祁 妙，朱 彬*，潘 晨，蘇繼鋒（.南京信息工程大學(xué)，氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京0044；. 94857部隊(duì)6分隊(duì)，安徽 蕪湖 4007）

長江三角洲冬季一次低能見度過程的地區(qū)差異和氣象條件

祁 妙1，朱 彬1*，潘 晨1，蘇繼鋒2（1.南京信息工程大學(xué)，氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京210044；2. 94857部隊(duì)61分隊(duì)，安徽 蕪湖 241007）

采用NCEP再分析資料、MICAPS地面、高空氣象資料以及國家環(huán)保部空氣質(zhì)量監(jiān)測資料，對(duì)2014年2月20～22日長江三角洲地區(qū)一次低能見度過程地區(qū)差異和氣象條件進(jìn)行了分析.天氣形勢分析表明，長三角地面處在高壓的控制下，地面風(fēng)速較小，使污染物積累，有利于低能見度（霧-霾）的形成和維持.根據(jù)不同區(qū)域的霧、霾分布和日變化特征，將長江三角洲地區(qū)分為3個(gè)子區(qū)域：I區(qū)為江蘇大部（霧霾混合型），II區(qū)為上海及其周邊（霾類型），III區(qū)為浙江大部（霧類型），該區(qū)域白天能見度較高，夜間能見度較低的特征是由濕度因子造成的.影響I區(qū)能見度變化的主要原因是：熱力原因：大氣對(duì)流層低層的層結(jié)穩(wěn)定；濕度原因?yàn)椋嚎諝廨^濕潤，氣溶膠粒子吸濕性增長；動(dòng)力原因主要是垂直方向和水平方向的大氣擴(kuò)散能力弱；污染因子對(duì)能見度變化的影響較小.影響II區(qū)能見度變化的主要原因是PM2.5濃度高導(dǎo)致的污染，熱力因子、濕度因子和動(dòng)力因子對(duì)能見度的變化影響很小.影響III區(qū)能見度變化的熱力原因是：大氣對(duì)流層低層層結(jié)穩(wěn)定、近地面存在逆溫；濕度原因是因?yàn)椋嚎諝廨^濕潤，氣溶膠粒子吸濕性增長；動(dòng)力原因是因?yàn)檫吔鐚痈叨容^低導(dǎo)致的垂直擴(kuò)散能力較差.各個(gè)區(qū)域的氣象因子解釋方差的計(jì)算結(jié)果表明：I區(qū)濕度因子和動(dòng)力因子對(duì)能見度的影響更大，III區(qū).濕度因子對(duì)能見度的影響更大.

長江三角洲；低能見度；霧-霾；地區(qū)差異；氣象條件

研究表明［1-2］，在污染源排放相對(duì)穩(wěn)定的條件下，氣象條件對(duì)空氣質(zhì)量狀況起主導(dǎo)作用.研究空氣質(zhì)量與氣象要素的關(guān)系，探討各氣象要素變化對(duì)空氣質(zhì)量的潛在影響，對(duì)我國大氣污染控制政策的制定具有一定的指導(dǎo)意義［3］.

能見度與PM2.5（尤其是PM1）有非常好的相關(guān)關(guān)系，因而目前用能見度來描述灰霾天氣是最好的指標(biāo)［4］.研究表明，較低的風(fēng)速、較高的相對(duì)濕度、大氣層結(jié)穩(wěn)定、逆溫等不利于污染物擴(kuò)散的氣象條件對(duì)能見度的影響很大［5-7］.弱氣壓場控制和較低的混合層厚度會(huì)加劇灰霾污染的持續(xù)性從而使低能見度現(xiàn)象持續(xù)［8-10］.對(duì)一個(gè)地區(qū)而言，在污染源變化相對(duì)穩(wěn)定的情況下，污染物濃度的高低主要取決于大氣的擴(kuò)散能力，特別與地面天氣形勢密切相關(guān)［11］.研究表明，霧霾天氣區(qū)域內(nèi)的表面風(fēng)速及其上空對(duì)流層中低層的水平風(fēng)垂直切變對(duì)霧霾天氣過程具有動(dòng)力影響；對(duì)流層中低層的層結(jié)不穩(wěn)定性以及近地面層的逆溫狀況和溫度露點(diǎn)差對(duì)霧霾天氣的演變可以產(chǎn)生熱力影響［12］.以邊界層風(fēng)速和混合層厚度的乘積計(jì)算通風(fēng)率可以用來定義和評(píng)估一個(gè)區(qū)域上空大氣的分散狀態(tài)［13］.長三角地區(qū)從動(dòng)力和熱力因子方面分析低能見度成因、特別是利用通風(fēng)率探討低能見度出現(xiàn)的研究還不多見.

