鄭煒+田鵬飛+周彬等

摘 要：利用地面自動(dòng)站資料、探空資料、環(huán)境監(jiān)測站污染物資料、美國NOAA極軌衛(wèi)星資料、軌跡模式HYSPLIT4資料，對(duì)2013年12月2-8日連續(xù)性重度霾天氣進(jìn)行了綜合分析。結(jié)果表明：安徽省中南部的秸稈焚燒是污染顆粒物的主要來源，配合持續(xù)時(shí)間較長時(shí)間的穩(wěn)定天氣形勢，強(qiáng)逆溫層的存在共同導(dǎo)致了此次連續(xù)性重度霾天氣。

關(guān)鍵詞：霾 污染物 逆溫層

中圖分類號(hào)：P426.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（b）-0113-04

霾是大量細(xì)微顆粒物均勻懸浮在大氣中，其散射效應(yīng)造成的大氣混濁， 低水平能見度的一種天氣現(xiàn)象。霧與霾常相伴隨，可相互轉(zhuǎn)化，白天為霾，夜間隨著相對(duì)濕度上升，液滴增大轉(zhuǎn)為霧。隨著長三角地區(qū)化石能源的巨大消耗和機(jī)動(dòng)車數(shù)量的急速增加，使得污染物排放總量不斷增大，大量的污染物排放，導(dǎo)致了霾的出現(xiàn)和維持，其影響交通運(yùn)輸，還導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降， 誘發(fā)呼吸道疾病，其對(duì)生活環(huán)境和健康問題的影響越來越受到關(guān)注。目前人為污染物排放所占比例越來越高，與天然污染物相比，人為污染物對(duì)于人體的危害性更大。人為污染物中含大量有毒有機(jī)物成分和某些對(duì)人體有嚴(yán)重危害的重金屬成分，對(duì)人體可能造成嚴(yán)重的危害[1-3]。

2013，霾幾乎席卷大半個(gè)中國，許多城市重度“淪陷”，平均霾日創(chuàng)記錄；多地橙色、紅色預(yù)警不斷，PM2.5增至700、1000，爆表的“霾”紀(jì)錄，令人震驚。泰州地處長三角，是霾發(fā)生的“重災(zāi)區(qū)”之一。近年來， 隨著國民經(jīng)濟(jì)和城市化進(jìn)程的快速發(fā)展， 工業(yè)耗煤量、廢氣排放量、建筑工地?fù)P塵量和機(jī)動(dòng)車擁有量等不斷增加，霾天氣急劇增多，已成為城市主要災(zāi)害之一。2000以來泰州霾天氣各不相同，總體呈增加趨勢，2006年后增加更加顯著，進(jìn)入2013年泰州市霾天氣月平均達(dá)到了17 d，僅有7、8、9三月灰霾天氣都不超過10 d。12月，霾天氣更是大面積爆發(fā)，2～8日出現(xiàn)了持續(xù)一周的嚴(yán)重污染霧霾天氣，對(duì)人民群眾的生活造成了極大的影響。

國內(nèi)關(guān)于霧的研究很多，近年來隨著霾天氣的爆發(fā)性增多，社會(huì)關(guān)注度增大，許多關(guān)于霾的研究也逐漸開展起來。廣東吳兌對(duì)霧和霾都做過深入的觀測研究，他提出了霧霾可以相互轉(zhuǎn)化，霧與霾的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)，深入研究了霾的觀測標(biāo)準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)霾主要與人類活動(dòng)排放的污染物密切相關(guān)[4]；胡亞旦等發(fā)現(xiàn)中國的霾天氣主要分布在中東部和南部，西部和東北部地區(qū)相對(duì)較少，大中城市的霾較鄉(xiāng)村明顯偏多，"濁島"現(xiàn)象明顯[5]。俞劍蔚等研究一次重度污染天氣過程時(shí)發(fā)現(xiàn)外部平流來的大氣氣溶膠對(duì)霾的形成起到了主要作用。大氣氣溶膠的輸送通道主要在200～500m之間的大氣高度層，水平風(fēng)的輻合對(duì)霾的增強(qiáng)作用非常明顯，輻合中心和嚴(yán)重霾區(qū)中心有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系[6-8]。

該文試圖通過探討一次連續(xù)性重度霾天氣發(fā)生、發(fā)展和消亡的的物理成因，并對(duì)諸多氣象條件開展分析， 明確了各種氣象條件對(duì)此次過程的作用和關(guān)系， 初步探明了過程的成因及其特征，希冀可為霾的預(yù)報(bào)提供一些參考依據(jù)。

