河西走廊大气颗粒物污染时空特征与潜在源分析

【作者】 杨梅； 罗晓玲； 吴雯； 李天江； 李岩瑛；

【机构】 甘肃省武威市气象局； 中国气象局兰州干旱气象研究所；

【摘要】 基于河西走廊2015-2024年逐小时空气污染物(PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂、CO、O₃)浓度数据及同期气象观测数据（温度、降水、湿度、风速、沙尘频次、大风频次等）,综合运用概率统计、时空对比、Pearson相关分析和HYSPLIT后向轨迹模型,探讨河西走廊大气污染时空特征及其气象驱动机制,结合典型污染事件深入分析研究区主要污染物PM₁₀和PM_2.5的传输路径、潜在源区和贡献源。结果表明:PM₁₀和PM_2.5为研究区的主要污染物（图1）,近10年PM₁₀浓度呈缓慢波动上升趋势,空间分布西部>东部>中部,2018年和2021年出现明显低谷,与该年降水偏多密切相关;而2024年达到峰值,主要归因于河西走廊遭遇六十年一遇的高温干旱复合型气象灾害,叠加频发的大风沙尘天气共同作用所致。PM_2.5浓度则呈缓慢波动下降趋势,空间分布东部>中部>西部;与PM₁₀类似2018年和2021年最低,这既得益于降水偏多的湿沉降效应,也与气温偏高导致的大气扩散条件改善有关。2015年达到峰值,主要成因是当年初春季节气温异常偏低,采暖需求激增导致污染物排放量显著增加所致。月变化PM₁₀和PM_2.5均呈双峰单谷型,采暖期浓度均高于非采暖期(PM₁₀高20.2μg·m^-3,PM_2.5高12.8μg·m^-3);PM_2.5的峰值顺序与PM₁₀的略有不同,可能与季节特定的大气条件及污染物转化过程有关。日变化PM₁₀和PM_2.5均呈双峰双谷型,采暖期第二个峰值（21～22时）比第一个峰值（10～11时）污染浓度更大,持续时间更长,与冬季取暖燃烧污染物排放量增大、逆温天气增多、逆温层厚度增强关系密切（图2）。PM₁₀空间分布为酒泉>武威>嘉峪关>金昌>张掖,PM_2.5则为武威>张掖>酒泉>嘉峪关>金昌,这一空间分异特征是自然地理条件、工业活动强度、沙尘源区距离及局地气象因素综合作用的结果（图3）。沙尘天气频次、相对湿度、平均气温和降水等与污染物浓度显著相关;非采暖期气象因素特别是沙尘对颗粒物浓度影响较大,而采暖期燃烧排放（特别小颗粒）对污染物的贡献率大于其他（沙尘天气,土壤颗粒、道路扬尘等）（表1）。对研究区PM₁₀2021年3月11—14日的96条后向轨迹进行聚类分析（图4）,共识别出5类主要传输路径,本次沙尘天气过程中,污染物主要来源于偏西及西南方向的远距离输送,其中短距离传输和偏西长距离传输贡献最大,占比超过50%。不同传输路径的PM₁₀浓度差异显著,表明沙尘的源区及输送过程对局地污染具有重要影响。潜在源高值区集中在青海北部和河西走廊本地,同时新疆南部沙尘源区的远距离输送起到了叠加增强作用。更多还原