本文針對(duì)2014年2月20～22日長三角地區(qū)發(fā)生的一次低能見度過程（氣象觀測同時(shí)記錄到霾和霧兩種天氣現(xiàn)象），將長三角地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)和空氣質(zhì)量資料結(jié)合，首先確定長三角各個(gè)子區(qū)域能見度下降是由霾、霧-霾混合或霾引發(fā)的，進(jìn)而分析天氣形勢、大氣動(dòng)力和熱力條件及氣象因子對(duì)此次長三角地區(qū)空氣質(zhì)量和能見度的影響，旨在從氣象條件角度揭示此次低能見度過程出現(xiàn)的原因.

1 資料與方法

1.1 資料

本文采用的資料主要有3種：（1）MICAPS氣象資料的高空和地面數(shù)據(jù)集.（2）國家空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測站提供的數(shù)據(jù)，本文主要采用該資料提供的AQI和PM2.5濃度的數(shù)據(jù).（3）NCEP/NCAR 6h一次的逐日再分析資料，水平分辨率1°×1°.

1.2 方法

污染區(qū)域各分區(qū)的劃分： 提取經(jīng)緯度在（25°N～28°N，114°E～125°E）范圍之內(nèi)的MICAPS地面氣象資料中的能見度、相對(duì)濕度數(shù)據(jù)（102個(gè)站點(diǎn)）以及空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)集中的AQI和PM2.5數(shù)據(jù)（352個(gè)站點(diǎn)），在上述范圍內(nèi)將它們分別插值為水平分辨率1°×1°的格點(diǎn)數(shù)據(jù)后，再取區(qū)域平均之后的樣本，再根據(jù)中國氣象局霧霾天氣標(biāo)準(zhǔn)劃分各區(qū)域（圖1）.

氣象動(dòng)力因子和熱力因子根據(jù)張人禾等［12］的研究方法計(jì)算得出.通風(fēng)率的計(jì)算采用NCEP資料中垂直坐標(biāo)為幾何高度的水平風(fēng)場數(shù)據(jù)（3層：457，914，1524m），并結(jié)合NCEP的邊界層高度數(shù)據(jù)得出長三角地區(qū)邊界層內(nèi)的通風(fēng)率a［式（1）］.

式中：h為邊界層高度，ui和vi分別為第i層的緯向和經(jīng)向風(fēng)速.

采用相關(guān)分析以及多元線性回歸分析的統(tǒng)計(jì)方法.多元線性回歸是研究多個(gè)變量間因果關(guān)系的常用方法之一.

2 結(jié)果與討論

2.1 霧-霾過程分區(qū)及天氣形勢分析

2.1．1 污染范圍的分區(qū) 由于此次污染區(qū)域較大，且各區(qū)域的污染特點(diǎn)不同，因此本文依據(jù)中國氣象局發(fā)布的《霾的觀測和預(yù)報(bào)等級(jí)》［14］（QX/T101-2009）中規(guī)定的霾觀測的辨識(shí)條件判定如下：能見度小于10km，排除降水、沙塵暴、揚(yáng)沙、浮塵、吹雪、雪暴等天氣現(xiàn)象造成的視程障礙.相對(duì)濕度小于80%時(shí)，判識(shí)為霾.相對(duì)濕度80%～95%時(shí)，按照地面氣象觀測規(guī)范［15］規(guī)定的描述或大氣成分指標(biāo)進(jìn)一步判識(shí).本文依照大氣成分中的PM2.5的指標(biāo)進(jìn)行判定.當(dāng)PM2.5濃度大于75μg/m3時(shí)，判定為霾；當(dāng)PM2.5濃度小于等于75μg/m3時(shí)，判定為非霾.相對(duì)濕度＞95%時(shí)，判定為霧.張建忠［16］指出，通常將霧和霾同時(shí)存在且區(qū)域性能見度低于10km的空氣普遍渾濁現(xiàn)象稱為“霧霾”天氣.本文將“霧和霾同時(shí)存在”定義為“霧霾混合”.

