维普资讯 http://www.cqvip.com 第２２卷第１期 灾害学 ＶｏＬ ２２ Ｎｏ．１ ２０Ｏ７年３月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｃ＾Ｔ＾ＳＴＲＯＰＨＯＬＯＧＹ Ｍｆｉｒ．２Ｏｏ７ 兰州市沙尘天气及其对空气质量的影响 芝永华，傅 朝，邵志宏 （兰州市气象局，甘肃兰州７３００２０） 摘要：利用１９７１～２ＯＯ０年和２００１～２００４年兰州市观测站资料，分析了兰州市沙尘天气的气候特征和２００１～ ２００４年沙尘天气特点及产生原因。研究表明，兰州市区的沙尘天气３Ｏ年来呈明显减少趋势，但近几年明显增多。 兰州市的沙尘天气以浮尘、扬沙天气为主。沙尘天气春季（３～５月）最多，４月占全年天数的２４．２％。利用２００２～ ２００４年主要污染物浓度资料和２００６年４月５～１５日逐日的ＰＭ 。浓度资料研究了沙尘天气对兰州市区主要污染物 浓度的影响，结果表明，沙尘天气发生时，伴随的大风等气象条件有利于ｓＯ：和ＮＯ 的扩散，而强沙尘天气容易 导致ＰＭ。。日均浓度迅速升高。在分析的一次强沙尘天气个例中，兰州市区ＰＭ。。日均浓度陡然升高到１．８６ ｍｇ／ｍ。， 是前一日的１Ｏ．４倍。 关键词：沙尘；空气质量；影响分析；兰州 中图分类号：Ｐ４４５ ．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—８１１Ｘ（２００７）Ｏ１—００７７—０５ 市的空气质量。本文利用１９７１～２０００年气象资料 ０引言 分析总结了兰州市沙尘天气发生的时空分布规律， 利用２００１～２００４年气象资料和２００２～２００４年空气 沙尘天气是我国北方干旱、半干旱地区春季多 质量浓度资料重点探讨了沙尘天气对兰州市空气质 发的灾害性天气之一。沙尘天气发生时，大气中悬 量的影响，以期对空气质量预报和环境治理提供一 浮过多的沙石或土壤颗粒造成空气水平能见度下 些参考。 降。大气中高的沙尘浓度容易引起呼吸系统的疾病 等，在对人类的健康造成危害的同时也给工农业生 １兰州市区沙尘天气气候特征 产、交通运输、生态环境等造成极大的影响，是不 可忽视的大气和生态环境问题之一，因而做好沙尘 根据１９７１～２０００年气象资料分析，兰州市３０ 天气的分析研究工作显得尤为重要，已有许多学者 年来浮尘、扬沙、沙尘暴３种沙尘天气现象都有发 从不同角度进行了分析研究 Ｊ。 生，但以浮尘最多，３０年共出现５３０次，年均 兰州市位于甘肃中部的河谷盆地中，三面环 １７．７次；扬沙３８８次，年均１２．９次；沙尘暴３８ 山，相对高度约２００～６００ ｍ，市中心海拔高度为 次，年均１．３次。 ｌ ５１８ ｍ，市区东西长约３５ ｋｍ，南北宽约２～８ ｋｍ， １．１兰州市沙尘天气的年际分布规律 黄河自西向东贯穿全城，构成哑铃状东西两块盆 １９７１—２０００年兰州市沙尘天气出现次数的年 地，形成了特有的河谷小盆地气候。兰州上游的河 际变化曲线及其变化趋势如图１所示，可以看出， 西走廊分布有众多的戈壁、沙地和已退化或正在退 兰州市沙尘天气（３种沙尘天气出现次数合计）从 化的草原或耕地，是我国三大沙尘暴高频区之 １９７１～２０００年呈减少趋势，２０世纪７０年代、８０ 一 。独特的地理地形和地貌使兰州市具有独特 年代较多，９ｏ年代比较少。 的大气污染特点，兰州市的空气污染物主要是可吸 以ｌ０年为一个时段划分（表１），兰州市沙尘 入颗粒物（ＰＭ。。），近几年频繁出现的沙尘天气在 天气的ｌ０年阶段分布规律是１９７１—１９８０年的十 很大程度上决定着ＰＭ。。