1 資料來源

氣象資料來自于2013年泰州國家氣象基本站的逐小時(shí)地面觀測資料、南京站探空資料、AQI及PM2.5資料來自于泰州市環(huán)保部門。利用美國NOAA軌跡模式HYSPLIT4分析此次霾天氣污染物的輸送，HYSPLIT4是一種歐拉和拉格朗日混合型的計(jì)算模式，包含多種物理過程，可以針對(duì)不同類型排放源，進(jìn)行較完整的輸送擴(kuò)散和沉降過程模擬，并能夠處理多種氣象輸入場，被廣泛應(yīng)用于大氣污染物輸送研究，同時(shí)利用NOAA-18極軌衛(wèi)星的火點(diǎn)監(jiān)測資料來判斷污染物的來源。

2 過程概況

2013年12月2～8日我省了出現(xiàn)的一次大范圍持續(xù)性霾天氣，12月2日10時(shí)，中央氣象臺(tái)發(fā)布了霾黃色預(yù)警。江蘇、安徽東部、上海、浙江東北部、河北中南部、天津、山東西北部等地空氣污染氣象條件達(dá)4～5級(jí)，局地可達(dá)6級(jí)，大部地區(qū)為中度霾。其中，江蘇中南部、上海、河北中南部等地的部分地區(qū)出現(xiàn)重度霾。我省鹽城、淮安、泰州和南通4座城市空氣質(zhì)量達(dá)到嚴(yán)重污染級(jí)別，上海、連云港、常州等12個(gè)城市空氣質(zhì)量持續(xù)達(dá)到重度污染級(jí)別。石家莊、臨沂和邢臺(tái)等7個(gè)城市空氣質(zhì)量達(dá)到嚴(yán)重污染級(jí)別。連東北地區(qū)的哈爾濱，空氣質(zhì)量也達(dá)到了達(dá)到重度污染級(jí)別。

泰州從2～8日空氣質(zhì)量持續(xù)了一周的重度到嚴(yán)重污染，AQI（空氣質(zhì)量指數(shù)）普遍超過200的重度污染值，2～6日均為嚴(yán)重污染，其中12月5日AQI達(dá)到了416的頂峰，PM2.5濃度更是“爆表”，超過了500 ug/m3。 此次連續(xù)重度霾事件首要污染物為細(xì)顆粒物PM2.5，由圖1也可發(fā)現(xiàn)PM2.5的濃度值與AQI的值有很好的對(duì)應(yīng)，可見高濃度的細(xì)顆粒氣溶膠粒子為霾的形成也提供了有利條件。6日有弱冷空氣擴(kuò)散影響，7日污染稍有下降，但仍保持著中度污染的程度，8日再度回到重度污染，隨著8日后期較強(qiáng)冷空氣的南下，霾才逐漸消散。

3 氣象條件特征分析

3.1 環(huán)流背景

13年12月2～8日期間我國上空中緯度高層環(huán)流形勢比較平穩(wěn)，以緯向氣流為主，多受西北或偏西氣流影響，冷空氣勢力相對(duì)較弱。高層形勢穩(wěn)定，期間無降水過程，有助于污染持續(xù)。海平面氣壓場上我省基本處在氣壓梯度小，水平風(fēng)速弱的均壓場控制當(dāng)中，寬廣的弱氣壓場為霾天氣的發(fā)生提供了比較穩(wěn)定的大氣環(huán)流條件，非常不利于中低層污染物的輸送擴(kuò)散。由此可見大尺度上穩(wěn)定少變的天氣形勢此次大范圍持續(xù)重度霾天氣的重要背景。

3.2 大氣層結(jié)

大量研究結(jié)果表明，近地層出現(xiàn)逆溫，會(huì)導(dǎo)致污染物無法向上輸送，只得在下部聚集，造成空氣質(zhì)量惡化和能見度下降，有利于霾的形成維持[9]。此次過程由地面至高層均為一致的下沉氣流，有利于大氣的穩(wěn)定，易于形成逆溫層，導(dǎo)致污染物不斷聚集，圖2分別為12月2日08時(shí)與5日08時(shí)南京站的溫度探空曲線。2日08時(shí)近地層存在強(qiáng)逆溫層，逆溫強(qiáng)度達(dá)到3.5 ℃/100m，但是其逆溫層相對(duì)淺薄，只有800 m，逆溫層頂位于950 hPa附近。而5日08時(shí)逆溫強(qiáng)度為1.5 ℃/100m，其逆溫層較厚，達(dá)到1.5公里，存在多層逆溫，最大逆溫層頂位于在850 hPa附近?？梢娔鏈貜?qiáng)度雖然越強(qiáng)，大氣越穩(wěn)定，但是逆溫層厚度也是不可忽視的影響因子，厚度越厚，垂直結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，減弱了大氣湍流交換和熱力對(duì)流，阻礙了污染物質(zhì)向上擴(kuò)散稀釋，導(dǎo)致在低空污染物不斷積累，造成污染濃度的持續(xù)升高，有利于霾的維持。endprint