圖1 長三角地區(qū)2014年2月20日及21日能見度（色塊km）、相對(duì)濕度（綠實(shí)線）和PM2.5（黃虛線，μg/m3）的空間分布以及I、II、III區(qū)的分區(qū)情況（紅框）Fig.1 The distribution of visibility（colors/km）， relative humidity（solid line）， PM2.5（dotted line/μg/m3） and the partition of region I， region II and region III in YRD region on February 20 and 21， 2014

由于20日的能見度、相對(duì)濕度、和PM2.5濃度的逐6h變化具有代表性，21、22日與20日類似，故以20日08：00到21日08：00的日變化為例，根據(jù)污染區(qū)域能見度、相對(duì)濕度和PM2.5濃度的逐6h變化，將污染區(qū)域分為3個(gè)子區(qū)域（圖1）：

（1） I區(qū)（31°N ～35°N，118°E ～120°E）：江蘇大部，為霧霾混合型. I區(qū)除20日08：00、21日02：00、21日08：00外，其余時(shí)間段，均符合RH＜80%且能見度＜10km的判定條件，判定為霾；20日08：00I區(qū)北部80%≤RH≤95%，能見度＜10km且PM2.5濃度大于75μg/m3，判定為霾；I區(qū)南部PM2.5濃度大于75μg/m3，判定為霾； 21日02：00和21日08：00部分區(qū)域符合RH＞95%且能見度＜10km的條件，判定為霧.因此，此次低能見度期間I區(qū)判定為霧霾混合型，但是霾為污染期間主要因素.

（2） II區(qū)（30°N～32°N，120°E～122°E）：上海及周邊區(qū)域. 20日08：00，II區(qū)能見度＜10km，相對(duì)濕度在80%～95%之間，PM2.5＞75μg/m3，判定霾.20日14：00，II區(qū)能見度小于10km，相對(duì)濕度＜80%，判定為霾.20日20：00，能見度＜10km，相對(duì)濕度＜80%，判定為霾. 21日02：00能見度＞10km，判定為非霾.21日08：00大部分區(qū)域能見度＜10km，相對(duì)濕度在80%～95%之間，PM2.5＞75μg/m3，判定為霾；只有西南角因?yàn)橛谐^95%的濕度，判定為霧.II區(qū)在該時(shí)段內(nèi)以霾為主，判定為霾類型.

圖2 2014年2月20日、21日、22日500hPa和地面的環(huán)流形勢Fig.2 500hPa and surface pressure field on February 20，21，22 a為20日，500hPa； b為20日，地面；c為21日，500hPa；d為21日，地面；e為22日， 500hPa

（3） III區(qū)（28°N～30°N，118°E～122°E）：浙江大部. 20日08：00，III區(qū)能見度＜10km，相對(duì)濕度基本在80%～95%之間，PM2.5＜75μg/m3，判定為霧. 20日14：00，III區(qū)能見度基本＞10km，判定為非霾. 20日20：00，III區(qū)能見度＜10km，相對(duì)濕度在60%～80%之間，判定為霾.21日02：00，III區(qū)能見度＜10km，相對(duì)濕度在90%～95%之間，PM2.5＜75μg/m3，判定為非霾.21日08：00，III區(qū)能見度＜10km，相對(duì)濕度＞95%，判定為霧.III區(qū)晝間能見度較好，夜間和早晨水汽較充足，多形成霧，判定為霧類型.

2.1．2 天氣形勢分析 20日長江三角洲地區(qū)500hPa（圖2a）、700hPa（圖略）為槽后西北氣流控制，850hPa（圖略）為高空環(huán)流，地面圖（圖2b）顯示一個(gè)較大的高壓控制了北至北京、南至浙江北部地區(qū).850hPa及地面的高壓控制導(dǎo)致長江三角洲地區(qū)中低層垂直方向?yàn)橄鲁翚饬?，地面風(fēng)速較小，有利于PM2.5等污染物的堆積.PM2.5濃度高值區(qū)（＞100μg/m3）主要集中在I區(qū)（蘇中、蘇北）和II區(qū)（上海地區(qū)）.III區(qū)（浙江地區(qū)）因地理位置偏南，冷空氣剛過，空氣相對(duì)清潔，污染物積累濃度還未達(dá)到污染程度，PM2.5濃度值均在75μg/m3以下，且能見度較好.同時(shí)，地面的弱高壓形勢易形成輻射霧，在I區(qū)的東部和III區(qū)的北部部分站點(diǎn)早晨生成了小于1km的大霧.