的浓度，严重影响着兰州 年问沙尘天气最多，８０年代沙尘天气明显减少， ·收稿日期：２００６—０８—２２ 基金项目：兰州科技局课题“兰州城市气候效应研究”（０５－１－９１） 作者简介：芝永华（１９６６－），女，甘肃永靖人，工程师，主要从事天气预报工作．Ｅ－ｍａｉｌ：ＺＨＹＨ６６０７＠ｔｏｍ．ｅｏｍ 维普资讯 http://www.cqvip.com ７８ 灾害学 ２２卷 到了９０年代三种沙尘天气出现次数达到历史最 低值，平均每年１３．６次。从本世纪初开始，沙 尘天气出现的次数明显增多，仅２００１年就出现 ２８次，２００１～２００４年４年时间，共出现了５９次 沙尘天气。 ９ｏ ８０ ７Ｏ ６０ 籁５０ ４０ ３０ ２０ ｌ０ ０ １ 图１ １９７１—２０ＯＯ年兰州市沙尘天气次数的年际变ｆ匕及趋势 表１兰州市１９７１－２０００每ｌ０年及２ＯＯｌ￣２００４年 出现的沙尘天气次数 兰州市沙尘天气的年际分布规律和我国北方 大部分地区的沙尘暴天气的分布规律 ］一致。沙 尘暴的发生频数在２０世纪的６０—７０年代波动上 升，８０～９０年代明显减少，２０００年以后又明显 增多。 １．２兰州市沙尘天气季节分布特点 兰州市沙尘天气月的分布特点如图２所示。历 史上各月都有沙尘天气出现，发生的次数有明显的 季节差异，除沙尘暴天气在１月、８～ｌ２月很少出 现外，浮尘、扬沙天气一年四季都会出现。３种天 气都表现为春季（３～５月）最多，占全年天数的 ６３．３％，４月出现次数最多，占全年天数的 ２４．２％，冬季（１２～２月）占全年天数的１３．９％， 夏季（６～８月）占全年天数的１６．３％，秋季（９～１１ 月）占全年天数的６．５％，其中９月最少，占全年 天数的１．８％。浮尘、扬沙天气的分布规律与三种 沙尘天气次数合计的分布规律相同，但春季、秋季 和冬季浮尘天气多于扬沙天气，而夏季扬沙天气多 于浮尘天气。 ３００ ２５０ ２００ １５０ ｌ００ ５Ｏ ０ Ｉ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ ＩＩ Ｉ２ 月份 图２兰州市沙尘天气月的分布特征 ２近４年兰州市沙尘天气分布特征及 原因 ２００１～２００４年４年，兰州市出现沙尘天气共 ５９次，其中，浮尘４３次，扬沙１１次，沙尘暴５ 次。主要集中在３～４月份，共出现３５次，占总次 数的５９．３％，其余出现在１、２、５、６、７、１０月 份，占总次数的４０．７％。与２０世纪９０年代相比， 沙尘天气明显增多，且强度明显增强，沙尘暴天气 次数也增多，９０年代沙尘暴仅出现１次，而近４ 年沙尘暴出现５次，都出现在３、４月份，可见， 近些年３、４月份是沙尘暴天气的多发期。 造成２００１～２００４年兰州市沙尘天气较频繁发 生的原因，一是在全球气候趋暖和持续干暖气候的 大背景下 Ｊ，兰州市及上游甘肃河西地区２００１～ ２００４年降水持续偏少，同时大部分地区年平均气 温持续偏高，夏季酷热天数明显增多，加剧了土壤 水份蒸发，导致土壤含水率低；二是影响甘肃省的 冷空气和气旋活动异常频繁。 ３ ２１）ｔ）２—２００４年沙尘天气对兰州空 气质量的影响 ３．１兰州市沙尘天气的三种类型及其对空气质量 的影响 按照沙尘天气的源地和起因，兰州市的沙尘天 气大体可分为３类：①外地漂移型：上游地区出现 沙尘天气，卷入高空的沙尘经西北气流的输送，在 本地降落，这种类型的天气以浮尘和扬沙天气为 主，空气质量一般达到轻度到中度污染，影响的 范围较大；②本地生成型：在本地生成，影响范 围小，强度弱，以局地扬沙天气为主，春季和其 它月份都会出现，其特点是持续时间短，空气质 维普资讯 http://www.cqvip.com １期 芝永华，等：兰州市沙尘天气及其对空气质量的影响 ７９ 量一般为轻度污染；③外地飘逸在本地加强或缓 慢减弱型：上游地区出现强沙尘天气，随着地面 气旋一起移动，经过本地时将上游大量的沙尘带 到本地，其特点是气象要素变化剧烈，沙尘天气强 度大，空气质量一般为中度到重度污染。