周顯偉，祝玉梅，葉心敏，董麗紅（齊齊哈爾市氣象局，黑龍江 齊齊哈爾161006）

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齊齊哈爾市霧霾天氣淺析

周顯偉，祝玉梅，葉心敏，董麗紅
（齊齊哈爾市氣象局，黑龍江 齊齊哈爾161006）

本項(xiàng)目選取2013年10月-2015年12月常規(guī)地面觀測(cè)資料、齊齊哈爾站探空觀測(cè)資料和NCEP再分析資料，重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析霧和霾記錄天氣氣象要素和邊界層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及霾記錄天氣的大氣環(huán)流背景。結(jié)果表明：齊齊哈爾地區(qū)霧和霾的天數(shù)北部市縣明顯多于南部；霧和霾的天氣基本都是在高空存在逆溫層，而逆溫層越低，霧和霾的天氣越嚴(yán)重；霾絕大多數(shù)都發(fā)生在秋末至第二年春初，齊齊哈爾地區(qū)霾天氣的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠巷L(fēng)，風(fēng)力基本小于等于4m/s，容易出現(xiàn)空氣污染的天氣形勢(shì)主要有：中低層暖脊、中低層冷脊和中低層槽前。

霾天氣；逆溫；主導(dǎo)風(fēng)向；暖脊

1　引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程高速發(fā)展和人們生活水平不斷提高，空氣污染問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)峻，已經(jīng)直接關(guān)系到生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)民的身體健康，尤其近幾年環(huán)境問(wèn)題更是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，因此開(kāi)展空氣污染預(yù)報(bào)來(lái)應(yīng)對(duì)環(huán)境污染是十分必要的。

空氣污染預(yù)報(bào)一般分為定性的空氣污染潛勢(shì)預(yù)報(bào)和定量的污染濃度預(yù)報(bào)兩種方式。污染物質(zhì)量濃度變化的“周末效應(yīng)”與人類活動(dòng)密切相關(guān)［1-2］，同時(shí)氣象要素是制約污染物在大氣中稀釋、擴(kuò)散、遷移和轉(zhuǎn)化的重要因素［3］，對(duì)此中國(guó)氣象局為響應(yīng)國(guó)務(wù)院大氣污染防治十條措施，各級(jí)氣象部門加大對(duì)環(huán)境氣象研究力度，并取得了許多豐碩的成果［4-5］。

齊齊哈爾市位于黑龍江省南部的松嫩平原，地勢(shì)北高南低，北部和西部是小興安嶺南麓，中部和南部為嫩江沖積平原，這種獨(dú)特的地理特征，形成了獨(dú)特的氣候特點(diǎn)，進(jìn)而影響大氣環(huán)境。常年風(fēng)力較大，平均風(fēng)速為3.3m/s，10月至次年4月平均風(fēng)速為3.2m/s。本文研究有利于有關(guān)部門抉擇是否及時(shí)采取措施，控制或減少污染物的排放量，降低或避免污染物對(duì)周圍環(huán)境的影響，或者利用有利的氣象條件進(jìn)行自然凈化提供科學(xué)的依據(jù)，同時(shí)人們也可以根據(jù)空氣污染氣象條件預(yù)報(bào)采取相應(yīng)的措施，盡量減低空氣污染的傷害。

2　資料的選取與處理

本項(xiàng)目選取中國(guó)氣象信息中心提供的2013年10月—2015年12月常規(guī)地面觀測(cè)資料、齊齊哈爾站探空觀測(cè)資料和NCEP再分析資料統(tǒng)計(jì)分析2013 年10月以來(lái)霧和霾記錄天氣氣象要素和邊界層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及霾記錄天氣的大氣環(huán)流背景。

3　齊齊哈爾地區(qū)霧霾的統(tǒng)計(jì)分析

齊齊哈爾冬季漫長(zhǎng)而又寒冷，采暖期時(shí)間長(zhǎng)而且強(qiáng)度大，同時(shí)作為我國(guó)重工業(yè)基地，空氣污染主要以“煤煙型”污染為主，隨著人們的生活水平及汽車保有量快速增加，復(fù)合型污染特征也越來(lái)越突顯。自2013年10月注重霾天氣觀測(cè)以來(lái)，截止2015年末齊齊哈爾地區(qū)十個(gè)觀測(cè)站共有1157d霾和霧天氣觀測(cè)記錄。

