李霞，賈健

（1.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊 830002；2.中亞大氣科學(xué)研究中心，新疆烏魯木齊 830002；3.烏魯木齊市氣象局，新疆烏魯木齊 830006）

復(fù)雜地形多尺度氣流對(duì)城市大氣污染影響的研究進(jìn)展

李霞1，2，賈健3

（1.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊 830002；2.中亞大氣科學(xué)研究中心，新疆烏魯木齊 830002；3.烏魯木齊市氣象局，新疆烏魯木齊 830006）

復(fù)雜地形城市一般建立在山地、丘陵、沿海地帶。復(fù)雜地形下的大氣污染傳輸、擴(kuò)散機(jī)制是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。本文依據(jù)城市地形地貌將復(fù)雜地形歸類(lèi)為河谷地形、三面環(huán)山臨海地形、盆地地形、馬蹄型地形和峽口地形。結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)這5類(lèi)地形下城市污染物傳輸擴(kuò)散及污染形成機(jī)制的研究成果，介紹了不同地理位置、不同復(fù)雜地形城市多尺度氣流相互或交替作用的特點(diǎn)及其對(duì)污染傳輸擴(kuò)散的影響，期望能夠?yàn)槠渌鼜?fù)雜地形城市污染形成機(jī)制研究和大氣污染防治提供一些借鑒。

復(fù)雜地形；城市；多尺度氣流；大氣污染物；傳輸擴(kuò)散

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，工業(yè)化和城市化進(jìn)程不斷加速，伴隨著城市人口的增長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量暴增，能源大量集中消耗，道路等交通設(shè)施和污染物脫除技術(shù)嚴(yán)重滯后，導(dǎo)致城市和城市群區(qū)域大氣污染日趨嚴(yán)重[1]。人類(lèi)生存環(huán)境面臨著前所未有的危機(jī)，因此大氣環(huán)境成為當(dāng)前人類(lèi)生存科學(xué)研究最為重要的組成部分[2]。環(huán)境污染作為一個(gè)重大的社會(huì)問(wèn)題,是從產(chǎn)業(yè)革命開(kāi)始的。歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)30—60年代接連發(fā)生了一系列震驚世界的大氣污染事件，如1930年比利時(shí)馬斯河谷事件、1943年美國(guó)洛杉磯光化學(xué)煙霧事件、1948年美國(guó)多諾拉煙霧事件、1952年英國(guó)倫敦?zé)熿F事件、1961年日本四日市哮喘事件等。這些重污染事件有的僅持續(xù)短短數(shù)日，但是瞬間就導(dǎo)致了數(shù)百上千人的死亡[3-5]。我國(guó)蘭州20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了光化學(xué)煙霧污染[6]，80年代珠三角地區(qū)灰霾天氣顯著增加[7]，90年代末烏魯木齊躋身于世界十大污染城市[8]。2013年1月，罕見(jiàn)的連續(xù)高強(qiáng)度霾污染席卷了我國(guó)中東部地區(qū)，受影響人口約6億人[1]。無(wú)論是發(fā)生在歐美國(guó)家的重污染事件，還是當(dāng)今國(guó)內(nèi)的強(qiáng)霧霾事件，無(wú)疑都是自然界向人類(lèi)社會(huì)敲響警鐘。

仔細(xì)梳理這些重大污染事件的成因，可見(jiàn)幾類(lèi)因素起了關(guān)鍵性作用。第一，過(guò)量的大氣污染物排放無(wú)疑是首要原因。如“四日市哮喘事件”，全市大氣中SO2濃度超出標(biāo)準(zhǔn)5～6倍[4]。第二，合適的氣象條件。從比利時(shí)馬斯河谷煙霧事件到美國(guó)多諾拉煙霧事件、再到倫敦?zé)熿F事件，大霧是比較普遍的天氣現(xiàn)象，同時(shí)倫敦近乎靜風(fēng)，多諾拉空氣無(wú)垂直運(yùn)動(dòng)，三個(gè)城市上空一致呈現(xiàn)逆溫層結(jié)[5]。2013年1月京津冀霾污染過(guò)程期間，中東部偏北地區(qū)大氣異常穩(wěn)定，空氣垂直運(yùn)動(dòng)弱，冷空氣過(guò)程少，濕度大，無(wú)降水，造成污染物積累疊加[1]。第三，特殊的地形助長(zhǎng)了污染事件的發(fā)生。上述城市多數(shù)都處在復(fù)雜地形下，如馬斯河谷、多諾拉、蘭州都屬于河谷地形，洛杉磯、四日市、珠三角地區(qū)則處于三面環(huán)山臨海的海灣里，北京位于馬蹄型地形之中，烏魯木齊則處在峽口的開(kāi)口處。復(fù)雜地形下墊面的非均勻性會(huì)對(duì)氣流運(yùn)動(dòng)和氣象條件產(chǎn)生動(dòng)力和熱力的影響，引起局地環(huán)流，如山谷風(fēng)、過(guò)山氣流、海陸風(fēng)、城市熱島環(huán)流等，各種尺度運(yùn)動(dòng)非線性相互作用，對(duì)污染物的擴(kuò)散傳輸影響很大，以至于擴(kuò)散理論都難以闡釋清楚，往往需借助于大氣擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)闡述復(fù)雜因素[9]。鑒于復(fù)雜地形下的大氣污染機(jī)制仍是環(huán)境領(lǐng)域的一個(gè)重要研究課題，大氣污染理論和預(yù)測(cè)方法還需要進(jìn)一步深入和完善，而我國(guó)許多污染極為嚴(yán)重的城市又都是處于復(fù)雜地形的山地、沿海地帶，因此加強(qiáng)對(duì)復(fù)雜地形條件下大氣污染問(wèn)題研究仍是當(dāng)務(wù)之急[10]，這無(wú)論在理論上還是實(shí)際應(yīng)用上均有重要科學(xué)意義。

世界上污染嚴(yán)重的諸多城市先后開(kāi)展了復(fù)雜地形條件下大氣污染的傳輸和擴(kuò)散規(guī)律研究，抓住物理本質(zhì)并建立了相應(yīng)的物理模型，為大氣污染防治提供了有力支撐。本文將復(fù)雜地形歸為5類(lèi)予以論述，分別是河谷地形、三面環(huán)山臨海地形、盆地地形、馬蹄型地形、峽口地形。

