劉端陽,張靖,吳序鵬,嚴(yán)文蓮,周彬,謝真珍

(1.江蘇省無錫市氣象局,江蘇 無錫 214101;2.江蘇省淮安市氣象局,江蘇 淮安 223001;3.江蘇省氣象臺(tái),江蘇 南京 210008)

淮安一次霧霾過程的污染物變化特征及來源分析

劉端陽1,張靖2,吳序鵬2,嚴(yán)文蓮3,周彬1,謝真珍2

(1.江蘇省無錫市氣象局,江蘇 無錫 214101;2.江蘇省淮安市氣象局,江蘇 淮安 223001;3.江蘇省氣象臺(tái),江蘇 南京 210008)

2012年6月9—11日淮安及周邊地區(qū)出現(xiàn)了一次嚴(yán)重霧霾天氣,PM2.5、NOx、CO、SO2等大氣污染物濃度急劇升高。本文綜合利用地面空氣污染監(jiān)測(cè)資料、氣象觀測(cè)資料,分析了該次霧霾過程中污染物的變化特征和影響因素,并對(duì)污染物的來源進(jìn)行了探討。結(jié)果發(fā)現(xiàn):在這次連續(xù)霧霾過程中,SO2的質(zhì)量濃度都在0.049 mg/m3以下;NOx、PM2.5、CO的質(zhì)量濃度與能見度呈反相關(guān),并在整個(gè)霧霾過程中出現(xiàn)兩個(gè)峰值,均出現(xiàn)在能見度低于1 000 m的霧過程中;在霧霾天氣過程中,中低層一直維持一個(gè)逆溫層結(jié),其中四個(gè)時(shí)次中逆溫層底在975 hPa,逆溫層頂在925 hPa附近,這種穩(wěn)定的大氣垂直結(jié)構(gòu)不利于大氣湍流、水汽的垂直交換以及污染物的垂直擴(kuò)散,為霧霾的長(zhǎng)時(shí)間維持創(chuàng)造了良好的熱力條件。整個(gè)霧霾過程中,近地層始終維持偏東風(fēng)向,能見度在風(fēng)速下降的時(shí)候隨之下降,在風(fēng)速增大的時(shí)候隨之增大。應(yīng)用軌跡模式分析表明,有利的天氣條件和大面積秸稈燃燒的結(jié)合是造成這次淮河下游連續(xù)霧霾過程發(fā)生的主要原因。

霧;霾;PM2.5;后向軌跡;秸稈燃燒

0 引言

中國(guó)氣象局(2004)地面氣象觀測(cè)規(guī)范中,霾是大量極細(xì)微的干塵粒等均勻地浮游在空中,使水平能見度小于10 km的空氣混濁現(xiàn)象,其使遠(yuǎn)處光亮物微帶黃紅色,使黑暗物微帶藍(lán)色。而霧是懸浮在近地層空氣中的水滴或冰晶使水平能見距離低于1 000 m的天氣現(xiàn)象。由于經(jīng)濟(jì)規(guī)模的迅速擴(kuò)大和城市化進(jìn)程的加快,大氣氣溶膠污染日趨嚴(yán)重,由氣溶膠造成的低能見度事件越來越多。另外,由于生物質(zhì)燃燒所造成的大氣污染事件發(fā)生頻次也日趨增加。作為全球重要的大氣微痕量成分排放源,生物質(zhì)燃燒排放及二次形成的氣溶膠顆粒物(PM10、PM2.5等)、污染氣體(CO、SO2、NOx等)對(duì)區(qū)域和局地空氣質(zhì)量、大氣化學(xué)過程乃至氣候變化產(chǎn)生重要影響(吳兌,2005;周偉燦和魏煒,2010;伍復(fù)勝和管東生,2011)。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)不同地區(qū)灰霾的特征進(jìn)行了研究(石春娥等,2008;范新強(qiáng)和孫照渤,2009;史軍等,2010;魏建蘇等,2010;楊軍等,2010;過宇飛等,2013)。張晶等(2011)對(duì)石家莊周邊秸稈焚燒導(dǎo)致云凝結(jié)核變化進(jìn)行了研究;孫霞等(2010)分析了石家莊地區(qū)霾過程中氣溶膠的物理化學(xué)特征。童堯青等(2007)對(duì)南京地區(qū)灰霾的氣候特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析;魏玉香等(2009a,2009b)、楊衛(wèi)芬等(2010)則分析了南京灰霾天氣條件下不同污染物的特征,并對(duì)污染物來源進(jìn)行了探討。對(duì)長(zhǎng)三角地區(qū)霧和霾的物理化學(xué)過程的研究相對(duì)較多(李子華等,2011)。嚴(yán)文蓮等(2010) 、陸春松等(2011)、劉霖蔚等(2012) 和Liu et al.(2012)分析了南京地區(qū)霧霾過程的邊界層特征。劉端陽等(2009)、Liu et al.(2010)、趙麗娟和牛生杰(2012)、Niu et al.(2012)則討論了霧過程中微物理結(jié)構(gòu)的特征。楊軍等(2009)、Yang et al.(2012) 、嚴(yán)文蓮等(2014)討論了不同類型霧的霧水化學(xué)和霧霾轉(zhuǎn)換過程。