表1　齊齊哈爾市2013年10月—2015年12月霾和霧觀測(cè)記錄（單位：d）

由表1可以看出，霧的天數(shù)北部市縣明顯多于南部，其中克東縣霧245d最多，龍江21d為最少。霾克東72d為最多，次之為克山和泰來(lái)。齊齊哈爾地區(qū)霧的天氣一年四季都有，但主要集中在秋冬季。而霾的天氣基本上都發(fā)生在秋末至第二年春初，夏季發(fā)生霾天氣的概率很小，只有2014年7月齊齊哈爾市區(qū)和克東共發(fā)生3d霾天氣記錄，分析其天氣形勢(shì)背景為夏季的“桑拿天”。

4　霧和霾天氣的氣象要素分析

4.1氣溫

從齊齊哈爾探空資料統(tǒng)計(jì)上分析，霾天氣的氣溫介于-33.2-20.6℃，霧和霾的天氣基本都是在高空存在逆溫層，只是逆溫層存在的高度不同而已，逆溫層越低，霧和霾的天氣越嚴(yán)重。

4.2風(fēng)向風(fēng)速

從風(fēng)向和風(fēng)速分析結(jié)果來(lái)看，霾和霧天氣與地面風(fēng)向、風(fēng)速關(guān)系密切。齊齊哈爾地區(qū)361站次霾天氣的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠巷L(fēng)，為105站次，其次主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北偏北風(fēng)，60站次。從輕霧天氣風(fēng)向玫瑰圖（圖略）上可以看出，齊齊哈爾地區(qū)1206站次輕霧天氣的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)殪o風(fēng)，為169站次，偏西南風(fēng)時(shí)出現(xiàn)輕霧概率較小。齊齊哈爾地區(qū)110站次霧天氣的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)殪o風(fēng)，為19站次，其次是東風(fēng)和偏南風(fēng)。風(fēng)力基本≤4m/s，風(fēng)力＞4m/s產(chǎn)生霧和霾天氣共有41站次，地面風(fēng)速小說(shuō)明一般造成污染天氣形勢(shì)比較穩(wěn)定，中低空的空氣流通不明顯，很容易出現(xiàn)近地面的逆溫層或者等溫層，所以污染物的水平擴(kuò)散和垂直擴(kuò)散都會(huì)受到抑制，造成污染天氣。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析溫度露點(diǎn)差≤2.3℃為霧，＞6.8℃為霾，介于二者之間為霧和霾。

5　霾天氣的大氣環(huán)流背景

2013年10月至2015年12月齊齊哈爾地區(qū)（十個(gè)觀測(cè)站）同一天有3個(gè)或3個(gè)以上觀測(cè)站記錄霾的共有16d，最多的為2015年11月3日8個(gè)觀測(cè)站記錄霾，2014年10月29日和2015年10月26日有5個(gè)觀測(cè)站記錄霾（表2）。16個(gè)污染日對(duì)應(yīng)的高空和地面天氣形勢(shì)主要有3種類型：

5.1中高層為暖脊

2015年12月13日20時(shí)（北京時(shí)）500 hPa高度場(chǎng)上貝加爾湖地區(qū)和日本海各有一個(gè)低槽，而我國(guó)東北地區(qū)為高壓脊，850hPa上溫度脊伸展到齊齊哈爾市（圖1），中高層主要以下沉氣流為主，而中低層又有逆溫層的存在，大氣層結(jié)穩(wěn)定，所以不利于地面污染物的垂直擴(kuò)散，地面受高壓控制或處于高低壓過(guò)渡帶，近地面水平風(fēng)力很小，所以容易導(dǎo)致污染物的堆積。16d污染日共有9d屬于此類型，8站和兩次5站同一天記錄霾都屬于這種類型。這種高低空和地面形勢(shì)場(chǎng)配置造成的污染面積大范圍廣，污染程度較嚴(yán)重。

