沙尘天气是指风将地面尘土、沙粒卷入空中，使空气混浊的一种天气现象的统称，它包括浮尘、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴和特强沙尘暴天气等^[1]。沙尘天气过程是指有沙尘天气的发生、发展、消失的天气过程。每年春、秋两季，我国北方地区冷暖空气活动较频繁，受蒙古气旋影响，降水较少，多大风天气，极易形成区域性沙尘天气过程。近年来，研究者针对沙尘天气时空分布特征、沙尘粒子传输路径、沙尘天气过程危害性等做了大量研究，张凯等^[2]研究指出，影响我国沙尘天气的类型按起源地可分为境外源型和国内源型，其中有近70%的沙尘天气起源于蒙古国，30%起源于国内沙漠化明显的内蒙古地区。高庆先等^[3]通过卫星遥感资料解析沙尘天气的发生、发展和消亡过程，在强冷空气过境，近地层有强的垂直不稳定层结时，大气中输送的沙尘粒子将波及我国东部、东南部地区。

江苏省位于我国东部沿海，属于长三角区域，虽然远离沙尘起源地，但每年春、秋两季仍然受到远距离传输的沙尘天气过程影响。俞剑蔚等^[4]研究了江苏省沙尘天气年际变化特征，指出沙尘天气中沙尘暴的发生频数较少，但扬沙和浮尘时有发生，空间分布特征为北多南少，西多东少，时间分布特征为春、秋季较多，冬、夏季较少。沙尘天气过程对环境空气中颗粒物浓度产生较大影响。近年来，研究者针对单次沙尘天气对环境空气质量的影响分析较多，丁铭等^[5]针对春季江苏省一次沙尘天气过程进行分析，指出可吸入颗粒物(PM₁₀)质量浓度在沙尘天气影响期间异常升高，在没有大风、降水等天气的阻挡下，可能持续1~2 d。秦玮等^[6]基于激光雷达和地面监测数据对江苏省南京市一次沙尘天气进行分析，在沙尘输入过程中，PM₁₀质量浓度在部分时段增长剧烈，峰值达到347 μg/m³。

2021年，我国北方地区沙尘天气频发，多个沙尘过程波及东部沿海地区。现汇总了2021年影响江苏省的沙尘天气过程，结合江苏省13个设区市环境空气质量监测数据，分析沙尘天气过程对环境空气质量状况的影响。

1 研究方法 1.1 数据来源

江苏省环境空气质量监测数据来源于江苏省国控空气自动监测站的小时数据和日数据。

1.2 沙尘天气过程判定方法

按照生态环境部发布的《关于印发〈受沙尘天气过程影响城市空气质量评价补充规定〉的通知》(环办监测〔2016〕120号)和中国环境监测总站发布的《关于沙尘天气过程影响扣除有关问题的通知》(总站气字〔2020〕76号)规定，当沙尘天气中近沙尘源区城市或站点PM₁₀小时质量浓度持续2 h超过600 μg/m³或持续1 h超过1 000 μg/m³时，可以扣除沙尘天气影响区域范围内源区及下游城市颗粒物监测数据。判定沙尘天气起始时间时，满足以下任一条件即可：(1)城市PM₁₀小时平均质量浓度≥前6 h PM₁₀平均质量浓度的2.0倍且 > 150 μg/m³；(2)城市细颗粒物(PM_2.5)与PM₁₀小时质量浓度比值≤前6 h比值平均值的0.50倍且PM₁₀小时质量浓度 > 150 μg/m³。判定沙尘天气结束时，满足以下任一条件即可：(1)城市PM₁₀小时平均质量浓度首次降至与沙尘天气前6 h PM₁₀平均质量浓度的1.1倍以下；(2)城市小时PM_2.5的空气质量指数(AQI)分指数首次超过小时PM₁₀的AQI分指数。

1.3 区域分类方法

在做区域统计分析时，有2种地区分类方法。(1)分为苏北、苏中、苏南地区：徐州、连云港、淮安、盐城和宿迁5市划分为苏北地区，扬州、泰州和南通3市划分为苏中地区，南京、无锡、常州、苏州和镇江5市划分为苏南地区。(2)分为苏北、沿江地区：苏北分类方法同上，将上一种分类方法中的苏中和苏南地区合并划分为沿江地区。

2 结果与讨论 2.1 沙尘天气过程概况

2021年影响江苏省的沙尘天气过程汇总见表 1。由表 1可见，2021年江苏省受影响的沙尘天气过程共有13次，全省13个设区市累计受影响229 d。单次过程影响历时1~7 d，影响城市数量为1~13个。单次过程影响时，PM₁₀日均质量浓度最大值达589 μg/m³，PM₁₀小时质量浓度最大值达1 363 μg/m³。