3.3 能見度

由于霧和霾形成的天氣形勢較一致，所以霾在早晚的時(shí)候往往會(huì)轉(zhuǎn)化為霧，在滿足能見度的情況下，主要以相對(duì)濕度來區(qū)分霧和霾[10]。2～8日，全市能見度基本在5公里以下，能見度小于1 km時(shí)，相對(duì)濕度大于90%為霧，80%到90%之間為霧霾混合物，但是以霾為主，小于80%為霾。由圖中可見相對(duì)濕度在前夜間到清晨時(shí)間段基本大于90%，這段時(shí)間主要為霧，其中4日、5日早晨出現(xiàn)了濃霧，能見度不足50 m。其他時(shí)間段基本是霾或霧霾混合體。由相對(duì)濕度與能見度的比對(duì)來看，大的相對(duì)濕度基本對(duì)應(yīng)低的能見度。白天濕度降低，但能見度仍維持在4Km以下。霾天氣出現(xiàn)期間相對(duì)濕度呈下降趨勢，與能見度變化趨勢相反，且呈反位相。霾和霧在觀測中容易混淆，而且二者在一定條件下能相互轉(zhuǎn)化。

3.4 風(fēng)力條件

從海平面氣壓和2 m風(fēng)速的變化曲線圖可見，海平面氣壓均在1004～1012 hPa范圍變化，為典型的弱高壓。4～5日污染最嚴(yán)重時(shí)氣壓要明顯高于其他幾日，可能氣壓略增強(qiáng)，更有利于形成逆溫。高壓氣壓梯度小，決定了水平風(fēng)速也較小，靜風(fēng)的情況占了1/3，其余大部分在2m/s以下，風(fēng)速與污染物在空氣中的濃度成反比，可見這種弱高壓是非常不利于污染物的輸送擴(kuò)散的。此次過程還發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)頻率最高的是西北風(fēng)，其次是東南風(fēng)，東北風(fēng)和西南風(fēng)出現(xiàn)較少。

3.5 后向軌跡

從美國極軌衛(wèi)星NOAA-18在12月2到3日的火點(diǎn)監(jiān)測資料中發(fā)現(xiàn)：污染源生成附近在安徽南部有大量密集的火點(diǎn)，經(jīng)調(diào)查為安徽農(nóng)民的秸稈焚燒。通過軌跡分析了2～5日高層500及300 m、低層100 m的氣團(tuán)后向軌跡，發(fā)現(xiàn)造成污染的氣團(tuán)主要來自我市西南面，也就是安徽的中南部，與火點(diǎn)位置有著高度一致?？梢姶舜挝廴驹粗饕獊碜园不漳喜康貐^(qū)，以及氣團(tuán)途經(jīng)地，也就是安徽中部，進(jìn)入我省之后結(jié)合穩(wěn)定的氣象條件，共同導(dǎo)致了此次連續(xù)性重度霾的天氣。

4 結(jié)語

（1）高層緯向環(huán)流，地面弱高壓控制，穩(wěn)定少變的天氣形勢此次大范圍持續(xù)重度霾天氣的重要背景。

（2）高濃度的氣溶膠粒子為霾的形成也提供了有利條件。

（3）逆溫強(qiáng)度雖然越強(qiáng)，大氣越穩(wěn)定，逆溫層厚度也是不可忽視的影響因子，厚度越厚，垂直結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，越有利于霾的維持。

（4）霾天氣出現(xiàn)期間相對(duì)濕度呈下降趨勢，與能見度變化趨勢相反，且呈反位相。

（5）此次污染來源還是安徽省中南部的秸稈焚燒，再加上穩(wěn)定的氣象條件，共同導(dǎo)致了此次連續(xù)性重度霾的天氣。

參考文獻(xiàn)

[1] 《大氣科學(xué)辭典》編委會(huì).大氣科學(xué)辭典[M].北京：氣象出版社，1994：408.

[2] 吳兌.霾與霧的識(shí)別和資料分析處理[J].環(huán)境化學(xué)，2008，27（3）：328-330.