1 河谷地形

黃河自西向東穿過(guò)蘭州，由于南北受兩山夾峙，整個(gè)市區(qū)處在呈啞鈴型的河谷之中，因此蘭州屬于典型的河谷城市。從20世紀(jì)70年代以來(lái)，圍繞蘭州大氣環(huán)境問(wèn)題的研究取得了豐富的成果。本文以蘭州為例，剖析河谷地形城市多尺度氣流在重污染形成中的作用?；诖罅康囊巴庥^測(cè)試驗(yàn)和模擬研究表明：蘭州城市逆溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，只有午后較短階段逆溫消失[11]；逆溫層較為深厚，最高可達(dá)800 m[12-13]。對(duì)于蘭州市逆溫形成的物理機(jī)制，胡隱樵等[10]總結(jié)了三大主要原因：白天山峰加熱效應(yīng)、夜間冷湖效應(yīng)以及氣溶膠的增溫效應(yīng)?！吧椒寮訜嵝?yīng)”是指在山地地區(qū)，白天水平溫度差異驅(qū)動(dòng)熱力環(huán)流將山頂上加熱的氣團(tuán)輸送到谷地上空，谷地形成脫地逆溫的這種效應(yīng)[10]。同時(shí)，重污染日白天的氣溶膠可以通過(guò)散射和吸收太陽(yáng)輻射達(dá)到削弱到達(dá)谷底太陽(yáng)輻射量的效果，這就是氣溶膠的增溫效應(yīng)[14]。夜晚，山坡上由于地表向外的輻射冷卻導(dǎo)致山坡上的大氣降溫，產(chǎn)生下坡風(fēng)將冷空氣輸入谷底，形成谷地逆溫，這就是冷湖效應(yīng)[15-16]。張強(qiáng)等[17]進(jìn)一步認(rèn)為蘭州市白天和夜間的大氣逆溫層各有不同的形成機(jī)制。在受污染物氣溶膠明顯影響之前，夜間大氣逆溫層的形成主要靠地表輻射冷卻效應(yīng)以及山谷地形和干旱環(huán)境下裸露地表形成的強(qiáng)下坡風(fēng)作用；白天大氣逆溫層的形成主要靠太陽(yáng)對(duì)地表加熱所形成的上坡風(fēng)作用和山頂?shù)膹?qiáng)加熱效應(yīng)以及大氣污染物對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收和削弱作用[18-21]。同時(shí)干旱環(huán)境下裸露地表使得地形作用更加明顯（圖1）。由此可見(jiàn)，山地地區(qū)的熱力環(huán)流對(duì)逆溫的形成和維持作用很大。

圖1 蘭州河谷地形形成白天大氣逆溫層的示意圖（摘自文獻(xiàn)[17]）

蘭州市這種特殊的近乎封閉的極端河谷地形另一方面起到了很好的屏障作用，阻擋了氣流流通，導(dǎo)致山谷地面靜風(fēng)頻率比較高，市區(qū)一般很少超過(guò)2 m/s，平均值大約為1 m/s[22]。同時(shí)，河谷城市典型的風(fēng)場(chǎng)特征為白天盛行谷風(fēng)，夜間盛行山風(fēng)[22-23]。從圖2可見(jiàn)，白天蘭州城關(guān)區(qū)由南北兩山和谷口向谷中輻合；夜間，城關(guān)區(qū)地面流場(chǎng)為輻合態(tài)勢(shì)，氣流由南北方向向盆地中心輻合。原因就是受南北兩山的夾峙作用，山風(fēng)使氣流由山坡向河谷盆地下瀉，加上城市夜間的熱島效應(yīng)，進(jìn)一步增強(qiáng)了地面流場(chǎng)的輻合作用[22]。數(shù)值模擬再次表明蘭州冬季夜間為輻合流場(chǎng)、白天為輻散狀態(tài)。研究表明白天熱島環(huán)流抑制谷風(fēng)環(huán)流，夜間則增強(qiáng)山風(fēng)環(huán)流[23]，但是冬季夜間蘭州市區(qū)和山谷上空存在較厚的逆溫層，抑制了氣流的上升運(yùn)動(dòng)[24]。張強(qiáng)[25]分析得出蘭州市山谷氣流的Froude數(shù)通常在0.075～0.324，遠(yuǎn)小于1，所以一般的天氣條件下冬天蘭州市山谷的地面氣流不可能沿山坡爬升，只能在山谷中回轉(zhuǎn)，因此地面污染物不易輸送出去。

2 三面環(huán)山臨海地形

圖2 蘭州城關(guān)區(qū)夜間（a）、白天（b）地面風(fēng)場(chǎng)（摘自文獻(xiàn)[22]）

三面環(huán)山臨海地形，即三面都被山地環(huán)繞，一邊面朝大海，這種地形一般屬于典型的海洋性氣候。世界上此類(lèi)地形污染較重的城市除了洛杉磯、四日市，還有希臘的雅典和我國(guó)珠江三角洲地區(qū)等。這類(lèi)地形下會(huì)出現(xiàn)山谷風(fēng)、海陸風(fēng)以及城市熱島環(huán)流。在洛杉磯附近，由于海陸熱力差異和復(fù)雜地形的影響，加之逆溫層的籠罩，地面風(fēng)場(chǎng)極其復(fù)雜。白天山脈附近的谷風(fēng)驅(qū)動(dòng)盆地空氣流動(dòng)，并增強(qiáng)了海風(fēng)[26-27]。來(lái)自盆地的氣流爬上山頂，通過(guò)垂直運(yùn)動(dòng)的混合，可上升到較高的高度，進(jìn)而與高層氣流將盆地內(nèi)空氣向外傳輸[27]。Lu等[28]概括了洛杉磯污染傳輸?shù)奈锢砟Ｐ停▓D3），分為4個(gè)階段：（1）清晨大氣處于相對(duì)穩(wěn)定期。海岸附近的大氣可分為3層結(jié)構(gòu)，近地層為云系較多的海洋層，其上是由于大氣下沉絕熱增溫而形成的強(qiáng)逆溫層，逆溫層之上是自由大氣。（2）中午混合層發(fā)展期。上午下墊面因輻射加熱，形成湍流，加熱了陸地上海洋層內(nèi)的較冷空氣，進(jìn)而形成混合層。混合層通過(guò)不斷裹挾覆蓋其上的暖空氣而得以發(fā)展，此時(shí)邊界層的污染物混合較為均勻。由于海陸熱力差異、山谷熱力差異還在發(fā)展之中，因此海風(fēng)和山坡上的上坡風(fēng)還比較弱。（3）下午海風(fēng)入侵內(nèi)陸期。下午，海風(fēng)發(fā)展強(qiáng)盛且向內(nèi)陸挺進(jìn)，海洋上的空氣由此入侵內(nèi)陸。此時(shí)，近地層的污染物或通過(guò)海風(fēng)環(huán)流抬升、對(duì)流，或進(jìn)入到穩(wěn)定層，進(jìn)而空中出現(xiàn)了一層污染物匯聚層，即抬升的污染層。由此，海岸地區(qū)一部分抬升的污染物在逆溫層中積聚，另一部分污染物則對(duì)流進(jìn)入到山頂上的自由大氣層之中。（4）夜晚混合層穩(wěn)定期。夜晚邊界層趨于穩(wěn)定，混合層內(nèi)的暖空氣沿山坡上升進(jìn)而禁錮在逆溫層內(nèi)。洋面上的較冷氣團(tuán)繼續(xù)推向內(nèi)陸，導(dǎo)致內(nèi)陸上空再一次形成海洋層，最初的3層結(jié)構(gòu)再一次重建。整個(gè)沿岸地區(qū)都可見(jiàn)到抬升的污染層[28]。