按照沙尘气团移动路径，可将2021年影响江苏省的沙尘天气过程分为西北路冷空气输入型、西北路冷空气偏东输入型、西北路叠加东路两股冷空气输入型、入海回流型、沙尘外围叠加本地浮尘型5种类型。西北路冷空气输入型的特征是受蒙古气旋和冷空气大风天气影响，蒙古国南部和我国内蒙古中部地区起沙，沙尘气团随冷空气东移南下，地面以西北风为主。西北路冷空气偏东输入型的天气系统和起沙地区与西北路冷空气输入型类似，区别在于冷空气东移南下时，移动路径偏东，地面以东北风为主。西北路叠加东路两股冷空气输入型的特征是受蒙古气旋带来的西北路冷空气和东北冷涡带来的冷空气共同影响，蒙古国南部、我国内蒙古中部和东北地区起沙，沙尘气团在两股冷空气叠加下南移，经渤海和黄海进入江苏省，地面以东北风或偏东风为主。入海回流型的特征是沙尘气团在冷空气南移过程中自山东或江苏省入海，在高压后部偏东风或东南风的影响下，回流影响江苏省。沙尘外围叠加本地浮尘型的特征是沙尘气团在偏北风作用下到达江苏省，并伴随本地大风扬尘天气共同影响。

2.2 沙尘天气的时空分布特征

2021年，影响江苏省的沙尘天气过程主要集中在上半年，从单个月份的影响天数来看，上半年仅6月无沙尘天气过程，前5个月均受到不同程度的影响，受影响天数主要集中在1月和3—5月，分别被影响57，65，31和63 d，下半年仅11月有少量沙尘天气过程，受影响天数为全年最小(表 1)。研究表明，江苏省沙尘天气过程多发于春季(3—5月)^[7-9]。2021年是近5年来唯一在冬季的1月和2月就受到沙尘天气过程影响的年份。

2021年江苏省13市受沙尘天气过程影响的天数见图 1。

由图 1可见，从受影响区域来看，13市均受到沙尘天气过程影响，受影响天数为10~32 d，苏北地区平均受影响天数为22.6 d，较沿江地区多8.1 d。徐州市位于江苏省西北角，受影响天数最多，南通市位于江苏省东南角，受影响天数最少。受影响天数 > 20 d的城市主要分布在苏北地区，淮安、连云港分别被影响24和23 d；沿江8市中，除泰州市受影响天数为20 d外，其余沿江地区城市均 < 20 d。

2.3 沙尘天气下的空气质量特征 2.3.1 颗粒物质量浓度

单次沙尘天气过程中，PM₁₀小时质量浓度最大值为192~1 363 μg/m³，PM_2.5小时质量浓度最大值为64~219 μg/m³。2021年江苏省受沙尘天气过程影响下PM₁₀小时质量浓度风玫瑰图见图 2(a)(b)。

由图 2可见，受沙尘天气过程影响时，苏北地区PM₁₀小时高质量浓度主要来源于东北偏北风(NNE)和东北风(NE)输送，对应风速为4~7 m/s；沿江地区PM₁₀小时高质量浓度主要来源于东北风(NE)输送，对应风速为4~6 m/s。结合表 1，2021年第5，7和11次沙尘过程的PM₁₀小时质量浓度最高值均 > 1 000 μg/m³，从沙尘类型来看，后期均为入海回流型，且第5和7次沙尘过程前期均涉及偏东路冷空气，地面风向以偏东风或东南风为主，沙尘输送时间加长且污染程度加重，与图 2中显示的PM₁₀小时质量浓度峰值来源于东南偏东风(ESE)输送的特征相呼应。

2021年江苏省受沙尘天气过程影响下PM_2.5小时质量浓度风玫瑰图见图 3(a)(b)。由图 3可见，受沙尘天气过程影响时，PM_2.5小时高质量浓度来源风向与PM₁₀基本一致，沿江地区PM_2.5小时质量浓度受影响程度小于苏北地区，与PM₁₀相同。

2021年江苏省受沙尘天气过程影响下PM₁₀和PM_2.5日均质量浓度分布见图 4(a)(b)。由图 4(a)可见，沙尘天气过程造成江苏省PM₁₀日均质量浓度达到中度污染及以上级别(> 250 μg/m³)的样本数占比为16.6%，PM₁₀日均质量浓度在轻度污染及以下级别(≤250 μg/m³)的天数占比为83.4%，其中PM₁₀日均质量浓度未超标(≤150 μg/m³)的天数占比为62.0%。由图 4(b)可见，沙尘天气过程对PM_2.5日均质量浓度影响更为轻微，所有沙尘影响日中，造成PM_2.5日均质量浓度达轻度污染及以上级别(> 75 μg/m³)的天数占比仅为12.7%。