21日長江三角洲地區(qū)500hPa（圖2c）為槽后西北氣流控制、700hPa為弱脊，850hPa為2個(gè)高空環(huán)流控制，一個(gè)位于蘇北-山東半島，一個(gè)位于蘇南-浙江東部.地面（圖2d）高壓范圍逐步縮小，并開始東移入海.因此，21日天氣形勢跟20日相當(dāng)，污染狀態(tài)維持，大于100μg/m3濃度的區(qū)域仍然主要集中在I區(qū)的中部、北部及II區(qū)大部分地區(qū).同樣，利于輻射霧生成的弱高壓地面形勢使得I區(qū)的東部地區(qū)形成了小于1km的大霧.III區(qū)由于上次的冷空氣清除作用影響逐漸較小，顆粒物濃度在利于污染物積累的弱高壓的天氣形勢下開始升高，但是范圍較小，只有III區(qū)北部小部分地區(qū)PM2.5出現(xiàn)了大于100μg/m3濃度的區(qū)域.

22日，長江三角洲地區(qū)500hPa（圖2e）和700hPa形勢跟21日類似，500hPa為槽后西北氣流控制、700hPa為弱脊，850hPa為高空環(huán)流，地面（圖2f）高壓東移入海，不再處于高壓控制，而是處于高壓后部，整個(gè)地區(qū)開始盛行東南風(fēng)，且風(fēng)速較大，沿海地區(qū)尤其明顯.從22日08：00和14：：00的PM2.5濃度分布（圖略）可以清楚地看到，I區(qū)和II區(qū)的污染物從14：00開始整體向西北方向推移，I區(qū)能見度開始明顯好轉(zhuǎn)，基本都在10km以上.同時(shí)，III區(qū)北部的剛形成的大于100μg/m3濃度區(qū)域的污染物也開始向西北推移，至22日14時(shí)，III區(qū)污染物濃度均在100μg/m3以下.這種天氣形勢一直持續(xù)到23日污染（低能見度）過程結(jié)束.

由以上天氣形勢分析可以看出，I區(qū)由于弱高壓的控制，PM2.5等污染物易堆積，且出現(xiàn)了輻射霧，因此定義為霧霾混合型；II區(qū)未出現(xiàn)輻射霧，低能見度過程主要受污染影響；III區(qū)因地理位置較I區(qū)和II區(qū)偏南，受上次冷空氣清除作用影響，PM2.5等污染物濃度在20和21日上升較慢，22日在入海高壓后部產(chǎn)生東南風(fēng)的稀釋作用下，濃度一直未有明顯升高，因此定義為霧類型.這與上一節(jié)中由能見度、相對(duì)濕度和PM2.5濃度定義的污染分區(qū)結(jié)論相一致.

表1 各區(qū)氣象因子及污染因子與能見度顯著性水平Table 1 Significance level of meteorological factors and pollution factors

2.2 氣象因子和污染因子對(duì)能見度的影響 近年來，隨著大氣污染日益加劇，適當(dāng)?shù)臍庀髼l件結(jié)合污染因素導(dǎo)致能見度的惡化的個(gè)例越來越多.本文選取長三角各區(qū)具有代表性的氣象因子（包括熱力因子、濕度因子和動(dòng)力因子）和污染因子與能見度的變化進(jìn)行對(duì)比，從熱力和動(dòng)力以及空氣質(zhì)量的角度研究這些因子對(duì)能見度的影響.表1給出了各區(qū)氣象因子及污染因子與能見度的顯著性水平.熱力因子本文選取925～ 1000hPa假相當(dāng)位溫垂直差（θse925-θse1000）、925～ 1000hPa溫度垂直差（T925-T1000）和1000hPa溫度露點(diǎn)差（（T-Td）1000）3個(gè)變量進(jìn)行分析；濕度因子選取1000hPa相對(duì)濕度（RH）；動(dòng)力因子選取表面風(fēng)（v）、通風(fēng)率（a）和邊界層高度（h）.同時(shí)，使得能見度下降的氣象因子又會(huì)導(dǎo)致污染物的堆集積累，又加劇了能見度的惡化，于是污染因子選取AQI和PM2.5.