圖3 在山地包圍的海岸平原地帶，強(qiáng)逆溫控制下的環(huán)流與輸送概念圖（摘自文獻(xiàn)[28]）

我國(guó)珠江三角洲地區(qū)下墊面復(fù)雜，羅平山脈是它西面和北面的界限，東側(cè)羅浮山區(qū)是三角洲的東界，類(lèi)似倒置三角形。改革開(kāi)放以來(lái)，珠江三角洲城市群空氣污染由局地污染演變成區(qū)域性空氣污染。在大量研究基礎(chǔ)上[29-32]，Wu等[33]建立了珠江三角洲地區(qū)夏秋兩類(lèi)不同天氣條件下的污染概念模型（圖4），即暖季冷鋒前污染型（圖4a）和副熱帶氣旋下沉污染型（圖4b）。從圖4a可見(jiàn)，當(dāng)北面入侵的冷空氣相對(duì)較弱，淺薄的冷空氣由北向南推進(jìn)時(shí)，翻越南嶺山脈的冷空氣由于山脈地形作用使其楔入深厚的暖濕空氣下方，在邊界層內(nèi)形成弱逆溫，此時(shí)風(fēng)速較小，易造成珠三角地區(qū)區(qū)域性的空氣污染；圖4b則說(shuō)明，當(dāng)珠江三角洲地區(qū)上空受強(qiáng)下沉氣流（如臺(tái)風(fēng)登陸前的下沉氣流）或持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的下沉氣流（副熱帶高壓）控制時(shí)，容易形成大范圍的逆溫，出現(xiàn)靜小風(fēng)，大氣擴(kuò)散能力差，污染物無(wú)法向上擴(kuò)散，而且在下沉氣流的作用下，較高高度上的污染物被下沉氣流帶到較低層累積，造成貼地層的空氣污染指數(shù)猛增，空氣質(zhì)量變差甚至變得惡劣[33]。

圖4 在不同的天氣條件下珠江三角洲地區(qū)邊界層對(duì)重污染影響的物理模型修訂版（a）暖季冷鋒前污染型和（b）副熱帶氣旋下沉污染型（摘自文獻(xiàn)[33]）

3 盆地地形

盆地的主要特征是四周高、中部低，因盆狀得名。前文的蘭州、洛杉磯、雅典等地都有盆地之說(shuō)。借鑒上文的分析，可以推斷影響盆地大氣污染的氣象條件中，逆溫形成機(jī)制和河谷城市蘭州類(lèi)似；對(duì)于風(fēng)場(chǎng)，除了考慮大范圍氣流影響以外，局地需要考慮山谷風(fēng)、熱島環(huán)流。一般來(lái)說(shuō)盆地有山口和外界相通，并不是完全封閉的，因此就會(huì)有另外的因素如山口風(fēng)等影響盆地的邊界層結(jié)構(gòu)及其環(huán)流。如果盆地距離海洋較近，影響因素就會(huì)更加復(fù)雜。世界上盆地出現(xiàn)污染的地區(qū)有我國(guó)的四川盆地[34]、尼泊爾首都加德滿都[35]、墨西哥首都墨西哥城[36-39]等。本文就以墨西哥城為例介紹盆地多尺度氣流運(yùn)動(dòng)的相互作用特點(diǎn)。

人口稠密的墨西哥城位于墨西哥盆地的西南部，盆地底部較為平坦，海拔2250 m。盆地三面山脊包圍，山脈高度不一，盆地北部有一個(gè)較為寬闊的開(kāi)口，東南方有一個(gè)狹窄的Chalco山口，盆地底部相對(duì)深度大致為800～1000 m。由于高密度人口和污染排放源眾多，導(dǎo)致墨西哥城及其周邊地區(qū)成為世界上污染最嚴(yán)重的地區(qū)之一[40]。高海拔、四季高強(qiáng)度的日照條件促進(jìn)了光化學(xué)反應(yīng)，尤其是二次污染物O3的生成[37]。圍繞墨西哥城市污染研究先后開(kāi)展了一系列觀測(cè)試驗(yàn)，逐步完善了對(duì)高原盆地城市污染機(jī)理的理解。Whiteman等[36]發(fā)現(xiàn)墨西哥盆地與普通的盆地不同，即夜間沒(méi)有形成強(qiáng)逆溫，且也沒(méi)有谷風(fēng)、山風(fēng)的交替現(xiàn)象。盆地內(nèi)部、上部的邊界層演變主要受區(qū)域性環(huán)流的驅(qū)動(dòng)，即墨西哥高原和其周邊海洋冷氣團(tuán)激發(fā)形成的環(huán)流。通過(guò)Chalco隘口的山口風(fēng)涼爽、高濕，午后的這股氣流入侵到盆地內(nèi)的低洼地帶，受到了平原—高原之間環(huán)流的影響，導(dǎo)致這股冷氣流減速。傍晚和夜間盆地的冷卻作用與白天太陽(yáng)輻射加熱量相當(dāng)，能夠快速插入盆地底層，造成了盆地內(nèi)輻合上升運(yùn)動(dòng)[36]。Fast和Zhong[38]詳細(xì)分析了導(dǎo)致地面出現(xiàn)高濃度O3的地面風(fēng)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)輻合區(qū)在墨西哥城內(nèi)南北擺動(dòng)。這是源于Chalco山口的山口風(fēng)入侵盆地后，與源自北方墨西哥高原、裹挾大量污染物的偏北氣流遭遇的結(jié)果。Foy等[38-39]指出墨西哥城盆地內(nèi)部環(huán)流型取決于兩類(lèi)輻合帶的相互作用：一是來(lái)自太平洋海風(fēng)和墨西哥灣海風(fēng)較量中形成的輻合帶，另一個(gè)是南來(lái)的山口風(fēng)與來(lái)自盆地的偏北氣流作用形成的輻合帶，并由此概括了3種高濃度O3發(fā)生的天氣模型，即O3南部型（O3-South）、O3北部型（O3-North）、冷涌型（Cold Surge）。其中，O3南部型是指O3高值區(qū)出現(xiàn)在墨西哥城南部城區(qū)，彼時(shí)下午一股較弱的山口風(fēng)在東南部城區(qū)伴隨出現(xiàn)。O3北部型則指在強(qiáng)大的山口風(fēng)和盆地西部、南部邊緣氣流的共同作用下，O3峰值區(qū)出現(xiàn)在偏北城區(qū)的狀況。冷涌型是指當(dāng)日寒冷的偏北氣流橫掃盆地的狀況[38]。

