随着我国城市化进程不断加快, 以细颗粒物(PM2.5)污染为主的大气颗粒物污染问题日趋严峻, 并对大气能见度、人体健康和气候等造成严重影响(Wan et al., 2013;李军等, 2023).近年来, 随着一系列大气污染防治措施的推行, 我国主要区域如京津冀、长三角和珠三角地区的空气质量已得到明显改善.研究表明, 2013—2016年, 珠三角地区的PM2.5年均值下降了15.4 μg·m-3, 长三角地区的PM2.5年均值由66.9 μg·m-3下降至48.9 μg·m-3, 而京津冀地区在2013—2017年PM2.5浓度降幅最大, 达25%(蒋超等, 2018；宓科娜等, 2018；孟晓艳等, 2018).《2023年中国生态环境状况公报》显示, 京津冀、长三角地区的PM2.5浓度相比2018年均有不同幅度的下降(中华人民共和国生态环境部, 2023).然而, 汾渭平原由于其复杂的地形条件及高度集中的煤炭能源产业, PM2.5浓度持续上升, 2015—2017年区域内PM2.5全国排名后20位的城市个数由0个增加至6个, 防控难度大(刘世昕, 2018).日趋严重的颗粒物重污染问题已经成为制约汾渭平原经济持续稳定快速发展的瓶颈.
汾渭平原作为中国第四大平原, 由汾河谷地和渭河平原及其台塬阶地构成, 包括河南、陕西、山西省在内的11个地市.汾渭平原2018年被生态环境保护部纳入“蓝天保卫战”治理重点区域, 成为全国空气污染预防和控制关键地区.由于汾渭平原产业布局密集且装备水平低, 能源结构以煤炭为主, 同时运输结构仍以公路运输为主, “公转铁”基础薄弱的影响, 以PM2.5为主的颗粒物污染逐年增加, 尤以2015—2016年冬季PM2.5浓度增加最为明显, 目前已成为中国大气污染最严重的地区之一(姜磊等, 2018；黄小刚等, 2023；李雁宇等, 2023).
区域性的大气污染状况、特殊地形和不利于污染物扩散的气象条件是造成当地污染严重的重要因素(伯兰等, 1991).针对污染事件, 可以控制当地的污染物排放, 但气象条件及区域复杂地形不可控制.因此, 目前着眼于山地、盆地等复杂地形城市的污染气象学问题也受到了国内外学者的关注(张强, 2001；Yim et al., 2014；Wu et al., 2017).汾渭平原地处黄土高原南部, 北靠吕梁山, 南依秦岭, 其特殊地形使区域年平均风速小, 受山脉阻挡和背风坡气流下沉的影响, 汾渭平原地区易形成气流停滞区, 导致污染物容易聚集, 不易扩散(李雁宇等, 2023).在独特的天气、复杂地形影响下, 汾渭平原大气污染特征和形成机制与其他重污染区域相比有其独特性.同时, 汾渭平原中各个城市所处地形不同, 其污染物的来源也会存在差异, 除本地排放外, 跨区域污染物传输也是影响区域空气质量超标的重要因素(彭玏等, 2023).然而目前相关研究多集中于我国长三角、珠三角和京津冀等主要城市群, 对于汾渭平原复杂地形对大气污染特征的影响研究还存在明显不足, 对于汾渭平原不同地市由于地形差异导致的污染特征及来源差异的研究还相当缺乏.
前人研究表明, 大气污染呈现明显的区域性特征.由于污染物浓度不仅受本地排放源的影响, 还会受污染物跨区域传输的影响.而仅通过观测手段无法准确识别污染物的远距离输送对PM2.5重污染天气的污染成因及贡献的影响.因此, 利用HYSPLIT后向轨迹模式、潜在源贡献因子分析(PSCF)和浓度权重轨迹分析(CWT)等方法, 开展污染物输送轨迹和来源的长时间尺度定量研究, 可以为揭示区域污染分布特征、来源解析及成因分析提供新思路.目前HYSPLIT模式已被广泛用于区域污染物分布、扩散和传输特征研究(王郭臣等, 2016；Liao et al., 2017).而关于污染物潜在源分析主要集中在我国长三角(王茜, 2013；葛跃等, 2017)、珠三角(黄俊等, 2023)和京津冀(任传斌等, 2016；钤伟妙等, 2018)地区, 对于汾渭平原地区颗粒物潜在源分析的研究较为少见.
大尺度天气环流形势是影响污染物传输扩散的关键因素, 天气形势及演变会对污染过程的持续时间和严重程度及分布造成影响(Hu et al., 2014；王静等, 2015；Wang et al., 2023).研究表明, 京津冀地区秋季雾霾天的年际变化与一种准正压大气环流异常(SCSWP)相关, 这种天气环流形势会导致京津冀地区秋季雾霾天增加(Wang et al., 2018).海平面温度异常也会影响大气环流, 在京津冀、珠三角和杭州等地均有研究发现海平面温度会对环流形势造成影响, 从而使得当地气象条件发生改变, 对雾霾发生造成直接影响(Chen et al., 2018; Wang et al., 2023; Chang et al., 2023).目前利用地面天气形势来对当地的空气质量进行预报也有所研究.戴竹君等(2016)指出, 均压型、冷锋前部型及低压倒槽型容易导致江苏重度雾霾的形成；张莹等(2018)利用PCT分型方法研究发现, 华北地区为均压场型、高压内部型和高压后部型时是重污染潜势型, 有利于局地PM2.5浓度升高.处于大气环流场不同位置的地区受到的影响存在差异, 华北平原处于高压内部及高压后部时, 污染物易聚集, 无法被吹散, 而江苏在这两种天气形势下主导风向为东风, 从海上吹来的干净湿润气团对空气起到净化作用, 因此, 重污染天气过程较少.由于不同地区导致重污染天气形成的天气形势有所差别, 因而需要针对特定区域的重污染天气潜势型开展研究.目前天气分型的方法主要有主观分型(张国琏等, 2010)和客观分型方法(Miao et al., 2016), 其中, 客观分型方法可以更为准确、客观地给出研究地区相应时段的分型结果(Huth et al., 2010).然而对于影响汾渭平原冬季主要天气型的相关研究, 目前还存在明显不足.因此, 利用客观分型方法研究汾渭平原重污染天气过程的天气形势, 对于汾渭平原准确开展重污染预报具有重要意义.
基于此,