2.2．1 熱力因子和濕度因子對(duì)能見度的影響 由圖3a可以看出I區(qū)熱力因子925～1000hPa假相當(dāng)位溫垂直差（θse925-θse1000）與能見度呈反相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.62，與能見度在0.05水平上顯著相關(guān).θse925-θse1000主要表征大氣對(duì)流層低層的層結(jié)不穩(wěn)定性，當(dāng)θse925-θse1000越大時(shí)，對(duì)流層低層的層結(jié)越穩(wěn)定；而當(dāng)θse925-θse1000越小時(shí)，對(duì)流層低層的層結(jié)就越不穩(wěn)定.對(duì)流層低層的層結(jié)越穩(wěn)定，霧-霾天氣越強(qiáng)，能見度越低；反之，對(duì)流層低層的層結(jié)越不穩(wěn)定，霧-霾天氣也越弱，能見度越高.925hPa與1000hPa溫度垂直差（T925-T1000）與能見度的相關(guān)關(guān)系不顯著.濕度因子（RH）與能見度成反相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.85，與能見度在0.05水平上顯著相關(guān).由于I區(qū)大部分時(shí)間相對(duì)濕度＜90%，因此導(dǎo)致低能見度的濕度原因主要為氣溶膠粒子的吸濕性增長.由圖3b對(duì)II區(qū)的分析表明，熱力因子和濕度因子與能見度相關(guān)性較差，說明這些因子沒有對(duì)能見度的變化起主要作用.

由圖3c可以看出，III區(qū)熱力因子θse925-θse1000、T925-T1000與能見度呈反相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.68和-0.58，其與能見度分別在0.01和0.05水平上顯著相關(guān).濕度因子（RH）與能見度成反相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.91，與能見度在0.05水平上顯著相關(guān).

由此可知，I區(qū)熱力因子θse925-θse1000和濕度因子RH與能見度呈明顯的反相關(guān)關(guān)系.II區(qū)的熱力因子和濕度因子與能見度相關(guān)性較差.III區(qū)熱力因子θse925-θse1000和T925-T1000和濕度因子RH與能見度呈明顯的反相關(guān)關(guān)系.說明在低能見度過程期間，熱力因子和濕度因子對(duì)I區(qū)和III區(qū)能見度的影響體現(xiàn)較為明顯.

圖3 各區(qū)2月20日08：00至23日02：00各熱力因子、濕度因子以及能見度逐6h的時(shí)間演變Fig.3 The variation of thermodynamic factors， humidity factor and visibility from 8o'clock on February 20 to 2o'clock on February 23， 2014 every six hours in each region

2.2．2 動(dòng)力因子對(duì)能見度的影響 由圖4a可以明顯看出，I區(qū)邊界層高度（h）、通風(fēng)率（a）和能見度呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.67和0.70.邊界層高度是污染物在垂直方向上擴(kuò)散的上限，當(dāng)混合層高度較低時(shí)，污染物在垂直方向上不能夠很好的擴(kuò)散，容易造成局地污染從而導(dǎo)致能見度降低.通風(fēng)率以邊界層風(fēng)速和混合層厚度的乘積來表示，綜合考慮了邊界層高度以及邊界層內(nèi)風(fēng)速的影響，通風(fēng)率較大時(shí)，擴(kuò)散條件較好，污染物濃度降低，導(dǎo)致能見度升高.表面風(fēng)速（v）與能見度相關(guān)性較差.圖4b可以看出，II區(qū)動(dòng)力因子與能見度的相關(guān)性較低，說明動(dòng)力因子對(duì)該區(qū)域能見度的影響較小.圖4c表明，III區(qū)邊界層高度（h）與能見度呈明顯正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.68.通風(fēng)率（a）與能見度呈現(xiàn)弱的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.40.通風(fēng)率較大時(shí)，擴(kuò)散條件較好，污染物濃度降低，從而使能見度升高.

由上文分析可知，動(dòng)力因子中邊界層高度（h）、通風(fēng)率（a）和能見度在I區(qū)和III區(qū)呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，表面風(fēng)速（v）和能見度的相關(guān)性較差.這是因?yàn)樵诖舜蔚湍芤姸冗^程后期，長三角區(qū)域轉(zhuǎn)為高壓后部控制，東南風(fēng)風(fēng)速增大.而II區(qū)三個(gè)動(dòng)力因子與能見度的相關(guān)性均較低.因此，動(dòng)力因子對(duì)能見度的影響仍然是在I區(qū)和III區(qū)中體現(xiàn)明顯.