圖5很好地闡釋了這3種污染類(lèi)型高低空氣流的晝夜演變情況。在O3南部型日子里，東太平洋洋面被高壓系統(tǒng)控制，天氣系統(tǒng)和盆地內(nèi)外熱力差異的影響都比較弱。夜晚生成的南風(fēng)下泄氣流到白天讓路于源于墨西哥高原的西北氣流，下午盆地又被來(lái)自墨西哥海灣的東北氣流主導(dǎo)，導(dǎo)致O3向南部城區(qū)輸送，直到凌晨這種局面才發(fā)生轉(zhuǎn)變（圖5a）。在O3冷涌型日子里，天氣系統(tǒng)的影響很強(qiáng)，盆地環(huán)流則比較弱。白天盆地里盛行從墨西哥海灣吹來(lái)的東北風(fēng)，夜晚則是被墨西哥高原/太平洋氣團(tuán)導(dǎo)致的西北氣流代替。盡管這種狀況下為多云或降水天氣，但是高濃度O3仍然可以出現(xiàn)在市中心地帶。這一部分原因是由于大多數(shù)時(shí)間降水云團(tuán)多是一簇一簇的團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，較大的云團(tuán)在盆地內(nèi)部生成且游走于盆地，因此輻射仍然比較充足，導(dǎo)致光化學(xué)反應(yīng)（圖5b）。副熱帶急流靠近墨西哥城的時(shí)候，容易發(fā)生O3北部型污染（圖5c）。清晨南風(fēng)為主的下泄氣流讓道于從墨西哥高原下來(lái)的西北風(fēng)。下午，風(fēng)向發(fā)生轉(zhuǎn)變，由從Chalco山口入侵的山口風(fēng)—南風(fēng)氣流占據(jù)主導(dǎo)地位，占領(lǐng)了整個(gè)盆地的南部邊緣地帶，將O3高值區(qū)推向北部城區(qū)。由此可見(jiàn)，在墨西哥城內(nèi)，O3的空間分布形態(tài)是由天氣背景、高原風(fēng)、山口風(fēng)、海灣氣流、下泄氣流在不同時(shí)間相互角逐、共同影響的結(jié)果[38]。

圖5 墨西哥盆地之O3南部型（a）、冷涌型（b）和北部型（c）的環(huán)流模型（摘自文獻(xiàn)[38]）

4 馬蹄型地形

馬蹄型地形與三面環(huán)山臨海地形極其類(lèi)似，只是另一邊還是陸地。國(guó)內(nèi)此類(lèi)地形污染較為嚴(yán)重的城市有北京[41-51]、太原[52]等城市。近30 a來(lái)，對(duì)超大城市——北京大氣污染研究?jī)A注了大量的科研力量，取得的科研成果和研究水平居世界前沿。因此下面就以北京為例探討馬蹄型地形對(duì)城市污染輸送機(jī)制的影響。

北京地區(qū)西部是太行山余脈的西山，北部是燕山山脈的軍都山，兩山在南口關(guān)溝相交，形成一個(gè)向東南展開(kāi)的半圓形大山彎，人們稱之為“北京彎”。北京平原的海拔高度在20～60 m，山地一般海拔1000～1500 m。北京的邊界層特點(diǎn)是：在夏季靜穩(wěn)天氣下，大氣邊界層平均高度為600 m，且不易被有效突破，故不利于大氣污染物擴(kuò)散[41]；秋季白天邊界層最大高度平均約1000 m，夜間穩(wěn)定層高度在200～ 400 m之間。晴朗天氣里，白天城區(qū)邊界層溫度高于郊區(qū)。較低的邊界層高度和其頂部經(jīng)常維持的強(qiáng)逆溫層阻斷了上下層氣流的聯(lián)系，有利于近地面大氣維持靜穩(wěn)狀態(tài)和霧、霾天氣的出現(xiàn)[43]。冬季城市大氣邊界層結(jié)構(gòu)在熱力特征上表現(xiàn)為夜間市區(qū)上空存在懸浮逆溫層及白天弱、夜間強(qiáng)的城市熱島效應(yīng)等特征；在動(dòng)力特征上表現(xiàn)為城市近地層大氣中的風(fēng)速減小、湍流動(dòng)能增強(qiáng)，并在夜間城市冠層頂處存在湍流動(dòng)能的極大值以及城市近地層中明顯的平均動(dòng)能向湍流動(dòng)能轉(zhuǎn)化特征[43]。

作為世界級(jí)超大城市——北京，最為顯著的一個(gè)特點(diǎn)就是“城市熱島效應(yīng)”，其使城市流場(chǎng)和大氣邊界層結(jié)構(gòu)與城郊有明顯的差異,而“城市熱島”環(huán)流則會(huì)改變城市尺度甚至中尺度流場(chǎng)結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響污染物在城市大氣中的轉(zhuǎn)化和輸送。夏季北京熱島很強(qiáng)時(shí)，近地層風(fēng)場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)熱島環(huán)流和輻合現(xiàn)象，且風(fēng)速較?。ǎ? m/s），邊界層逆溫不僅強(qiáng)，逆溫頂較高[44]。冬季若320 m高度以下存在大氣逆溫，則有利于北京強(qiáng)熱島的形成和維持[44]。佟華等[46-47]研究證實(shí)邊界層風(fēng)場(chǎng)受到熱島熱力作用和地形的動(dòng)力作用的影響，導(dǎo)致城市近地層風(fēng)場(chǎng)向強(qiáng)中心輻合。在山地—平原風(fēng)、熱島強(qiáng)度和大氣穩(wěn)定度作用相當(dāng)?shù)目刂葡拢募镜臒釐u環(huán)流促成城區(qū)風(fēng)場(chǎng)輻合；其他季節(jié)主要受山地—平原風(fēng)控制，即刮山地風(fēng)時(shí)，北京城郊風(fēng)場(chǎng)向城區(qū)輻合；刮平原風(fēng)時(shí)，北京城區(qū)風(fēng)場(chǎng)表現(xiàn)為輻散[48]。另外，馬蹄型地形作用還表現(xiàn)在山脈的“煙囪效應(yīng)”[49]，即北京北邊山脈白天將低層的污染物抬升至2500～3500 m高空，在北京上空形成了第二污染層。從觀測(cè)分析[50]和數(shù)值模擬[51]均發(fā)現(xiàn)，太行山、燕山山前平原低壓匯聚帶是華北地區(qū)邊界層輸送匯流場(chǎng)的重要污染氣候特征，它對(duì)這一地區(qū)的多年環(huán)境質(zhì)量有顯著影響，是在特殊的馬蹄型地形及中緯度天氣形勢(shì)背景條件下形成的。這類(lèi)全年各季都經(jīng)常出現(xiàn)邊界層風(fēng)場(chǎng)輻合污染系統(tǒng)，即所謂的“污染物匯聚帶”（圖6）。在冬季受大陸強(qiáng)大冷高壓影響，持續(xù)時(shí)間可達(dá)6～7 d，邊界層輻合風(fēng)場(chǎng)垂直伸展高度較低。夏季出現(xiàn)頻率少，持續(xù)時(shí)間短，輸送匯層厚度較高，受海上高壓邊緣影響，輸送通道長(zhǎng)；暖濕平流輸送影響更為明顯，主要出現(xiàn)在燕山山麓，根據(jù)華北平原輸送匯的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，全年大多數(shù)是由偏南和偏東南方向輸入風(fēng)帶形成的輸送匯，從而對(duì)北京地區(qū)大氣污染物的積聚與輸運(yùn)可產(chǎn)生重要影響。