圖1　2015年12月13日20時(shí)500 hPa高度場(chǎng)（實(shí)線）和850 hPa溫度場(chǎng)（虛線）

5.2中高層為槽前

2014年10月15日08時(shí)齊齊哈爾位于500 hPa槽前偏西南氣流中，850 hPa有較強(qiáng)暖脊（圖2），而地面位于冷低壓中心。有4d屬于這種類型逆溫層深厚和逆溫強(qiáng)度明顯T925hPa-T1000hPa≥4℃，而地面由于位于冷低壓中心，地面風(fēng)力較弱，多不利于污染物的垂直和水平擴(kuò)散。

圖2　2014年10月15日08時(shí)500 hPa高度場(chǎng)（實(shí)線）和850 hPa溫度場(chǎng)（虛線）

圖3　2015年11月11日08時(shí)500 hPa高度場(chǎng)（實(shí)線）和850 hPa溫度場(chǎng)（虛線）

5.3中高層為冷脊

2015年11月11日08時(shí)齊齊哈爾地區(qū)上空500 hPa為弱脊，氣流下沉，而850 hPa以下為強(qiáng)冷舌，混合層高度下降壓縮（圖3），地面高低壓過(guò)渡帶。這種類型共有3d，地面風(fēng)非常小，一般情況下是夜間輻射降溫較為突出T1000hPa-T地面≥0.1℃，容易形成接地或近地逆溫層，不利于空氣污染物的垂直和水平擴(kuò)散。

表2　齊齊哈爾市2013年10月—2015年12月霾記錄各天氣類型

結(jié)合以上三種形式，500 hPa上關(guān)鍵點(diǎn)（117.5°E，47.5°N）為西南風(fēng)，說(shuō)明齊齊哈爾霾天氣產(chǎn)生都是在齊齊哈爾500 hPa上空處于槽前的高壓脊上。

6　結(jié)論

（1）齊齊哈爾地區(qū)霾和霧的天數(shù)北部市縣明顯多余南部；霾絕大多數(shù)都發(fā)生在秋末至第二年春初，夏季也有霾天氣，但是發(fā)生概率很小。

（2）從風(fēng)向和風(fēng)速分析結(jié)果來(lái)看，霾天氣與地面風(fēng)向、風(fēng)速關(guān)系密切。齊齊哈爾地區(qū)霾天氣的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠巷L(fēng)，其次主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北偏北風(fēng)，風(fēng)力基本≤4m/s。

（3）霧和霾的天氣基本都是在高空存在逆溫層，只是逆溫層存在的高度不同而已，逆溫層越低霧和霾的天氣越嚴(yán)重。

（4）霾記錄日的出現(xiàn)與天氣形勢(shì)類型有著密切的關(guān)系，容易出現(xiàn)空氣污染的天氣形勢(shì)主要有：中低層暖脊、中低層冷脊和中低層槽前。但空氣污染日的出現(xiàn)不僅僅與高空天氣形勢(shì)類型相關(guān)，還與地面的環(huán)流形勢(shì)、地面氣象要素場(chǎng)等有很大的關(guān)系。

［1］侯玲，姚展予.環(huán)北京地區(qū)空氣污染指數(shù)與降水的周循環(huán)特征及其影響機(jī)制分析［J］.大氣科學(xué)，2012，36 （4）：686－696．

［2］魏玉香，童堯青，銀燕，等.南京SO2、NO2和PM10變化特征及其與氣象條件的關(guān)系 ［J］．大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32（3）：451-457．

［3］李小飛，張明軍，王圣杰，等.中國(guó)空氣污染指數(shù)變化特征及影響因素分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2012，33（6）：1936-1943．

［4］吳兌，吳曉京，李菲.1951-2005年中國(guó)人陸霆的時(shí)空變化田［J］.氣象學(xué)報(bào)，2010，68（5）：680-688.

［5］趙桂香，杜莉，衛(wèi)萍，等.一次持續(xù)性區(qū)域霧霆天氣的綜合分析田［J］.干旱區(qū)研究，2011，28（5）：871一879.

1002-252X（2016）02-0019-03

2016-3-1

周顯偉（1982-），男，黑龍江省訥河市人，成都信息工程大學(xué)，本科生，工程師.