2.2．3 各氣象因子在低能見度過程中的作用為了進(jìn)一步研究氣象因子在多大程度上對(duì)霧-霾天氣產(chǎn)生影響，在I區(qū)選取與能見度在0.05或0.01水平上顯著相關(guān)的4個(gè)氣象因子：925hPa與1000hPa假相當(dāng)位溫垂直差（θse925-θse1000）、1000hPa相對(duì)濕度（RH）、邊界層高度（h）、通風(fēng)率（a），運(yùn)用多元線性回歸方法建立了關(guān)于能見度（VI）的線性回歸方程.回歸方程擬合之后的能見度和觀測能見度在0.01（雙側(cè)）水平上顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.862，回歸值對(duì)觀測值的方差解釋達(dá)到0.744.回歸方程如下：

在III區(qū)選取平均的與能見度在0.05或0.01水平上顯著相關(guān)的4個(gè)氣象因子：925hPa與1000hPa假相當(dāng)位溫垂直差（θse925-θse1000）、925～1000hPa溫度垂直差（T925-T1000）、1000hPa相對(duì)濕度（RH）、邊界層高度（h），運(yùn)用多元線性回歸方法建立了關(guān)于能見度（VI）的線性回歸方程.回歸方程擬合之后的能見度和觀測能見度在0.01（雙側(cè)）水平上顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.926，回歸值對(duì)觀測值的方差解釋達(dá)到0.858.回歸方程如下：

圖4 各區(qū)2月20日08：00至23日02：00各動(dòng)力因子以及能見度逐6h時(shí)的時(shí)間演變Fig.4 The variation of dynamic factors and visibility from 8o'clock on February 20 to 2o'clock on February 23， 2014 every six hours in each region

在此次低能見度過程期間I區(qū)和III區(qū)的擬合能見度和觀測能見度時(shí)間演變圖（圖5）表明，利用氣象因子回歸的能見度與觀測到的能見度之間具有較好的一致性，回歸得到的能見度的逐6h變化基本可以反映出能見度觀測值的逐6h變化.

圖5 I區(qū)（a）和III區(qū)（b）擬合能見度與觀測能見度的時(shí)間演變Fig.5 The variation of fitting visibility and observed visibility in area I （a） and area II （b）

由I區(qū)和III區(qū)熱力因子、濕度因子和動(dòng)力因子對(duì)能見度變化的解釋方差可知：I區(qū)動(dòng)力因子單獨(dú)解釋56.81%能見度的變化，熱力因子單獨(dú)解釋38.66%能見度的變化；濕度因子單獨(dú)解釋72.25%能見度的變化.濕度因子和動(dòng)力因子對(duì)低能見度過程的出現(xiàn)的影響更大.III區(qū)動(dòng)力因子單獨(dú)解釋46.24%能見度的變化，熱力因子單獨(dú)解釋46.78%能見度的變化，濕度因子單獨(dú)解釋83.40%能見度的變化.濕度因子對(duì)低能見度過程的出現(xiàn)影響更大.

2.3 污染因子對(duì)能見度的影響

由圖6a（I區(qū)）低能見度期間污染因子和能見度的時(shí)間演變可以看出，20日08：00到21日08：00，PM2.5、AQI和能見度的相關(guān)性較差.21日14：00～22日14：00，PM2.5、AQI和能見度呈現(xiàn)出明顯的反相關(guān)關(guān)系，說明污染物濃度的升高是導(dǎo)致此期間能見度降低的主要原因.II區(qū)（圖6b）在此期間污染因子中PM2.5和AQI與能見度呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.65和-0.64，說明污染物濃度的升高是導(dǎo)致此期間能見度降低的主要原因.III區(qū)（圖6c）在低能見度過程期間PM2.5、AQI和能見度沒有呈現(xiàn)出明顯的相關(guān)關(guān)系，這是因?yàn)閷?dǎo)致III區(qū)低能見度的原因有兩個(gè)：一是濕度太大形成霧，二是顆粒物污染.因此，依據(jù)“當(dāng)相對(duì)濕度80%～95%時(shí)，按照地面氣象觀測規(guī)范［15］規(guī)定的描述或大氣成分指標(biāo)進(jìn)一步判識(shí).本文依照大氣成分中的PM2.5的指標(biāo)進(jìn)行判定.當(dāng)PM2.5濃度大于75μg/m3時(shí)，判定為霾；當(dāng)PM2.5濃度小于等于75μg/m3時(shí)，判定為非霾”，剔除了高相對(duì)濕度中非霾的時(shí)刻：20日08：00、21日02：00、21日08：00、23日02：00.剩下的時(shí)刻對(duì)PM2.5和能見度做相關(guān)發(fā)現(xiàn)，二者在0.01水平上顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.84.因此20日08：00、21日02：00、21日08：00、23日02：00這幾個(gè)時(shí)刻低能見度出現(xiàn)的主要原因是濕度太大形成霧，剩下的時(shí)刻中低能見度出現(xiàn)主要原因是顆粒物污染.