5 峽口地形

圖6 華北平原1月和7月輸送匯及配置的流場(chǎng)圖（摘自文獻(xiàn)[50]）

峽口，在我國(guó)泛指峽谷之口。峽口城市（Gap Town），牛津地理學(xué)詞典的定義是坐落在通往丘陵地區(qū)關(guān)口的一個(gè)城市，非常利于作為交通樞紐[53]。維基百科定義峽口城市是位于山口入口處的一個(gè)居民定居點(diǎn)，從此山口可通過(guò)丘陵地區(qū)[54]。從定義可知，峽口地形既不同于盆地、也不同于河谷地形，峽口城市在山口的入口處，因此相對(duì)山體來(lái)說(shuō)海拔較低。山口風(fēng)（gap flow）是峽口地形常見(jiàn)的一種天氣現(xiàn)象。大部分山口風(fēng)都表現(xiàn)為焚風(fēng)屬性，焚風(fēng)對(duì)大氣污染的輸送擴(kuò)散影響更為特殊。

近十幾年來(lái)，國(guó)際上對(duì)焚風(fēng)類(lèi)型給出了新的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)：深厚型焚風(fēng)（Deep foehn）、淺薄型焚風(fēng)（shallow foehn）[55]，后者還包括三明治焚風(fēng)（Sandwish foehn）[56-57]。深厚型焚風(fēng)是指阿爾卑斯山迎風(fēng)坡的冷氣團(tuán)非常深厚，其垂直伸展高度超越了山脊，足以克服山脊的阻擋而沖向背風(fēng)坡[58]。因此深厚型焚風(fēng)深受垂直傳播的重力波的影響，山脊激發(fā)的重力波可以影響到所覆蓋的山谷內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)，并導(dǎo)致強(qiáng)風(fēng)暴[59]。淺薄型焚風(fēng)具有一般焚風(fēng)的所有屬性，在阿爾卑斯山表現(xiàn)為南風(fēng)型焚風(fēng)，一般只出現(xiàn)在少數(shù)非?？v深的山谷中（如Wipp山谷），迎風(fēng)坡氣流主要通過(guò)穿越山谷到達(dá)背風(fēng)坡[58]?！叭髦巍狈亠L(fēng)是指背風(fēng)坡焚風(fēng)下沉過(guò)程中遭遇冷湖，若受適當(dāng)?shù)牡匦巫钃?，焚風(fēng)不僅不能驅(qū)動(dòng)冷湖，反而被冷氣團(tuán)抬升而穿行于冷湖之上，在冷暖氣團(tuán)交界處（即焚風(fēng)鋒面）焚風(fēng)依然強(qiáng)勁；下游區(qū)大氣在垂直方向上可分為明顯的三層結(jié)構(gòu)：高層被西風(fēng)或西北風(fēng)主導(dǎo)、中層為南風(fēng)型焚風(fēng)、下層為偏北風(fēng)的冷氣團(tuán)控制，三層氣流為非耦合狀態(tài)[57-58]。參照這些特征，可見(jiàn)新西蘭南阿爾卑斯山的Talapo湖區(qū)[59]、加拿大卡爾加里[60]、阿爾卑斯山的Wipp山谷[56-57]的有些焚風(fēng)屬于三明治焚風(fēng)。焚風(fēng)表現(xiàn)形式不同，則對(duì)污染的影響也會(huì)存在區(qū)別。一方面，焚風(fēng)本身是氣流，因此兼?zhèn)鋵?duì)污染物的輸送作用。如南風(fēng)型焚風(fēng)將意大利波河盆地光化學(xué)產(chǎn)生的O3傳輸?shù)搅税柋八股降谋筹L(fēng)坡[61]。第二，深厚型焚風(fēng)往往表現(xiàn)為下坡風(fēng)暴，因此可以造成沙塵天氣，從而將沙塵和污染物傳輸?shù)礁h(yuǎn)地區(qū)[62]。第三，三明治焚風(fēng)對(duì)污染的形成和上述焚風(fēng)作用又有所不同。本文就以我國(guó)的峽口城市烏魯木齊為例，闡述焚風(fēng)對(duì)大氣污染輸送的影響。

烏魯木齊背靠海拔平均4000 m的天山山脈，面向準(zhǔn)噶爾盆地。天山東西向綿延2000多公里橫貫新疆，在烏魯木齊附近被一個(gè)寬度僅十幾公里的峽谷分開(kāi)（下文稱中天山峽谷），峽谷南北兩端分別連接著吐魯番盆地和烏魯木齊河谷。冷空氣入侵新疆后東移至蒙古附近，冷高壓外圍的空氣回流至東疆南部地區(qū)，在大地形阻塞和南北向氣壓梯度力的共同作用下，氣流從中天山峽谷穿越、翻山，經(jīng)過(guò)達(dá)坂城到達(dá)峽谷北端烏魯木齊，甚至下游昌吉、呼圖壁都會(huì)出現(xiàn)東南大風(fēng)[64]，當(dāng)?shù)厝朔Q之為烏魯木齊東南大風(fēng)。結(jié)合國(guó)際上焚風(fēng)研究[56-60，61]及新疆開(kāi)展的東南大風(fēng)研究成果[64-70]，可以確認(rèn)烏魯木齊春秋季發(fā)生的東南大風(fēng)是深厚型焚風(fēng)，而冬半年經(jīng)常在市區(qū)南郊出現(xiàn)的焚風(fēng)是三明治焚風(fēng)[69-70]。