淮安作為淮河下游的中心城市,近年來隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、工業(yè)化進(jìn)程的加快,空氣污染日益嚴(yán)重。另外,在夏收夏種期間,秸稈燃燒所排放的氣溶膠和污染氣體更加劇了當(dāng)?shù)氐目諝馕廴?。但目前?duì)于淮河下游地區(qū)空氣污染的研究較少,吳敬波等(2012)對(duì)2010年淮安市的5個(gè)典型城市功能區(qū)PM10和PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步分析,以此來解析二者之間的關(guān)系。而對(duì)霧霾過程中污染物的變化特征及影響因素的研究還是一個(gè)空白。因此,分析和對(duì)比淮安市不同天氣背景下污染物的變化特征對(duì)于正確認(rèn)識(shí)該地區(qū)霧霾天氣下細(xì)顆粒物污染特征,進(jìn)而有效控制顆粒物和霾的污染具有重要意義。

本文對(duì)淮安2012年6月9—11日秸稈燃燒影響下,一次連續(xù)霧霾過程的污染物變化特征進(jìn)行觀測(cè),分析在秸稈燃燒影響下霧霾過程中不同類型污染物變化特征,同時(shí)結(jié)合天氣形勢(shì)及常規(guī)氣象資料分析了影響因素,并結(jié)合后向軌跡模式分析了污染物的來源。

1 觀測(cè)與資料

常規(guī)氣象數(shù)據(jù)來源于江蘇省淮安市氣象局,主要包括能見度、氣溫、地表溫度、5 cm土壤溫度、氣壓、相對(duì)濕度、風(fēng)向和風(fēng)速以及太陽輻射曝輻量,探空資料取自江蘇省射陽高空站每天2次(08時(shí)和20時(shí);北京時(shí)間)的探空資料。霧區(qū)衛(wèi)星遙感資料來源于國(guó)家衛(wèi)星氣象中心網(wǎng)站。

大氣污染物資料來源于江蘇省淮安市環(huán)境監(jiān)測(cè)站,測(cè)站位于淮安市環(huán)保局院內(nèi)樓頂,測(cè)量SO2、NOx、 CO和PM2.5,儀器由美國(guó)API公司生產(chǎn),分別為M100E熒光SO2分析儀、M200E化學(xué)發(fā)光NOx分析儀、M300E紅外光譜法CO分析儀和BAM1020PM2.5顆粒物監(jiān)測(cè)儀,為每小時(shí)平均數(shù)據(jù)。

用于軌跡計(jì)算的氣象場(chǎng)資料為美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)的全球同化系統(tǒng)(GDAS)數(shù)據(jù)(ftp://arlftp.arlhq.noaa.gov/pub/archives/gdas1/)。軌跡計(jì)算采用美國(guó)NOAA研制的軌跡模式HYSPLIT4.8(Draxler and Hess,1997)用來分析大氣輸送情況。火點(diǎn)資料來源于國(guó)家環(huán)保部網(wǎng)站(http://www.zhb.gov.cn/)。

2 結(jié)果與討論

2.1 霧霾過程概況

2012年6月9日10時(shí)至11日04時(shí)(北京時(shí)間,如未說明,則均為北京時(shí)間,下同),淮安地區(qū)出現(xiàn)了一次連續(xù)霧霾過程,這一時(shí)段內(nèi)能見度(VIS)均低于4 000 m,且低于3 000 m的時(shí)間持續(xù)了近31 h,低于2 000 m的時(shí)間持續(xù)了近30 h,低于1 000 m的時(shí)間持續(xù)了21.5 h,其中能見度低于500 m的時(shí)間持續(xù)了15.3 h(圖1,表1),整個(gè)霧霾過程中最低能見度為130 m。在這次霧霾天氣過程中,出現(xiàn)了兩次中度霾—重度霾—霧—重度霾—中度霾相互轉(zhuǎn)換的過程,本研究根據(jù)能見度的變化將這次霧霾過程分成5個(gè)階段(圖1),其中第二、四階段為霧階段(VIS<1 000 m),第一、五階段為中度和重度霾階段(1 000 m