[3] 孫霞，銀燕，孫玉穩(wěn)，等.石家莊地區(qū)春季晴、霾天氣溶膠觀測研究[J].中國環(huán)境科學(xué)，2011，31（5）：705-713.

[4] 吳兌，吳曉京，朱小祥.霧和霾[M].北京：氣象出版社，2009.

[5] 胡亞楠，周自江.中國霾天氣的氣候特征分析[J].氣象，2009，35（7）：74-78.

[6] 俞劍蔚，孫燕，張備，等.江蘇沿江一次重霾天氣成因分析[J].氣象科學(xué)，2009，29（5）：664-669.

[7] 王艷，柴發(fā)合，劉厚鳳，等.長江三角洲地區(qū)大氣污染物水平輸送場特征分析[J].環(huán)境科學(xué)研究，2008，21（1）：22-29.

[8] 吳兌，廖國蓮，鄧雪嬌，等.珠江三角洲霾天氣的近地層輸送條件研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2008，19（1）：1-9.

[9] 朱佳雷，王體健，邢莉，等.江蘇省一次重霾污染天氣的特征和機(jī)理分析[J].中國環(huán)境科學(xué)，2011，31（12）：1943-1950.

[10] 吳兌.霧與霾的區(qū)分及灰霾天氣預(yù)警建議[J].廣東氣象，2004（4）.endprint

3.3 能見度

由于霧和霾形成的天氣形勢較一致，所以霾在早晚的時(shí)候往往會(huì)轉(zhuǎn)化為霧，在滿足能見度的情況下，主要以相對(duì)濕度來區(qū)分霧和霾[10]。2～8日，全市能見度基本在5公里以下，能見度小于1 km時(shí)，相對(duì)濕度大于90%為霧，80%到90%之間為霧霾混合物，但是以霾為主，小于80%為霾。由圖中可見相對(duì)濕度在前夜間到清晨時(shí)間段基本大于90%，這段時(shí)間主要為霧，其中4日、5日早晨出現(xiàn)了濃霧，能見度不足50 m。其他時(shí)間段基本是霾或霧霾混合體。由相對(duì)濕度與能見度的比對(duì)來看，大的相對(duì)濕度基本對(duì)應(yīng)低的能見度。白天濕度降低，但能見度仍維持在4Km以下。霾天氣出現(xiàn)期間相對(duì)濕度呈下降趨勢，與能見度變化趨勢相反，且呈反位相。霾和霧在觀測中容易混淆，而且二者在一定條件下能相互轉(zhuǎn)化。

3.4 風(fēng)力條件

從海平面氣壓和2 m風(fēng)速的變化曲線圖可見，海平面氣壓均在1004～1012 hPa范圍變化，為典型的弱高壓。4～5日污染最嚴(yán)重時(shí)氣壓要明顯高于其他幾日，可能氣壓略增強(qiáng)，更有利于形成逆溫。高壓氣壓梯度小，決定了水平風(fēng)速也較小，靜風(fēng)的情況占了1/3，其余大部分在2m/s以下，風(fēng)速與污染物在空氣中的濃度成反比，可見這種弱高壓是非常不利于污染物的輸送擴(kuò)散的。此次過程還發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)頻率最高的是西北風(fēng)，其次是東南風(fēng)，東北風(fēng)和西南風(fēng)出現(xiàn)較少。

3.5 后向軌跡

從美國極軌衛(wèi)星NOAA-18在12月2到3日的火點(diǎn)監(jiān)測資料中發(fā)現(xiàn)：污染源生成附近在安徽南部有大量密集的火點(diǎn)，經(jīng)調(diào)查為安徽農(nóng)民的秸稈焚燒。通過軌跡分析了2～5日高層500及300 m、低層100 m的氣團(tuán)后向軌跡，發(fā)現(xiàn)造成污染的氣團(tuán)主要來自我市西南面，也就是安徽的中南部，與火點(diǎn)位置有著高度一致?？梢姶舜挝廴驹粗饕獊碜园不漳喜康貐^(qū)，以及氣團(tuán)途經(jīng)地，也就是安徽中部，進(jìn)入我省之后結(jié)合穩(wěn)定的氣象條件，共同導(dǎo)致了此次連續(xù)性重度霾的天氣。

4 結(jié)語

（1）高層緯向環(huán)流，地面弱高壓控制，穩(wěn)定少變的天氣形勢此次大范圍持續(xù)重度霾天氣的重要背景。

（2）高濃度的氣溶膠粒子為霾的形成也提供了有利條件。

（3）逆溫強(qiáng)度雖然越強(qiáng)，大氣越穩(wěn)定，逆溫層厚度也是不可忽視的影響因子，厚度越厚，垂直結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，越有利于霾的維持。