2021年江苏省及13市扣除沙尘天气过程影响前后PM₁₀和PM_2.5年均质量浓度变化见图 5(a)(b)。

由图 5可见，若将沙尘天气过程的影响统计在内，2021年，江苏省PM_2.5年均质量浓度为34 μg/m³，PM₁₀年均质量浓度为63 μg/m³，若扣除沙尘天气影响，PM_2.5年均质量浓度为33 μg/m³，PM₁₀年均质量浓度为57 μg/m³，沙尘天气过程对PM₁₀年均质量浓度的影响大于对PM_2.5年均质量浓度的影响。13市扣除沙尘天气过程影响后，PM₁₀年均质量浓度较扣除前下降3~11 μg/m³，下降最多的为徐州，苏北地区的连云港、淮安、盐城、宿迁下降均>5 μg/m³，其他城市下降均≤5 μg/m³；13市扣除沙尘天气过程影响后，PM_2.5年均质量浓度较扣除前下降0~1 μg/m³，无锡、南通扣除前后质量浓度不变，其余11市均下降1 μg/m³。

2.3.2 首要污染物情况

研究表明^[10-11]，沙尘天气过程影响时，环境空气质量的首要污染物为PM₁₀，在沙尘起源地或邻近沙尘起源地，该特征较显著，但对于下游省份来说，由于远距离输送及气象条件的差异，使得该特征有所削弱。2021年江苏省受沙尘天气过程影响的首要污染物统计见图 6。由图 6可见，全省累计受沙尘天气过程影响的229 d中，首要污染物为PM₁₀的有187 d，首要污染物为PM₁₀和PM_2.5的有5 d，因此首要污染物为PM₁₀的共计192 d，占比为83.8%；剩余受影响天数中，首要污染物为NO₂的有2 d，为O₃的有35 d。

2.3.3 环境空气质量级别情况

2021年江苏省及13市受沙尘天气过程影响的环境空气质量级别占比见图 7(a)(b)。由图 7(a)可见，江苏省受沙尘天气过程影响时，环境空气质量为良的占比为55.0%，轻度污染占比为28.4%，中度污染占比为8.3%，重度污染占比为1.7%，严重污染占比为6.6%。环境空气质量为轻度污染时，有19 d首要污染物不是PM₁₀，其中包含2 d首要污染物是O₃但PM₁₀质量浓度仍超标的情况，因此可换算出因沙尘特征污染物PM₁₀质量浓度超标导致的轻度污染占比为21.0%。

由图 7(b)可见，从区域上来看，受沙尘天气过程影响时，环境空气质量达到重度污染或以上级别的城市主要集中在苏北和苏中地区，其中徐州、连云港和宿迁3市分别有3 d环境空气质量达到严重污染级别，宿迁市严重污染级别天数占其受影响天数的21.4%。苏南地区城市受影响时，环境空气质量级别多为良或轻度污染，南京、无锡、镇江3市分别有1 d中度污染。总体来看，受沙尘天气过程影响时，苏北和苏中地区环境空气质量污染级别略高于苏南地区。

3 结论

(1) 2021年，我国北方沙尘天气多发，有13次沙尘天气过程影响江苏省，单次过程影响时长最长为7 d。上半年受影响天数较多，主要集中在3—5月，2021年是近年来极少数在1月和2月就受到沙尘天气过程影响的年份。

(2) 受沙尘天气过程影响时，苏北地区PM₁₀小时高质量浓度主要来源于东北偏北风和东北风输送，沿江地区PM₁₀小时高质量浓度主要来源于东北风输送。从日均质量浓度来看，沙尘天气过程对PM₁₀日均质量浓度的影响大于PM_2.5，造成PM₁₀日均质量浓度超标的天数占比为38.0%，造成PM_2.5日均质量浓度超标的天数占比仅为12.7%。从年均质量浓度来看，扣除沙尘天气过程影响，江苏省PM_2.5和PM₁₀年均质量浓度分别为33和57 μg/m³，较扣除前分别低1和6 μg/m³。13市扣除沙尘天气影响后，PM₁₀年均质量浓度较扣除前下降3~11 μg/m³，PM_2.5年均质量浓度变化较小，可以看出沙尘天气过程对PM₁₀质量浓度的影响大于对PM_2.5质量浓度的影响。

(3) 从影响区域来看，苏北地区较沿江地区更易受到沙尘天气过程的影响。受沙尘天气过程影响时，苏北和苏中地区环境空气质量较苏南地区更易达到重度污染及以上级别。

(4) 江苏省属于沙尘传输通道下游省份，沙尘天气过程影响时，首要污染物为PM₁₀的特征有所削弱，有83.8%的受影响天首要污染物为PM₁₀，其余为NO₂或O₃。