表12012年6月霧霾過程中能見度的分布特征及氣象要素特征

Table 1 Visibility and meteorological elements during the fog-haze process in June 2012

序號(hào)起止時(shí)間霧霾過程最低能見度/m109T10:00—20:00中度霾,重度霾1000209T21:00—10T08:00霧130310T09:00—14:00重度霾1000410T15:00—11T00:00霧156511T01:00—11T04:00中度霾,重度霾1000

圖1 2012年6月9—11日淮安能見度的變化特征Fig.1 Visibility variations in Huai’an during 9—11 June 2012

圖2 2012年6月10日09:45國(guó)家衛(wèi)星氣象中心FY-3A氣象衛(wèi)星大霧監(jiān)測(cè)示意Fig.2 The FY-3A meteorological satellite fog image at 09:45 BST 10 June 2012 from China National Satellite Meteorological Center

2.2 污染物變化特征

圖3為在淮安市環(huán)境監(jiān)測(cè)站采集到的SO2、NOx、PM2.5、CO四種大氣成份質(zhì)量濃度的逐小時(shí)變化情況,除了SO2沒有明顯的變化外,NOx、PM2.5、CO的質(zhì)量濃度與能見距離都呈反相關(guān)變化,能見度都隨著這三種污染物的下降而升高。

在這次連續(xù)霧霾過程中,SO2質(zhì)量濃度都在0.049 mg/m3以下,最低0.015 mg/m3。第一階段中質(zhì)量濃度呈下降趨勢(shì),從最大值下降到0.022 mg/m3,在之后的四個(gè)階段中均低于0.022 mg/m3。第一階段標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.009 mg/m3,其他四個(gè)階段的標(biāo)準(zhǔn)偏差都比較小,其中第三、四、五階段為0.001 mg/m3,第二階段為0.002 mg/m3。5個(gè)階段中,SO2的平均質(zhì)量濃度在第一階段最大,為0.038 mg/m3。其他4個(gè)階段均在0.020 mg/m3以下。

圖3 霧霾過程中污染物質(zhì)量濃度(單位：mg·m-3)及能見度(單位：m)的時(shí)間變化特征 a:CO、PM2.5質(zhì)量濃度;b:SO2質(zhì)量濃度;c:NO、NO2、NOx質(zhì)量濃度及能見度Fig.3 Variations of the concentrations(mg·m-3) of air pollutants and visibility(m) in Huai’an during 9—11 June 2012 a.concentrations of CO and PM2.5;b.concentration of SO2;c.concentrations of NO,NO2 and NOx and visibility

表2霧霾過程中不同階段污染物質(zhì)量濃度

Table 2 Concentration of air pollutants in different phases of the fog-haze process mg·m-3

階段SO2NONO2平均范圍標(biāo)準(zhǔn)偏差平均范圍標(biāo)準(zhǔn)偏差平均范圍標(biāo)準(zhǔn)偏差10.0380.022～0.0490.0090.0170.016～0.0190.0010.0260.022～0.0340.00420.0200.017～0.0220.0020.0350.023～0.0470.0080.0480.023～0.0700.01530.0170.015～0.0180.0010.0200.018～0.0220.0010.0220.019～0.0240.00240.0200.017～0.0210.0010.0330.020～0.0530.0130.0410.027～0.0560.01250.0160.015～0.0170.0010.0160.015～0.0170.0010.0190.018～0.0210.002階段NOxPM2.5CO平均范圍標(biāo)準(zhǔn)偏差平均范圍標(biāo)準(zhǔn)偏差平均范圍標(biāo)準(zhǔn)偏差10.0430.039～0.0530.0040.1570.086～0.4370.1021.0680.831～1.5090.18120.0830.046～0.1130.0220.8080.211～1.1560.2993.2342.065～4.0210.66330.0420.037～0.0440.0030.0980.019～0.1770.0791.1170.935～1.6140.25540.0740.047～0.1070.0240.7870.137～1.3910.4792.7421.314～4.3551.08550.0350.033～0.0380.0021.5201.163～2.0820.402