由污染因子對(duì)能見度的影響分析表明，污染因子是導(dǎo)致II區(qū)低能見度過程的主要原因，而對(duì)I區(qū)部分時(shí)間段有體現(xiàn).這跟污染分區(qū)的結(jié)論一致，II區(qū)和III區(qū)分別為霾區(qū)和霧區(qū)，因此污染因子對(duì)II區(qū)影響較大而對(duì)III區(qū)沒有明顯作用；I區(qū)為霧霾混合型，所以污染因子在部分時(shí)間段是造成低能見度事件的主要原因.

3 結(jié)論

3.1 對(duì)2014年2月20～22日長江三角洲地區(qū)出現(xiàn)的一次低能見度過程進(jìn)行了分析，根據(jù)過程期間能見度、相對(duì)濕度和PM2.5濃度的分布情況，將長三角區(qū)域分成三個(gè)子區(qū)域：I區(qū)（31～35°N， 118～120°E）：包含江蘇大部，主要受到霾的影響，局部受霧影響，為霧霾混合型；II區(qū)（30～32°N， 120～122°E）：包含上海及周邊區(qū)域，受霾影響較多，為霾類型；III區(qū)（28～30°N，118～122°E）：包含浙江中、南部，夜間主要受到霧影響，白天能見度好，為霧類型.

3.2 環(huán)流形勢方面，20、21日500hPa和700hPa高空主要為西北氣流或弱脊，850hPa為高環(huán)流控制，地面處于高壓控制，此種天氣形勢易形成輻射霧（I、III區(qū)）導(dǎo)致能見度下降.此時(shí)長三角地區(qū)中低層垂直方向?yàn)橄鲁翚饬?，地面風(fēng)速小，有利于PM2.5等污染物堆積（I、II區(qū)），能見度下降.22日空中形勢與20、21日類似，地面處于入海高壓后部，盛行東南風(fēng)，且風(fēng)速較大，PM2.5等污染物由東南向西北推移，直至污染（低能見度）過程結(jié)束.

圖6 各區(qū)2月20日08：00至23日02：00各污染因子以及能見度逐6h的時(shí)間演變Fig.6 The variation of pollution factors and visibility from 8o'clock on February 20 to 2o'clock on February 23， 2014 every six hours in each region

3.3 對(duì)I區(qū)和III區(qū)能見度起主要作用的是熱力作用、濕度作用和動(dòng)力作用，而II區(qū)能見度變化的主要因子為污染因子，熱力作用、濕度作用和動(dòng)力作用對(duì)其影響不大.影響I區(qū)III區(qū)和能見度變化的熱力原因主要是大氣對(duì)流層低層的層結(jié)穩(wěn)定；動(dòng)力原因主要是垂直方向的大氣擴(kuò)散能力弱.影響II區(qū)能見度變化的主要原因是PM2.5濃度高導(dǎo)致的污染.

3.4 通過對(duì)解釋方差的計(jì)算結(jié)果可知，I區(qū)動(dòng)力因子和濕度因子對(duì)低能見度過程的出現(xiàn)影響更大；而III區(qū)濕度因子對(duì)低能見度過程的出現(xiàn)影響更為明顯.

［1］孫家仁，許振成，劉 煜，等.氣候變化對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量影響的研究進(jìn)展 ［J］. 氣候與環(huán)境研究， 2011，6：805-814.

［2］張?jiān)７?，?坦，馮銀廠，等.氣象因素對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的影響分析 ［J］. 城市環(huán)境與城市生態(tài)， 2006，4：33-36.

［3］周兆媛，張時(shí)煌，高慶先，等.京津冀地區(qū)氣象要素對(duì)空氣質(zhì)量的影響及未來變化趨勢分析 ［J］. 資源科學(xué)， 2014，1：191-199.

［4］Dui W. The Relationships between Increased Haze Weather in Coastal Industrial Cities and Sea Salt Aerosol Particles ［J］. Guangdong Meteorology， 2009，31（2）.

［5］劉維佳，韓永翔，王 靜.北京2010年10月一次典型灰霾過程光學(xué)特性分析 ［J］. 中國環(huán)境科學(xué)， 2015，35（7）：1931-1937.