李霞等通過(guò)對(duì)加密觀測(cè)站網(wǎng)、數(shù)值模擬診斷等數(shù)據(jù)的綜合分析，構(gòu)建了峽口城市烏魯木齊冬季重污染的形成機(jī)制概念模型[69-70]。冬季烏魯木齊上空為高壓脊控制，海平面高壓中心位于薩彥嶺—蒙古國(guó)一帶，即東高西低態(tài)勢(shì)。冷高壓外圍的氣流回流至南疆吐魯番一帶，由此導(dǎo)致氣流穿越中天山峽谷入侵烏魯木齊。北疆準(zhǔn)噶爾盆地冷氣團(tuán)盤(pán)踞，大氣層結(jié)穩(wěn)定。盡管下沉的淺薄型焚風(fēng)氣流強(qiáng)勁，但是遭遇到烏魯木齊上空的穩(wěn)定氣團(tuán)后，這股暖氣流難以突破逆溫層，被冷氣團(tuán)抬升，分為上下兩層（圖7）。近地層部分焚風(fēng)氣流與盆地強(qiáng)大冷氣團(tuán)的抗衡。市區(qū)內(nèi)白天焚風(fēng)氣流與谷風(fēng)（也指準(zhǔn)噶爾盆地冷氣團(tuán)）相向?qū)Υ?，在市區(qū)形成“微型鋒面”和輻合帶，造成污染物累積；夜間，焚風(fēng)氣流衰退到城市南郊，“微型鋒面”和對(duì)應(yīng)的氣流輻合帶位置由此南移，市區(qū)則維持小風(fēng)—靜風(fēng)，仍然不利于污染物的擴(kuò)散。邊界層中上層的淺薄型焚風(fēng)晝夜越過(guò)城市上空，這股暖氣流促使市區(qū)上空逆溫層更加深厚、逆溫增強(qiáng)、混合層高度下降，致使污染物向邊界層下層堆積。由此可見(jiàn)，淺薄型焚風(fēng)的出現(xiàn)帶來(lái)了動(dòng)力和熱力方面的雙重影響：改變了烏魯木齊局地流場(chǎng)、加強(qiáng)了大氣穩(wěn)定度，最終造成冬季烏魯木齊重污染過(guò)程的頻繁發(fā)生。只有經(jīng)歷較強(qiáng)的冷空氣入侵后，城市的空氣質(zhì)量才有機(jī)會(huì)得以改善。

6 結(jié)論和討論

本文將復(fù)雜地形城市歸類(lèi)為河谷地形、三面環(huán)山臨海地形、盆地地形、馬蹄型地形和峽口地形，通過(guò)對(duì)不同復(fù)雜地形城市的多尺度氣流運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，闡述了它們對(duì)于污染物傳輸擴(kuò)散的影響，可見(jiàn)每一類(lèi)地形下的污染物傳輸擴(kuò)散規(guī)律都是天氣背景、地形及其深受地形影響的氣象條件等綜合作用的結(jié)果。因此，每類(lèi)地形下的多尺度氣流運(yùn)動(dòng)或者存在共性，如山地的山谷風(fēng)、坡風(fēng)，同時(shí)又由于即使同類(lèi)地形但可能所處位置不同，如臨近海洋則會(huì)受到海陸風(fēng)的影響，位于高原則會(huì)受到高原風(fēng)的擾動(dòng)等。正是這些看似紛繁復(fù)雜的多尺度氣流運(yùn)動(dòng)的交織、耦合作用，才會(huì)導(dǎo)致每類(lèi)復(fù)雜地形下、不同地理位置的城市其上空污染物的輸送擴(kuò)散規(guī)律如此紛繁復(fù)雜、特色鮮明，另一方面又遵循內(nèi)在的規(guī)律。

目前我國(guó)大氣污染已經(jīng)由單個(gè)城市演變?yōu)閰^(qū)域污染（如“三區(qū)九群”），且復(fù)合型污染日益加劇。大氣物理過(guò)程從多種尺度上控制著大氣污染的積累、輸送和轉(zhuǎn)化。而大氣污染物又通過(guò)影響光學(xué)—輻射特性、參與云霧形成從而再影響大氣物理過(guò)程。因此，今后針對(duì)復(fù)雜地形下大氣重污染過(guò)程生消機(jī)制的研究，尤其在污染物輸送、轉(zhuǎn)化規(guī)律方面，開(kāi)展氣象過(guò)程和化學(xué)過(guò)程多參數(shù)的同步觀測(cè)非常重要，通過(guò)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的詳盡分析可以反映區(qū)域邊界層結(jié)構(gòu)的真實(shí)變化，且能夠呈現(xiàn)多尺度氣流的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。同時(shí)還需要進(jìn)一步提高空氣質(zhì)量模式對(duì)于邊界層物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程的模擬再現(xiàn)能力，更精細(xì)地反映邊界層內(nèi)物理過(guò)程、化學(xué)過(guò)程的演變規(guī)律。當(dāng)然，研究不僅要考慮地形等非均勻下墊面因素對(duì)邊界層物理過(guò)程的動(dòng)力、熱力影響，大氣邊界層特征及其與大氣污染物的相互作用機(jī)制將是重要的研究對(duì)象，由此才能最終揭示不同區(qū)域的重污染形成機(jī)理，為大氣污染治理和空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)提供科技支撐。

[1]王躍思，姚麗，劉子銳，等.京津冀大氣霾污染及控制策略思考[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2013，28（3）：353-363.

[2]徐祥德.城市化環(huán)境大氣污染模型動(dòng)力學(xué)問(wèn)題[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2003，13（S）：1-12.

[3]世界著名空氣污染事件盤(pán)點(diǎn)：倫敦大霧曾死萬(wàn)人[EB/ OL].[2013-10-4].http://news.sina.com.cn/w/sd/2013-01-13/162226024042.shtml.

[4]穆宏.史上最著名的空氣污染事件[EB/OL].[2013-10-4].http://www.mywtv.cn/knowledge/2012-04/26/content_521434.htm.

[5]自然之友.20世紀(jì)環(huán)境警示錄[M].北京：華夏出版社，2001.

[6]甘肅省環(huán)境保護(hù)研究所大氣化學(xué)組.蘭州西固地區(qū)光化學(xué)煙霧污染的初步探討[J].環(huán)境科學(xué)，1980，1（5）：24-30.

圖7 峽口城市烏魯木齊大氣污染形成的物理模型（a為平面示意圖，b為垂直剖面圖，摘自文獻(xiàn)[70]）

[7]吳兌，畢雪巖，鄧雪嬌，等.珠江三角洲大氣灰霾導(dǎo)致能見(jiàn)度下降問(wèn)題研究[J].氣象學(xué)報(bào)，2006，64（4）：510-517.

[8]李新琪，熱海提·涂爾遜.烏魯木齊市大氣環(huán)境容載力及污染防治對(duì)策研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2001，15（3）：17-24.