5個(gè)階段中NOx的濃度差異較大,分別在第二和第四個(gè)階段出現(xiàn)了兩個(gè)高值,即在兩次能見度較低的霧過程中NOx質(zhì)量濃度較高,在兩個(gè)霧階段中的平均值為0.083和0.074 mg/m3,最大值分別為0.113和0.107 mg/m3,最小值也都在0.046 mg/m3;其他幾個(gè)階段最大值在0.053 mg/m3,最小值在0.033 mg/m3;由于霧階段NOx起伏較大,所以標(biāo)準(zhǔn)偏差也比較大,都超過了0.022 mg/m3,另外三個(gè)階段標(biāo)準(zhǔn)偏差較小,在0.004 mg/m3以下。在5個(gè)階段里NOx中的NO2所占比例較多,NO2與NO在5個(gè)階段中的起伏基本一致。但是在第二和第四個(gè)階段霧過程中NO2和NO的差值逐漸增大,第三個(gè)階段中兩值相當(dāng)。NOx的變化除了與能見度有關(guān)外,還具有顯著的日變化特征,即在正午前后達(dá)到最低,這跟白天NOx的光化學(xué)反應(yīng)有關(guān),在太陽光照的條件下,NOx通過光合作用轉(zhuǎn)化為O3,而在夜間則呈相反的趨勢(shì)。

5個(gè)階段中顆粒物的質(zhì)量濃度起伏較大,均超過了0.075 mg/m3,PM2.5質(zhì)量濃度在兩個(gè)霧階段出現(xiàn)兩個(gè)峰值,分別達(dá)到了1.156和1.391 mg/m3,最小值分別在0.076和0.019 mg/m3,平均值分別在0.808和0.787 mg/m3;PM2.5的標(biāo)準(zhǔn)偏差都在0.08 mg/m3以上。由于第五個(gè)階段中出現(xiàn)了降雨,故顆粒物濃度值出現(xiàn)異常,因而沒有進(jìn)行分析。兩個(gè)霧階段中PM2.5質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差較大,尤其第二個(gè)霧階段中分別達(dá)到了0.257和0.479 mg/m3。另外兩次過程的標(biāo)準(zhǔn)偏差則為0.102和0.079 mg/m3。

CO的質(zhì)量濃度與NOx、PM2.5的變化基本一致,兩個(gè)霧階段出現(xiàn)了兩個(gè)峰值,質(zhì)量濃度分別為0.663和1.085 mg/m3。這兩個(gè)階段中標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為4.021和4.355 mg/m3。其他三個(gè)階段中CO質(zhì)量濃度的平均值都在1.068 mg/m3以上,最小值也達(dá)到0.083 1 mg/m3。

朱彬等(2010)在分析2008年10月28—29日一次秸稈焚燒導(dǎo)致的嚴(yán)重空氣污染過程時(shí),也分析了SO2、NO2、CO和 PM2.5質(zhì)量濃度的變化,發(fā)現(xiàn)這一污染過程中PM2.5最大瞬時(shí)濃度0.994 mg/m3,低于本研究中兩個(gè)霧階段中的1.156和1.391 mg/m3,CO質(zhì)量濃度2.57 mg/m3略高于本研究中的0.663和1.085 mg/m3。而SO2質(zhì)量濃度最大值則達(dá)0.57 mg/m3,遠(yuǎn)高于本研究中0.049 mg/m3。

從以上分析可以看出,在這次連續(xù)霧霾過程中,NOx、PM2.5和CO的質(zhì)量濃度最高,高濃度的污染物在近地層長(zhǎng)時(shí)間堆積,使得近地層能見度長(zhǎng)時(shí)間低于2 000 m達(dá)29 h,高濃度的污染物與水汽的結(jié)合也使得霧的強(qiáng)度增加,其中低于500 m的濃霧持續(xù)了20 h,雖然10日正午前后霧有所減弱,但污染物濃度仍舊維持在較高的水平。

2.3 形成原因

2.3.1 天氣形勢(shì)

從2012年6月9—11日的天氣形勢(shì)(圖略)來看,500 hPa形勢(shì)場(chǎng)上,江蘇基本為西北氣流控制;而在850 hPa形勢(shì)場(chǎng)上為西南暖平流。分析這次霧霾出現(xiàn)前后江蘇省的地面氣壓場(chǎng)(圖略),9—11日淮河下游處在地面低壓倒槽的上部,近地面為東南風(fēng)向,水汽條件較好,有利于霧的形成。