（4）霾天氣出現(xiàn)期間相對(duì)濕度呈下降趨勢，與能見度變化趨勢相反，且呈反位相。

（5）此次污染來源還是安徽省中南部的秸稈焚燒，再加上穩(wěn)定的氣象條件，共同導(dǎo)致了此次連續(xù)性重度霾的天氣。

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[10] 吳兌.霧與霾的區(qū)分及灰霾天氣預(yù)警建議[J].廣東氣象，2004（4）.endprint

3.3 能見度

由于霧和霾形成的天氣形勢較一致，所以霾在早晚的時(shí)候往往會(huì)轉(zhuǎn)化為霧，在滿足能見度的情況下，主要以相對(duì)濕度來區(qū)分霧和霾[10]。2～8日，全市能見度基本在5公里以下，能見度小于1 km時(shí)，相對(duì)濕度大于90%為霧，80%到90%之間為霧霾混合物，但是以霾為主，小于80%為霾。由圖中可見相對(duì)濕度在前夜間到清晨時(shí)間段基本大于90%，這段時(shí)間主要為霧，其中4日、5日早晨出現(xiàn)了濃霧，能見度不足50 m。其他時(shí)間段基本是霾或霧霾混合體。由相對(duì)濕度與能見度的比對(duì)來看，大的相對(duì)濕度基本對(duì)應(yīng)低的能見度。白天濕度降低，但能見度仍維持在4Km以下。霾天氣出現(xiàn)期間相對(duì)濕度呈下降趨勢，與能見度變化趨勢相反，且呈反位相。霾和霧在觀測中容易混淆，而且二者在一定條件下能相互轉(zhuǎn)化。

3.4 風(fēng)力條件

從海平面氣壓和2 m風(fēng)速的變化曲線圖可見，海平面氣壓均在1004～1012 hPa范圍變化，為典型的弱高壓。4～5日污染最嚴(yán)重時(shí)氣壓要明顯高于其他幾日，可能氣壓略增強(qiáng)，更有利于形成逆溫。高壓氣壓梯度小，決定了水平風(fēng)速也較小，靜風(fēng)的情況占了1/3，其余大部分在2m/s以下，風(fēng)速與污染物在空氣中的濃度成反比，可見這種弱高壓是非常不利于污染物的輸送擴(kuò)散的。此次過程還發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)頻率最高的是西北風(fēng)，其次是東南風(fēng)，東北風(fēng)和西南風(fēng)出現(xiàn)較少。

3.5 后向軌跡

從美國極軌衛(wèi)星NOAA-18在12月2到3日的火點(diǎn)監(jiān)測資料中發(fā)現(xiàn)：污染源生成附近在安徽南部有大量密集的火點(diǎn)，經(jīng)調(diào)查為安徽農(nóng)民的秸稈焚燒。通過軌跡分析了2～5日高層500及300 m、低層100 m的氣團(tuán)后向軌跡，發(fā)現(xiàn)造成污染的氣團(tuán)主要來自我市西南面，也就是安徽的中南部，與火點(diǎn)位置有著高度一致?？梢姶舜挝廴驹粗饕獊碜园不漳喜康貐^(qū)，以及氣團(tuán)途經(jīng)地，也就是安徽中部，進(jìn)入我省之后結(jié)合穩(wěn)定的氣象條件，共同導(dǎo)致了此次連續(xù)性重度霾的天氣。

4 結(jié)語

（1）高層緯向環(huán)流，地面弱高壓控制，穩(wěn)定少變的天氣形勢此次大范圍持續(xù)重度霾天氣的重要背景。

（2）高濃度的氣溶膠粒子為霾的形成也提供了有利條件。

（3）逆溫強(qiáng)度雖然越強(qiáng)，大氣越穩(wěn)定，逆溫層厚度也是不可忽視的影響因子，厚度越厚，垂直結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，越有利于霾的維持。

（4）霾天氣出現(xiàn)期間相對(duì)濕度呈下降趨勢，與能見度變化趨勢相反，且呈反位相。

（5）此次污染來源還是安徽省中南部的秸稈焚燒，再加上穩(wěn)定的氣象條件，共同導(dǎo)致了此次連續(xù)性重度霾的天氣。

參考文獻(xiàn)

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[10] 吳兌.霧與霾的區(qū)分及灰霾天氣預(yù)警建議[J].廣東氣象，2004（4）.endprint