其中， ①型最多，占总次数的５９．２％，②型占１８．６％， ③型占２２．２％。 ３．２ ＰＭ，。污染等级频率与污染天气的分析 ２００２～２００４年兰州市ＰＭ。。不同级别质量发生 的频率如表２所示。可以看出，在１ ０９６ ｄ中，兰 州市空气质量主要为２～３级，占８７．４％，其中２ 级天数几乎占一半，有三分之一的天数为３级，属 轻度污染；中度污染天数４９ ｄ，占４．５％；优等天 数３０ ｄ；重度污染只有５３ ｄ，占４．９％。夏半年（５ ～１０月）２级以下天数占总次数的７８．８％，轻度污 染和中度污染仅占２１．２％，夏半年只出现一次中 度污染，没有出现一次重度污染。冬半年（１１～４ 月）主要为３级和２级污染，优级只有１ ｄ，而重度 污染的５３次都出现在这一时段。５３次重度污染中 有２１次出现在３～４月份，分别出现在２００２年３ ２、５、１７、１８、２０、２２ ２３、２８、２９、３０、３１ 日和４月４、１４、２２，２０ｏ３年３月２３、２４日和４ 月ｌ１、１８、２２日，２００４年３月５、１０日。其中 ７１％天数伴有沙尘或强沙尘天气。可见，正是由于 春季降水较少，空气中的ＰＭ。。不易被清除，特别 是由于受强沙尘天气影响，导致春季ＰＭ。。浓度偏 高，空气质量恶化。 表２ 兰州市２００２—２００４年ＰＭ１０五种级 别质量发生天数 ３．３沙尘天气对兰州市主要污染物浓度的影响 ２００１年４月共出现沙尘天气９ ｄ，ＳＯ 月平均 浓度０．０３５ ｍｇ／ｍ ，剔除沙尘日ＳＯ 浓度，日平均 月浓度为０．０３１ ｍｇ／ｍ ，与当月ｓＯ 月平均日浓度 接近，从当月ＳＯ 月平均日浓度逐日变化曲线可以 看到，本月ｓＯ 月平均日浓度起伏较大，在沙尘天 气发生日前后１、２、１５、１６、２５日ＳＯ２日平均浓 度维持高值，在４月３、５～１０、１３、２９日连续出 现沙尘天气时，ＳＯ 日平均浓度反而下降。 通过对当月ＮＯ 浓度的同样分析，发现ＮＯ 和ＳＯ 具有相同的变化规律，当月ＮＯ 平均浓度 ０．０４６ ｍｇ／ｍ ，剔除沙尘日ＮＯ：浓度，日平均月浓 度为０．０４５ ｍｇ／ｍ ，也略低于当月ＮＯ 月平均日浓 度。分析当月ＮＯ 日平均浓度逐日变化，可以看 到，１、２、１５～１７、２８～２９日ＮＯ２日平均浓度维 持高值，而３、４～５、６～１１、１３～１４、２０～２９日 ＮＯ 日平均浓度较低，５个低浓度时段中４个就是 沙尘天气发生时段。 对发生沙尘天气时可吸人颗粒物（ＰＭ，。）浓度 变化也进行同样的分析，发现沙尘天气对ＰＭ，。浓 度的影响与对ＮＯ 和ｓＯ 浓度的影响完全不同， 当月ＰＭ，。月平均日浓度为０．４７９ ｍｇ／ｍ ，剔除沙尘 日ＰＭ，。浓度，月平均日浓度为０．２５６ ｍｇ／ｍ ，沙尘 天气使ＰＭ。。月平均日浓度提高了０．２２３ ｍｇ／ｍ３。分 析当月ＰＭ，。日平均浓度逐日变化，可以看到，７、 ９、１３日强沙尘天气中，ＰＭ，。日平均浓度分别高达 １．５３３ ｍｇ／ｍ 、１．７６６ ｍｇ／ｍ 、１．４６０ ｍｇ／ｍ ，严重 超过重度污染指标。 另外对兰州市２００２年３月、２００３年３～４月、 ２００４年３月出现的沙尘天气对ＰＭ，。浓度的影响进 行了相同的分析，得出相应时段内，沙尘天气致使 月平均ＰＭ。。浓度分别提高了０．２０６ ｍｇ／ｍ 、 ０．１８２ ｍｇ／ｍ 、０．１９６ ｍｇ／ｍ 、０．１８５ ｍｇ／ｍ ，平均 提高了０．１９２ ｍｇ／ｍ 。 通过以上分析可以看出，沙尘天气对３种污染 物的浓度影响不相同，强沙尘天气导致了ＰＭ。。日 平均浓度迅速提高，造成空气严重污染，而沙尘天 气发生时伴随的大风等气象条件反而有利于ｓＯ 和 ＮＯ２的扩散。 ３．