為討論這次霧霾天氣過程中大氣層結(jié)狀況,根據(jù)天氣圖選取淮河下游離淮安約100 km的射陽站高空觀測(cè)資料,分析霧霾過程中溫度的垂直結(jié)構(gòu)特征。圖4為射陽9、10日08時(shí)和20時(shí)的溫度探空曲線,可見,在霧霾天氣過程中,中低層一直維持一個(gè)逆溫層結(jié),四個(gè)時(shí)次中逆溫層底在975 hPa,逆溫層頂在925 hPa附近,這種穩(wěn)定的大氣垂直結(jié)構(gòu)不利于大氣湍流、水汽的垂直交換以及污染物的垂直擴(kuò)散,為霧霾的長(zhǎng)時(shí)間維持創(chuàng)造了良好的熱力條件。

2.3.2 地面氣象要素

在這次霧霾過程中,近地面氣象要素有顯著的變化(圖5)。近地層始終維持偏東風(fēng)向。風(fēng)速大都維持在4 m/s以下,兩個(gè)霧階段風(fēng)速基本都在2～3 m/s,能見度在風(fēng)速下降時(shí)隨之下降,在風(fēng)速增大時(shí)隨之增大。

溫度變化與能見度變化相關(guān)較為明顯:第一階段能見度在2 000 m以下時(shí),地表溫度與氣溫基本一致,近地層層結(jié)穩(wěn)定,能見度開始下降;隨著溫度的下降,在第二和第四個(gè)階段地表溫度低于氣溫時(shí),近地層形成逆溫層,能見距離下降到200 m以下。第二階段后期即10日日出后08時(shí)地表溫度逐漸高于氣溫后,逆溫層消失,能見度也逐漸好轉(zhuǎn)。第四階段,隨著地表溫度與氣溫的同時(shí)下降,能見度也隨之下降,在近地層逆溫形成后能見度下降到500 m以下。整個(gè)霧霾過程中,5 cm土壤溫度一直呈下降趨勢(shì),可見土壤表層一直向地表輸送熱量,地表輻射降溫明顯,Liu et al.(2011)研究發(fā)現(xiàn)輻射霧形成時(shí)土壤表層向地面輸送熱量及水汽,有利于霧的形成與維持。

圖4 射陽站2012年6月9(a)、10(b)日08時(shí)和20時(shí)的氣溫探空曲線Fig.4 Profiles of temperature at Sheyang station at 08:00 BST and 20:00 BST on (a)9 June and (b)10 June 2012

圖5 2012年6月9—11日淮安霧霾過程中8個(gè)氣象要素隨時(shí)間的變化特征 a.相對(duì)濕度(%)及小時(shí)降雨量(mm)；b.輻照度(W/m2);c.風(fēng)向(°)、風(fēng)速(m·s-1);d.氣溫、地表溫度、5 cm土壤溫度(℃)Fig.5 Variations of meteorological elements during the fog-haze process in Huai’an from 9 to 11 June 2012 a.relative humidity(%) and hourly precipitation(mm);b.radiant flux density(W/m2);c.wind direction(°) and wind speed(m·s-1);d.air temperature,surface temperature and 5 cm soil temperature(℃)

由于霧霾過程中污染物對(duì)太陽光的吸收和散射作用,到達(dá)地面的太陽輻照度出現(xiàn)了很大的下降,正午12時(shí)輻照度僅101 W/m2,14時(shí)達(dá)到該日最大值305 W/m2,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于9日正午前后的700 W/m2。也正是由于太陽輻射的減弱,NOx在日出后減少并不明顯,仍高于非霧霾時(shí)期的0.030 mg/m3,由于11日00時(shí)以后淮安出現(xiàn)了2 mm左右的降雨,污染物濃度出現(xiàn)急劇下降,PM2.5下降最為明顯,從10日22時(shí)的1.342 mg/m3下降到0.137 mg/m3,下降為原來的近1/10。

2.3.3 污染物來源分析

不利的空氣污染氣象條件是造成這次霧霾過程中嚴(yán)重空氣污染的主要原因,應(yīng)用后向軌跡模式可以反推污染氣團(tuán)的來源。應(yīng)用軌跡模式HYSPLIT4.8對(duì)淮安2012年6月9—11日出現(xiàn)的污染物分別進(jìn)行72 h后向軌跡模擬。后向軌跡模式主要輸入?yún)?shù):軌跡的終點(diǎn)設(shè)為淮安,設(shè)50 m、100 m、200 m和500 m四個(gè)終點(diǎn)高度來代表邊界層低層氣團(tuán)的走向,時(shí)間終點(diǎn)分別選在霧霾過程中兩次能見度較低、污染物濃度最高的時(shí)刻,即2012年6月9日22時(shí)和10日22時(shí)(世界時(shí))。2012年6月9日22時(shí)(世界時(shí))的模擬結(jié)果(圖6a):四層氣團(tuán)的來源各不相同,200 m高度氣團(tuán)72 h前來自于華北平原,經(jīng)海岸線轉(zhuǎn)折至淮河下游,且500 m高度氣團(tuán)為下沉氣流,來自于杭州灣,60 h前到達(dá)陸地后在淮河以南地區(qū)緩慢移動(dòng),而50 m和100 m氣團(tuán)則是來自于海上,這種不同層結(jié)的氣團(tuán)來自不同方向的結(jié)構(gòu)使得逆溫層結(jié)更加穩(wěn)定,由于氣團(tuán)在陸地上維持時(shí)間較長(zhǎng),污染物濃度較高。這次過程結(jié)束后出現(xiàn)降雨,污染物被清除,濃度略有下降。

圖6 污染物72 h后向軌跡模擬 a.2012年6月9日14時(shí)(世界時(shí));b.2012年6月10日14時(shí)(世界時(shí))Fig.6 Simulated 72 h backward trajectories of air pollutants at (a)1400 UTC 9 June 2012 and (b)1400 UTC 10 June 2012

6月中上旬正是我國(guó)東部地區(qū)的夏收夏種時(shí)節(jié),產(chǎn)生了大量的作物秸稈,利用環(huán)保部公布的火點(diǎn)圖(圖7)可以發(fā)現(xiàn),在6月中上旬我國(guó)東部地區(qū)出現(xiàn)了大量的秸稈燃燒的火點(diǎn),圖7給出了6月8—10日我國(guó)東部地區(qū)秸稈焚燒遙感監(jiān)測(cè)分布(來源于環(huán)保部網(wǎng)站)。從圖可以看出,山東和蘇北境內(nèi),200 m氣團(tuán)來自于這一區(qū)域,鹽城及周邊地區(qū)也有大片火點(diǎn),50和100 m高度氣團(tuán)來自于這一區(qū)域。這次霧霾過程的氣團(tuán)后向軌跡剛好都是經(jīng)過這些區(qū)域,蘇繼峰等(2012)、尹聰?shù)?2011)、朱彬等(2010)、朱佳雷等(2011)的研究都表明秸稈燃燒可以產(chǎn)生大量的污染物,如CO,NOx,顆粒物等,不利的天氣形勢(shì)、穩(wěn)定的大氣層結(jié)加上氣團(tuán)長(zhǎng)時(shí)間在陸地上維持,使得空氣中污染物濃度長(zhǎng)時(shí)間維持,因此惡劣的天氣條件和大面積秸稈燃燒的結(jié)合是造成這次淮河下游連續(xù)霧霾過程發(fā)生的主要原因。

3 結(jié)論

通過對(duì)淮安2012年6月9—11日一次連續(xù)霧霾過程的污染物變化特征進(jìn)行的分析,將整個(gè)霧霾過程按照能見度分成5個(gè)階段,得出以下結(jié)論。

圖7 2012年6月8—10日我國(guó)東部地區(qū)火點(diǎn)遙感監(jiān)測(cè)分布(數(shù)據(jù)來源于環(huán)保部網(wǎng)站)Fig.7 Fire pots in East China during 8—10 June 2012 (data came from the Ministry of Environmental Protection of China)

1)在這次連續(xù)霧霾過程中,SO2質(zhì)量濃度都在0.049 mg/m3以下,且在第一階段濃度略高,其他幾個(gè)階段濃度比較低。5個(gè)階段中除了第一個(gè)階段為0.009 mg/m3外,后4個(gè)階段的標(biāo)準(zhǔn)偏差也比較小,約為0.001 mg/m3;NOx、PM2.5、CO呈反相關(guān),污染物質(zhì)量濃度最高時(shí)能見度低。NOx在兩次霧階段中的最大值分別為0.113和0.107 mg/m3;PM2.5質(zhì)量濃度最大值達(dá)1.156和1.391 mg/m3;CO的質(zhì)量濃度最大值分別為0.663和1.085 mg/m3。NOx中NO2所占比例較多。