[9]張錫福.我國(guó)山區(qū)和城市大氣污染的輸送和擴(kuò)散規(guī)律的研究[J].環(huán)境科學(xué)，1979，4（4）：12-17.

[10]胡隱樵，張強(qiáng).蘭州山谷城市大氣污染的物理機(jī)制與防治對(duì)策[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1999，19（2）：119-122.

[11]陳長(zhǎng)和，黃建國(guó)，龍學(xué)著，等.冬季河谷城市上空邊界層特征分析[J].科學(xué)通報(bào)，1991，36（18）：1393-1396.

[12]周春紅.蘭州市空氣污染潛勢(shì)分析和污染數(shù)值預(yù)報(bào)模式的初步試驗(yàn)研究[D].蘭州大學(xué)，1992.

[13]安興琴，陳玉春，呂世華.中尺度模式對(duì)冬季蘭州市低層風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬[J].高原氣象，2002，21（2）：186-192.

[14]沈志寶，王堯奇，季國(guó)良，等.太陽(yáng)輻射在山谷城市污染大氣中的削弱[J].高原氣象，1982，1（4）：74-83.

[15]傅抱璞.山地氣候[M]].北京：科學(xué)出版社，1993.

[16]Whiteman C D.Mountain meteorology:fundamentals and applications[M].New York,Oxford University Press, 2000.

[17]張強(qiáng)，呂世華，張廣蔗.山谷城市大氣邊界層結(jié)構(gòu)及輸送能力[J].高原氣象，2003，22（4）：1346-1353.

[18]王海嘯，陳長(zhǎng)和.城市氣溶膠對(duì)邊界層熱量收支的影響[J].高原氣象，1994，13（4）：441-448.

[19]王海嘯，陳長(zhǎng)和，黃建國(guó).煙霧層的長(zhǎng)波輻射效應(yīng)以及對(duì)邊界層溫度層結(jié)的影響[J].大氣科學(xué)，1994，18（1）：22-29.

[20]蘇文穎，陳長(zhǎng)和.氣溶膠吸收光學(xué)特性對(duì)低層大氣短波加熱率的影響[J].高原氣象，1997，16（4）：353-358.

[21]田文壽，陳長(zhǎng)和，黃建國(guó)，等.蘭州冬季氣溶膠的短波加熱效應(yīng)及其對(duì)混合層發(fā)展的影響[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，1997，8（3）：292-301.

[22]陳臻妹，王世紅.蘭州市風(fēng)場(chǎng)特征分析[A].陳長(zhǎng)和，黃建國(guó)，程麟生，等.復(fù)雜地形上大氣邊界層和大氣擴(kuò)散規(guī)律的研究[C].北京：氣象出版社，1993.

[23]王瑾，張鐳，王騰姣，等.蘭州附近山谷典型日環(huán)流特征的對(duì)比分析[J].干旱氣象，2012，30（6）：169-177.

[24]李江林，陳玉春，呂世華，等.利用RAMS模式對(duì)山谷城市東西局地風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值模擬[J].高原氣象，2009，28（6）：1250-1259.

[25]張強(qiáng).地形和逆溫層對(duì)蘭州市污染物輸送的影響[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2001，21（3）：230-234.

[26]Paul S,Thomas T W.Characteristics of Summertime Circulations and Pollutant Ventilation in the Los Angeles Basin[J].Journal of Applied Meteorology，1982，21：672-682.

[27]Brain L,Clifford F.Numerical Investigation of Mesoscale Circulations over the Los Angeles Basin.PartⅡ: Synoptic Influence and Pollutant Transport[J].Monthly Weather Review，1990，118：2162-2184.

[28]Lu R,Turco R P.Air Pollutant in a Costal Environment. Part I:Two-Dimesional Simulation of Sea-Breese and Mountain Effects[J].Journal of the Atmospheric Science，1994，51（15）：2285-2308.

[29]吳兌，廖國(guó)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（2）：1-9.

[30]張人文，范紹佳.珠江三角洲風(fēng)場(chǎng)對(duì)空氣質(zhì)量的影響[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，50（6）：130-134.

[31]范紹佳，王安宇，樊琦，等.珠江三角洲大氣邊界層概念模型的建立及其應(yīng)用[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，2005，21（3）：286-292.

[32]范紹佳，王安宇，樊琦，等.珠江三角洲大氣邊界層特征及其概念模型[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2006，26（增刊）：4-6.

[33]Wu M,Wu D,Fan Q,et al.Observational studies of the meteorological characteristics associated with poor air quality over the Pearl River Delta in China[J].Atmos. Chem.Phys.,2013，13：10755-10766.

[34]劉源.四川省大氣污染概況及特點(diǎn)[J].重慶環(huán)境保護(hù)，1986，7（2）：46-48.

[35]Pandy K A,Prinn G R.Diurnal cycle of air pollution in the Kathmandu Valley,Nepal:Observations[J].Geophys. Res.,2009，114：1-19.

[36]Whiteman C D,Zhong S,Bian X,et al.Boundary layer evolution and regional-scale diurnal circulations over the Mexico Basin and Mexican plateau[J].Journal of Geophysical Research，2000，10：10081-10102.

[37]Fast J,Zhong S.Meteorological factors associated with inhomogeneous ozone concentrations within the Mexico Citybasin[J].JournalofGeophysicalResearch, 1998，103：18927-18946.

[38]Foy B De,Caetano E,Magana V,et al.Mexico City basin wind circulation during the MCMA-2003 field campaign [J].Atmos.Chem.Phys,2005，5：2267-2288.

[39]Foy B De,Clappier A,Molina L T,et al.Distinct wind convergence pattern in the Mexico City basin due to the interaction of the gap winds with the synoptic flow[J]. Atmos.Chem.Phys，2006，6：1249-1265.

[40]Air Quality-The 10 Most Polluted Cities in the World [EB/OL].http://www.infobarrel.com/Air Quality-The 10Most Polluted Cities in theWorld.

[41]王耀庭，李威，張小玲.北京城區(qū)夏季靜穩(wěn)天氣下大氣邊界層與大氣污染的關(guān)系[J].環(huán)境科學(xué)研究，2012，25 （10）：1092-1098.

[42]游春華，蔡旭暉，宋宇，等.京津地區(qū)夏季大氣局地環(huán)流背景研究[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，42（6）：779-783.

[43]Hu x M,Liu S H,Wang Y C,et al.Numerieal Simulation of Wind Field and Temperature Field over Beijing Area in summer[J].Aeta Meteor Sinies，2005，19（1）：120-127.

[44]陳炯，王建捷.北京地區(qū)夏季邊界層結(jié)構(gòu)日變化的高分辨模擬對(duì)比[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2006，17（4）：403-411.