４一次沙尘天气过程对兰州市环境影响的个例 分析 ２００６年４月１０日，受东移的强冷空气和 蒙古气旋的共同影响，兰州地区出现了沙尘暴，在 强沙尘天气影响下，兰州市区的ＰＭ。。浓度快速上 升，在短时间内达到重度污染，随着沙尘天气结 束，能见度转好，空气质量改善。 对２００６年４月５～１５日沙尘天气对污染物日 平均浓度逐日变化的影响进行分析（图３）。兰州市 空气质量在４月５～９日一直为２级和３级，属良 和轻度污染，１０日，受强沙尘天气影响，ＰＭ。。日 维普资讯 http://www.cqvip.com 灾害学 ２２卷 平均浓度迅速升高到１．８６ ｍｇ／ｍ ，是５级重度污 染（限值０．４２０ ｍｇ／ｍ ）的４．４３倍，兰州市空气质量 迅速恶化，ｌ１日，随着沙尘天气的结束，能见度 转好，ＰＭ，。日均浓度迅速降低到０．１３１ ｍｇ／ｍ ，空 气质量为２级良。同时由图４看出，在沙尘天气 １０一ｌ１日ＳＯ 和ＮＯ 日平均浓度处于下降状态。 暑 毯 蠖 图３ ２００６年４月５—１５日ＰＭｌ０浓度日变化 图４ ２ｏ０６年４月５—１５日ＳＯ２、ＮＯ２浓度日变化 由以上分析可以看出，正是由于春季强冷空气 携带大量的沙尘使兰州市空气质量在短时间内极度 恶化，达到重度污染强度，随着沙尘天气结束，空 气质量逐步得到改善。 ． ４结论 （１）兰州市的沙尘天气在２０世纪后３０年呈明 显减少趋势，但进入２１世纪，在持续干暖气候背 景下，由于冷空气和气旋活动频繁等原因，沙尘天 气明显增多。 （２）兰州市的沙尘天气以浮尘、扬沙天气为 主，浮尘最多，沙尘暴很少出现。沙尘暴天气仅出 现在春季的３—５月份，浮尘、扬沙天气一年四季 都会出现。３种天气都表现为春季（３—５月）最多， 为沙尘天气的多发期，其中４月出现次数最多，占 全年天数的２４．２％。 （３）影响兰州市的沙尘天气可分为外地漂移 型、本地生成型和外地飘逸本地加强型３类，其中 外地漂移型最多，占５９．２％，外地飘逸到本地加 强型的影响最为严重。 （４）２００２—２００４年３年中２１次重度空气污染 ７１％发生在沙尘天气中，主要是因为春季降水较 少，空气中的ＰＭ 。不易被清除，再加上强沙尘天 气影响，大量尘土从源地输送到兰州，导致春季 ＰＭ 。浓度偏高，空气质量恶化。 （５）春季沙尘天气对ＳＯ２、ＮＯ 和ＰＭ ｏ ３种污 染物浓度影响不同。强沙尘天气容易导致ＰＭ 。日 平均浓度迅速升高，造成空气严重污染，而沙尘天 气发生时伴随的大风等气象条件反而有利于ＳＯ 和 ＮＯ２的扩散。 参考文献： ［１］王炜，方宗义．沙尘暴天气及其研究进展综述［Ｊ］．应用气 象学报，２００４，１５（３）：３６６—３８１． ［２］王式功。王金艳。周子江。等．中国沙尘天气的区域特征 ［Ｊ］．气候与环境研究。２００３，５８（２）：１９３—２Ｏ０． ［３】 张莉，任国玉．中国北方沙尘暴频数演化及其气候成因分析 ［Ｊ］．气象学报，２００３，６１（６）：７４４—７５０． ［４］ 王小玲，翟盘茂．中国春季沙尘天气频数的时空变化及其与 地面风压场的关系［Ｊ］．气象学报，２００４，６２（１）：９６—１０３． ［５］ 陆均天，邹旭恺，王锦贵，等．近３年我国沙尘天气较频繁发生 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ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓａｎｄ ａｎｄ ｄｕｓｔ ｏｎ ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｌ４１ｎｚｈｏｕ ｉｓ ｉｎｖｅｓｉｔｇａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｄａｔａ ｏｆ ｄａｉｌｙ ｒｅｐｏｒｔｓ ｏｆ ｍｅａｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＯ２，ＮＯ２ ａｎｄ ＰＭｌ０ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ３ ｙｅａｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＭｌ０ ｐｅｒ ｄａｙ ｉｎ ａ ｓｅｒｖｅｒ ｄｕｓｔ ｓｔｏｒｍ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｆｒｏｍ Ａｐｒｉｌ ５ ｔｏ １５，２００６．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｌｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇｓ：Ｔｈｅ ｗｅａｔｈｅｒ ｃｏｎ— ｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｎｄ ａｎｄ ｄｕｓｔ ｉｓ ｏｆ ｂｅｎｅｆｉｔ ｏｒ ｆＳＯ２，ＮＯ２，ｂｕｔ ａ ｅｖｅｒｓｅ ｄｕｓｔ ｓｔｏｒｍ ｃｏｕｌｄ ｃａｕｓｅ ｈｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｔＰＭｌ０ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｓｈａｒｐｌｙ ａｎｄ ｃａｕｓｅ ｖｅｒｙ ｈｅａｖｙ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｏｎｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｏｒｙ ｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｂｓｅｒｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅａｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＭ１ｏ ｉｎ Ｌａｎｚｈｏｕ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｏ １．８６ ｍｇ／ｍ ｉｎ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｄａｙ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ １０．４ ｔｉｍｅｓ ｏｆ ｈｅ ｃｏｎ－ｔ ｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｎｅ ｄａｙ ｅｆｂｏｒｅ．Ｉｔ ｅｌｅｇｙ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｎｄ ｓｔａｏｒｍ ｈａｓ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａｎｚｈ０ｕ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｎｄ ａａｎｄ ｄｕｓｔ；ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｅｎｖｉｏｎｍｅｎｔｒ ｕａｌｑｉｙ；ｉｔｍｐａｃｔ；Ｌａｎｚｈｏｕ
