韓增玉，黃 彬

（1.寧夏回族自治區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，寧夏銀川 750011；2.寧夏回族自治區(qū)寧東能源化工基地環(huán)境監(jiān)測(cè)站，寧夏 銀川 754100）

寧夏位于我國(guó)中部偏北，地處黃河中上游地區(qū)及沙漠與黃土高原的交接地帶，與內(nèi)蒙古、甘肅、陜西等省區(qū)為鄰。寧夏跨東部季風(fēng)區(qū)域和西北干旱區(qū)域，其西南地區(qū)靠近青藏地區(qū)高寒區(qū)域，處在我國(guó)3大自然區(qū)域的交匯、過(guò)渡地帶，且緊靠騰格里沙漠和毛烏素沙地。石嘴山市位于寧夏回族自治區(qū)北部，其北、東、西、南4面分別與內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市、伊克昭盟、阿拉善盟及銀川市接壤。在春季，寧夏地區(qū)常常受冷空氣影響，因其產(chǎn)生的地面大風(fēng)將周邊沙漠地帶的黃沙吹起，造成環(huán)境空氣質(zhì)量變差，這種情況屢有發(fā)生[1-3]。沙塵是影響區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量的重要因素之一。楊麗蓉等[4]利用銀川市大氣超級(jí)站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了銀川市1次冬季沙塵污染過(guò)程的顆粒物分布特征及沙塵來(lái)源和傳輸過(guò)程。趙蔚等[5]利用NCAR/NCEP全球再分析資料，分析了寧夏1次區(qū)域性沙塵暴的氣象熱力、動(dòng)力機(jī)制。本文借助石嘴山市組分站監(jiān)測(cè)設(shè)備，分析了2021年3月14—20日的沙塵過(guò)程及其顆粒組分[6]，為石嘴山市乃至寧夏全區(qū)分析沙塵污染過(guò)程和污染來(lái)源提供了例證，為沙塵天氣過(guò)程中的大氣污染物變化和組分特征研究提供了參考。

1 儀器設(shè)備及數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所使用的組分站位于石嘴山市環(huán)保局大樓，該站建于2020年6月，當(dāng)年9月開(kāi)始投入使用。組分站中主要儀器設(shè)備包括：在線EC/OC監(jiān)測(cè)儀（Model 4）；在線元素監(jiān)測(cè)儀（XHAM-2000A）；在線離子監(jiān)測(cè)儀（MARGAADI2060）。本文使用的環(huán)境空氣質(zhì)量常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目PM10，PM2.5以及氣象數(shù)據(jù)均來(lái)源于同一監(jiān)測(cè)位置的國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站。

2 沙塵過(guò)程

2021年3月14—20日西北地區(qū)出現(xiàn)了大風(fēng)沙塵天氣，其主要以東北風(fēng)為主，風(fēng)力最高達(dá)到5級(jí)，大部分地區(qū)有3次疊加重合的區(qū)域污染過(guò)程，其中15—19日受蒙古國(guó)強(qiáng)沙塵暴過(guò)境的影響最為持久和顯著。寧夏各地市普遍受到此次大風(fēng)沙塵天氣影響，其中固原市受影響程度最輕，其余4市及寧東基地受其影響較為嚴(yán)重，AQI（空氣質(zhì)量指數(shù)）持續(xù)“爆表”。寧夏5地市及寧東基地AQI變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

圖1 2021年3月14—20日寧夏5地市及寧東基地AQI變化趨勢(shì)圖

由圖2～圖3可知，3月14—20日石嘴山市出現(xiàn)3次疊加的沙塵過(guò)境污染過(guò)程。第1次污染過(guò)程為3月14日3:00—19:00（1 h中度污染、15 h輕度污染、1 h良），其間最高風(fēng)速達(dá)3.4 m/s，風(fēng)向以偏南風(fēng)為主。該過(guò)程造成河西走廊沙塵傳輸帶的沙塵沿中衛(wèi)市、吳忠市、銀川市依次傳輸至石嘴山市，石嘴山市PM10峰值達(dá)到289μg/m3，PM2.5達(dá)到98μg/m3。第2次污染過(guò)程為3月14日20:00—19日5:00（106 h嚴(yán)重污染、1 h重度污染、5 h中度污染），其間最高風(fēng)速達(dá)到5.7 m/s，風(fēng)向由偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為以偏北風(fēng)、偏東風(fēng)為主。該過(guò)程促使蒙古國(guó)強(qiáng)沙塵暴到達(dá)石嘴山市，石嘴山市PM10峰值達(dá)到2 806μg/m3，PM2.5達(dá)到505μg/m3。隨著3月18日白天至19日上午出現(xiàn)短時(shí)降雨過(guò)程，本次沙塵暴過(guò)程的影響逐漸減弱，該過(guò)程為近20年來(lái)最強(qiáng)的1次沙塵暴過(guò)程。第3次污染過(guò)程為3月19日5:00—20日1:00（18 h嚴(yán)重污染、1 h中度污染、2 h輕度污染），其間最高風(fēng)速達(dá)到7.4 m/s，風(fēng)向轉(zhuǎn)為西北風(fēng)。該過(guò)程使得內(nèi)蒙古西北部、賀蘭山西麓騰格里沙漠的沙塵翻越賀蘭山，傳輸至石嘴山市，導(dǎo)致石嘴山市PM10峰值達(dá)到1 386μg/m3，PM2.5達(dá)到209μg/m3。隨后本次強(qiáng)沙塵過(guò)程經(jīng)過(guò)稀釋沉降，逐漸減弱，環(huán)境空氣質(zhì)量逐漸轉(zhuǎn)好。在3次沙塵過(guò)境污染過(guò)程中，由于風(fēng)向的轉(zhuǎn)變?cè)斐缮硥m起沙地不同，局部風(fēng)力引起本地沙塵源起沙，疊加致使本次沙塵過(guò)程產(chǎn)生的影響較大。此次沙塵過(guò)程的風(fēng)玫瑰圖見(jiàn)圖4。