［6］楊 欣，陳義珍，劉厚鳳.北京2013年1月連續(xù)強(qiáng)霾過程的污染特征及成因分析 ［J］. 中國環(huán)境科學(xué)， 2014，34（2）：282-288.

［7］徐曉峰，李青春，張小玲.北京一次局地重污染過程氣象條件分析 ［J］. 氣象科技， 2005，6：543-547.

［8］Kang H， Zhu B， Su J， et al. Analysis of a long-lasting haze episode in Nanjing， China ［J］. Atmospheric Research， 2013，120：78-87.

［9］王占山，李云婷，孫 峰.2010年10月上旬北京市大氣重污染分析 ［J］. 中國環(huán)境科學(xué)， 2015，35（6）：1654-1663.

［10］Quan J， Tie X， Zhang Q. Characteristics of heavy aerosol pollution during the 2012～2013 winter in Beijing， China ［J］. Atmospheric Environment， 2014（88）：83-89.

［11］孟燕軍，程叢蘭.影響北京大氣污染物變化的地面天氣形勢分析［J］. 氣象， 2002，4：42-47.

［12］張人禾，李 強(qiáng)，張若楠.2013年1月中國東部持續(xù)性強(qiáng)霧-霾天氣產(chǎn)生的氣象條件分析 ［J］. 中國科學(xué)：地球科學(xué)， 2014，1：27-36.

［13］Uri Dayan， Erel Y， Shpund J. The impact of local sources and meteorological factors on nitrogen oxide and ［J］. Atmospheric Environment， 2011（45）：3325-3332.

［14］QX/T101-2009 中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ［S］.

［15］中央氣象局.地面氣象觀測規(guī)范 ［M］. 北京：氣象出版社，2003：21-27.

［16］張建忠，孫瑾，繆宇鵬.霧霾天氣成因分析及應(yīng)對(duì)思考 ［J］. 中國應(yīng)急管理， 2014，1：16-21.

致謝：感謝南京信息工程大學(xué)氣象臺(tái)提供的歷史氣象資料.

Regional differences and meteorological conditions of a low visibility procedure over the Yangtze River Delta Region in winter.

QI Miao1， ZHU Bin1*， PAN Chen1， SU Ji-feng2（1.Center of Meteorological Disaster Forecast Warning and Assessment of Collaborative Innovation， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044，China；2.The 61 Squad of the 94857 Unit of People's Liberation Army， Wuhu 241007， China）. China Environmental Science， 2015，35（10）：2899～2907

The regional difference and meteorological condition over the Yangtze River Delta （YRD） region during a low visibility episode （from 20 February to 22 February 2014） was investigated by using NCEP reanalysis data， MICAPS meteorological data and air quality data from the Ministry of Environmental Protection. Weather situation shows that the surface of the YRD region was under the control of high pressure， surface wind speed was low， which was favorable for the accumulation of pollutants as well as the formation and maintain of low visibility process （fog or haze）. The YRD region was divided into 3sub-regions according to the temporal and spatial distributions of fog and haze. Region I covered the most part of Jiangsu province， which was affected by both fog and haze； region II included Shanghai and its surrounding， which was affected by haze； region III covered the most part of Zhejiang province， which was affected by fog. Factors that influence visibility in region I included that stabilized stratification in the lower tropospheric（thermodynamic factors）， aerosol hygroscopic growth under high relative humidity conditions （humidity factor）， and weak vertical and horizontal diffusion （dynamic factors）. However， pollution factors had little effect on visibility in region I. High mass concentration of PM2.5was the most important factor that influence visibility in region II. Thermodynamic factors， humidity factor， and dynamic factors had little effects on visibility. Thermodynamic factors， which influences visibility in region III， was represented by stabilized stratification in the lower tropospheric layer and temperature inversion in the surface layer. Humidity factor in region III was represented by aerosol hygroscopic growth under high relative humidity condition. Dynamic factors in region III was characterized by low boundary layer height and weakvertical diffusion speed. The explained variance of meteorological factors in each region showed that humidity factor and dynamic factors were more important in region I while humidity factor was the most important in region III..

The Yangtze river delta；low visibility；fog-haze；regional differences；meteorological conditions

X513

A

1000-6923（2015）10-2899-09

祁 妙（1989-），女，河北石家莊人，南京信息工程大學(xué)碩士研究生，主要從事大氣化學(xué)與大氣環(huán)境工作.

2015-03-09

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41575148，41275143）；江蘇省高校自然科學(xué)研究重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（12KJA170003）

* 責(zé)任作者， 教授， binzhu@nuist.edu.cn