2)在霧霾天氣過程中,中低層一直維持一個(gè)逆溫層結(jié),其中4個(gè)時(shí)次中逆溫層底在975 hPa,逆溫層頂在925 hPa附近,這種穩(wěn)定的大氣垂直結(jié)構(gòu)不利于大氣湍流、水汽的垂直交換以及污染物的垂直擴(kuò)散,為霧霾的長(zhǎng)時(shí)間維持創(chuàng)造了良好的熱力條件。

3)地面處在低壓倒槽的上部,近地面為東南風(fēng)向,水汽條件較好,有利于霧霾的形成;近地層始終維持偏東風(fēng)向,能見度隨風(fēng)速變化而變化。能見度又隨著地表溫度與氣溫的下降而下降。霧霾過程中輻照度下降很大,正午12時(shí)輻照度僅101 W/m2。11日00時(shí)以后淮安出現(xiàn)了2 mm左右的降雨,污染物濃度出現(xiàn)急劇下降,PM2.5下降最為明顯,從10日22時(shí)的1.342 mg/m3下降到0.137 mg/m3,下降為原來的近1/10。

4)應(yīng)用軌跡模式HYSPLIT4.8對(duì)霧霾天氣進(jìn)行72 h后向軌跡模擬,結(jié)合衛(wèi)星火點(diǎn)資料,分析這次連續(xù)霧霾過程主要受我國(guó)東部地區(qū)夏收夏種期間秸稈燃燒影響較大,天氣條件和大面積秸稈燃燒的結(jié)合是造成這次淮河下游連續(xù)霧霾過程發(fā)生的主要原因。

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(責(zé)任編輯：劉菲)

Characteristicsandsourcesofatmosphericpollutantsduringafog-hazeprocessinHuai’an

LIU Duan-yang1,ZHANG Jing2,WU Xu-peng2,YAN Wen-lian3,ZHOU Bin1,XIE Zhen-zhen2

(1.Wuxi Meteorological Observatory of Jiangsu Province,Wuxi 214101,China;2.Huai’an Meteorological Observatory of Jiangsu Province,Huai’an 223001,China;3.Jiangsu Meteorological Observatory,Nanjing 210008,China)

Huai’an and surrounding area experienced a serious fog-haze event during June 9—11,2012.The concentrations of PM2.5,NOx,CO,SO2increased remarkably during this period.Based on the air pollution monitor data and the synoptic observation information,the air pollution characteristics,influence factors and the sources were analyzed.The results showed that the SO2concentration was always lower than 0.049 mg/m3,NOx,PM2.5,CO concentration was inversely related with visibility and had two peaks when the visibility was lower than 1 000 m in the whole process.During the fog-haze progress,inversion layers maintained at the low-level,whose bottom was at 975 hPa and the top near 925 hPa.The stable structure restrained the atmospheric turbulences,vertical exchanges of water vapor as well as vertical diffusion of pollutants,and thus created good thermal conditions for the maintenance of the fog-haze process.There remained easterly winds during the whole progress and the visibility changed with the wind speed synchronically.By tracking the air mass from the simulations of the HYSPLIY4.8 model,we found that this fog-haze process over the lower reaches of Huaihe River was mainly caused by the weather condition and crop residue burning.

fog;haze;PM2.5;back-trajectory;crop residue burning

2012-10-07;改回日期2012-12-08

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41340042;41275151);江蘇省自然科學(xué)基金(BK20130111);江蘇省氣象局重點(diǎn)項(xiàng)目(KZ201405);江蘇省科技支撐計(jì)劃社會(huì)發(fā)展重大研究(BE2012771);無錫市科技發(fā)展資金社會(huì)發(fā)展項(xiàng)目(CSE11N1301);江蘇省氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)(201212;201204)

劉端陽,博士,研究方向?yàn)殪F霾物理化學(xué)特征及氣候特征,liuduanyang2001@126.com.

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20121007001.

1674-7097(2014)04-0484-09

P435

A

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20121007001

劉端陽,張靖,吳序鵬，等.2014.淮安一次霧霾過程的污染物變化特征及來源分析[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),37(4):484-492.

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