圖2 石嘴山市AQI小時(shí)變化趨勢(shì)圖

圖3 石嘴山市3月14—20日PM10，PM2.5小時(shí)濃度變化曲線圖

圖4 石嘴山市3月14—20日風(fēng)玫瑰圖

3 細(xì)顆粒物（PM2.5）組分特征

2021年3月14—20日，石嘴山市環(huán)境空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)為0，同比減少了5 d；優(yōu)良天數(shù)比例0%，同比下降了71.4%。6項(xiàng)污染物質(zhì)量濃度同比變化為“4升2降”，其中，細(xì)顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）、一氧化碳和二氧化氮質(zhì)量濃度同比分別上升了546.9%，583.5%，53.8%和10.2%；二氧化硫、臭氧8小時(shí)質(zhì)量濃度同比分別下降了32.4%，34.5%。

由圖5可知，此次大風(fēng)沙塵過(guò)程中，無(wú)機(jī)元素中硅、鋁、鐵、鈣等地殼組成代表元素的質(zhì)量濃度出現(xiàn)明顯上升；相較于前1周空氣優(yōu)良時(shí)段，硅、鋁、鐵、鈣4種元素的質(zhì)量濃度分別增長(zhǎng)為原來(lái)的31.76倍、43.66倍、44.72倍和9.77倍，說(shuō)明沙塵對(duì)PM2.5的組分貢獻(xiàn)顯著。

圖5 3月14日—20日石嘴山市組分站地殼元素變化趨勢(shì)圖

3月14—20日石嘴山市細(xì)顆粒物（PM2.5）組分主要為地殼元素型，其中占比前4的組分分別為地殼元素63.5%（其中硅27.9%、鋁18.1%、鐵11.8%、鈣4.7%、鉀1.0%）、硫酸根8.0%、有機(jī)碳（OC）4.8%、鈣離子4.1%，見(jiàn)圖6。由組分分析可知，硅、鋁等地殼元素是沙塵的主要成分，地殼元素的占比超過(guò)了二次污染物占比，進(jìn)一步印證了此次沙塵過(guò)程為自然源引起的污染過(guò)程。

圖6 石嘴山站PM2.5各組分含量占比

4 顆粒物來(lái)源解析

基于3月14—20日石嘴山站PM2.5組分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分別選取NO3-，NH4+等17種具有代表性的PM2.5組分，利用正矩陣因子分解法（PMF）進(jìn)行解析[7-8]，并選取6個(gè)污染源進(jìn)行分析，得到各污染源貢獻(xiàn)占比，見(jiàn)圖7。PM2.5貢獻(xiàn)占比最高的是揚(yáng)塵源，為65.4%；其他污染源貢獻(xiàn)占比較低，二次硫酸鹽和二次硝酸鹽貢獻(xiàn)占比分別為9.3%和8.4%；生物質(zhì)/煤燃燒源貢獻(xiàn)占比為6.5%；機(jī)動(dòng)車污染源貢獻(xiàn)占比為6.3%；工業(yè)源貢獻(xiàn)占比為4.1%。

圖7 石嘴山站PM2.5污染源貢獻(xiàn)占比圖

5 結(jié)論

（1）3月14—20日石嘴山市出現(xiàn)3次疊加的沙塵過(guò)境污染過(guò)程。根據(jù)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，該過(guò)程中石嘴山市環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)了較長(zhǎng)時(shí)間的中度及以上污染。

（2）根據(jù)組分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，3月14—20日石嘴山市細(xì)顆粒物（PM2.5）組分主要為地殼元素，其中占比前4的組分分別為地殼元素63.5%、硫酸根8.0%、有機(jī)碳（OC）4.8%、鈣離子4.1%。

（3）基于3月14—20日石嘴山PM2.5組分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，選取6個(gè)污染源進(jìn)行分析。PM2.5貢獻(xiàn)占比最高的是揚(yáng)塵源，為65.4%；二次硫酸鹽和二次硝酸鹽貢獻(xiàn)占比相對(duì)較高，分別為9.3%和8.4%；生物質(zhì)/煤燃燒源貢獻(xiàn)占比為6.5%；機(jī)動(dòng)車污染源貢獻(xiàn)占比為6.3%；工業(yè)源貢獻(xiàn)占比為4.1%。