗粒物PM10浓度越高，与平均气温和相对湿度都呈现负相关性，但相关性并不显著。这间接反映了沙尘天气的形成条件，干燥，风速较大更有利于沙尘的形成。在沙尘形成前期过程中，由于气象条件湿度低、风速大，可以将裸露地面的沙尘等物质卷起到空中并达到输送的目的，后期风速降低，若有静稳系统的配合，沙尘将在空中有一定的滞留时间，沉降慢，导致能见度降低，颗粒物浓度升高，空气质量下降。

表2 2022年中卫市沙尘天气中PM2.5、PM10与气象因子的相关系数

2.5 沙尘天气管控建议

2.5.1 提升沙尘预报预警能力。气象部门要进一步加强气象灾害和大气污染气象的监测预报预警能力建设，提高沙尘天气预报精准度，为指导各地各有关部门提前组织开展沙尘天气应对留出足够的时间和空间。同时，增强人工气象干预，适时开展人工增雨、增雪等作业，促进区域生态环境改善，减少扬尘产生。

2.5.2 加强本地扬尘源管控。各地要根据空气质量预测预报情况，及时发布沙尘预警。组织做好道路湿法清尘或冲洗，建筑工地暂停土方开挖和拉运，工业企业做好料场堆场扬尘监管，城市建成区做好裸露土地苫盖和绿化等，提前将应急措施落实到位，最大限度减少本地扬尘、粉尘产生及排放。

2.5.3 做好居民健康防护。沙尘天气过程期间，广大居民要紧密门窗，尽量减少室外活动；市政、环卫部门要加强城区主次干道喷雾、洒水作业；住建部门要监督建筑工地落实临时停工或扬尘防控等要求；交警部门要加强巡查巡逻和交通管控，提醒过往车辆降低车速、安全通行，最大限度将沙尘对居民的影响降至最低。

2.5.4 及时开展清尘行动。一方面，PM2.5会长时间飘浮空气中，有时会持续5 至6 天；另一方面，PM2.5沉降到地面、道路上，沙尘过后如遇大风、车辆等扰动便会产生二次扬尘污染。沙尘结束后，应及时组织开展“清尘”行动，对城区道路绿化带、花坛树木实施冲洗降尘并全面启动草坪喷水作业，对交通护栏、绿化栅栏等公共设施进行全面彻底清洗，在城市主次干道不间断进行吸尘、洗扫、喷雾，最大限度缩短沙尘影响时间、减小影响程度，防止二次扬尘污染。

2.5.5 提高全民绿化行动。根据统计，宁夏森林覆盖率为18%，低于全国平均水平24%。应继续实行封山禁牧，科学开展大规模国土绿化行动，加大植树造林力度，加强防风固沙能力，从根本上改善生态环境，有效减少本地沙尘源。针对外来性沙尘输入，要建立陕-甘-宁-蒙西北区域性联防联控，国家层面要建立与蒙古国联防联控，扩大与蒙古国的荒漠化防治合作。

3 结论

①沙尘影响范围增大、频次增多。以往沙尘过程对南部区域影响较轻，但近年沙尘影响大多已覆盖全区，大部分沙尘天气过程都会影响到固原市，2016年固原市受沙尘天气过程影响18天次，2022年46 天次。全区各地市受沙尘影响的天次也呈逐年增加态势，与2016 年相比，2022 年各地市受沙尘天气过程影响的天数分别为：银川市增加38 天、石嘴山市增加47 天、吴忠市增加39 天、固原市增加28天、中卫市增加61天。

②沙尘过程持续时间增长。以往沙尘天气主要以大风扬沙为主，受冷空气持续影响，污染扩散清除较快，而近年沙尘气团过境后，后续冷空气迅速减弱或转为地面高压后部，易造成浮尘天气和沙尘回流现象，致使自然沉降缓慢，污染持续时间增长。2022年，全区沙尘污染天平均为30.8 天，较2016 年（15.2天）翻了一番。以往沙尘天气主要发生在春季，但近年来沙尘天气全年频发，除春季外其他季节也时有发生，特别是冬季也逐渐成为沙尘天气高发季节。

③PM2.5与PM10的比值结果表明，非沙尘天气下比值在0.45～0.49，沙尘过程中比值为0.27～0.30，结果均表现出统一性，即沙尘过程中PM2.5在PM10的占比明显小于非沙尘过程。

④提升沙尘预报预警能力、加强本地扬尘源管控、及时开展清尘行动是短期有效预防沙尘天气的具体措施，联防联控是减少沙尘天气的长期有效途径。