[45]陳朝暉，程水源，蘇福慶，等.北京地區(qū)一次重污染過(guò)程的大尺度天氣型分析[J].環(huán)境科學(xué)研究，2007，20（2）：99-105.

[46]佟華，桑建國(guó).北京市海淀區(qū)大氣邊界層的數(shù)值模擬研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2002，13（特刊）：51-60.

[47]佟華，劉輝志，桑建國(guó)，等.城市人為熱對(duì)北京熱環(huán)境的影響[J].氣候與環(huán)境研究，2004，9（3）：409-421.

[48]王喜全，王自發(fā)，龔艷幫，等.北京地區(qū)熱島環(huán)流對(duì)山地-平原風(fēng)的調(diào)節(jié)作用[J].氣候與環(huán)境研究，2008，13（5）：639-644.

[49]Chen Y,Zhao C,Zhang Q,et al.Aircraft study of Mountain Chimney Effect of Beijing,China[J].Journal of Geophysical Research，2009，114:1-10.

[50]蘇福慶，任陣海，高慶先，等.北京及華北平原邊界層大氣中污染物的匯聚系統(tǒng)—邊界層輸送匯[J].環(huán)境科學(xué)研究，2004，17（1）：10-33.

[51]劉樹(shù)華，劉振鑫，李炬，等.京津冀地區(qū)不同季節(jié)大氣環(huán)流耦合效應(yīng)的數(shù)值模擬[J].2009，中國(guó)科學(xué)D輯：地球科學(xué)，39（1）：88-98.

[52]苗愛(ài)梅.地形對(duì)太原市污染物稀釋擴(kuò)散影響的模擬試驗(yàn)[J].氣象學(xué)報(bào)，2004，62（1）：112-118.

[53]Mayhew S.A Dictionary of Geography[M].New York, Oxford University Press，2004.

[54]What are gap towns?[EB/OL].[2013-11-13].http://www. answers.com/topic/gap-town#ixzz2g4z7X8ka.

[55]Seibert R.South foehnstudies since the ALPEX experiment[J].Meteorol.Atmos.Phys.,1990，43：91-103.

[56]Vergeiner J，Mayr G J.Case study of the MAP-IOP “sandwich”foehn on 18th October 1999[J].MAP Newsl, 2000，13：36-37.

[57]Vergeiner J.South foehn studies and a new foehn classification scheme in the Wipp and Inn valley[D]. PhD thesis,University of Innsbruck,Austria,2004.

[58]Zangl,G.Deep and shallow fohn in the region of Innsbruck:typical features and semi-idealized numerical simulations[J].Meteorol.Atmos.Phys.,2003，83：237-261.

[59]McGowan,H A,Sturman A P,Kossmann M,et al. Observation of foehn onset in the Southern Alps[J]. NewZealand,Meteorol.Atmos.Phys.,2002，79：215-230.

[60]Nkemdirim L C，Leggat K.The effect of Chinook Weather on Urban Heat Islands and Air Pollution[J]. Water,Air and Soil Poll，1978，9：53-67.

[61]Seibert P,Feldmann H,Neiniger B.South foehn and ozone in the Eastern Alps-case study and climatological aspects[J].Atmos Environ.,2000，34：1379-1394.

[62]McGowan H A,Sturman P A,Owens F L.Aeolian dust transport and deposition by foehn winds in an alpine environment,LakeTekapo,NewZealand[J]. Geomorphology，1996，15（2）：135-146.

[63]Gohm A,Harnisch F,Vergeiner J,et al.Air pollution transport in an Alpine valley:results from airborne and ground-based observations[J].Boundary-Layer Meteorol., 2009，131：441-463.

[64]張家寶，蘇啟元，孫沈清，等.新疆短期天氣預(yù)報(bào)指導(dǎo)手冊(cè)[M].烏魯木齊：新疆人民出版社，1986.

[65]孟齊輝，呂斌，刁平.烏魯木齊地區(qū)東南大風(fēng)分布規(guī)律的研究[J].新疆氣象，1995，18（1）：6-10.

[66]孟齊輝，呂斌，刁平.烏魯木齊東南大風(fēng)與氣壓場(chǎng)演變的關(guān)系[J].新疆氣象，1996，19（1）：5-9.

[67]張利平.烏魯木齊國(guó)際機(jī)場(chǎng)20年?yáng)|南大風(fēng)天氣的統(tǒng)計(jì)特征分析[J].中國(guó)民航飛行學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，18（2）：3-6.

[68]Li X,Xia X,Xin Y,et al.An Investigation of Boundary Layer Structure under the Influence of the Gap Wind in Urumqi，China，during Air Pollution Episode in Winter [J].Air&Waste Management Association,2012，62（1）：26-37.

[69]李霞.峽口城市烏魯木齊冬季重污染的機(jī)理研究[D].中國(guó)科學(xué)院，2013.

[70]Li X,Xia X,Wang L,et al.The role of foehn in the formation of heavy air pollution events in Urumqi,China [J].Geophys.Res.Atmos.,2015，120：5371-5384.

Research of the Influences of the Air Flows on Multiple Scales on the Transport and Diffusion Mechanisms of Urban Air Pollution over the Complex Terrains

LI Xia1，2，JIA Jian3
（1.Institute of Desert Meteorology，China Meteorological Administration，Urumqi 830002，China；2.Center of Central Asia Atmospheric Science Research，Urumqi 830002，China；3.Urumqi Meteorological Bureau，Urumqi 830006，China）

The term of the city over the complex terrain often lie in mountainous region,at foothill and in coastal area.It is a complicated issue for the mechanism of air pollution transport and diffusion over the complex terrains.According to the topography around the cities,the complex terrains are classified into five categories,which include the valley terrain,the costal terrain surrounded by hills on the other three sides,the basin terrain,the“U”shape terrain and the gorge terrain.On the basis of research results related to the transport and diffusion mechanisms of air pollutants overthe above-mentionedfivekinds ofcomplex terrains,the mutualactive characteristics of the multi-scale air flows and these flows’influences on the transport and diffusion of the local air pollutants were presented in this article,in order to give some guide for research on the formation mechanisms and the prevention and control of air pollution aimed to the other polluted cities over the complex terrains.

the complex terrains；cities；multi-scale air flows；air pollutants；transport and diffusion

X51

：A

1002-0799（2016）06-0001-10

10.3969/j.issn.1002-0799.2016.06.001

2016-08-06；

2016-09-06

中國(guó)沙漠氣象科學(xué)研究基金（Sqj2011014），國(guó)家自然科學(xué)基金（41575011），中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目（IDM201501）共同資助。

李霞（1969-），女，副研究員，主要從事大氣環(huán)境研究。E-mail：lixia@idm.cn

李霞，賈健.復(fù)雜地形多尺度氣流對(duì)城市大氣污染影響的研究進(jìn)展[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（6）：1-10.