王曉雪，鄭澤芬，韓冰

(1.黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱150030；2.南平市氣象局，福建南平353000)

2015年11月黑龍江省中南部一次霾天氣過程分析

王曉雪1，鄭澤芬2，韓冰1

(1.黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱150030；2.南平市氣象局，福建南平353000)

利用地面觀測資料、NCEP/NCAR再分析資料以及中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺，分析了2015年11月5－8日黑龍江省中南部一次大范圍持續(xù)性霾過程的特點及環(huán)流背景；診斷分析了該次過程中氣象成因及動力條件。結(jié)果表明:霾過程持續(xù)期間，黑龍江省處于緯向型環(huán)流的控制之下，冷空氣勢力較弱；中南部整體處于地面高壓內(nèi)的均壓場中，有利于靜穩(wěn)天氣形勢建立。中低層垂直交換弱、底層逆溫、層結(jié)穩(wěn)定使得污染物在近地面不斷累積。直至8日20時后降水發(fā)生，霾開始消散。

黑龍江中南部；霾天氣；氣象條件

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，工業(yè)技術(shù)越來越發(fā)達(dá)，不可避免的，大氣環(huán)境也迎來了前所未有的挑戰(zhàn)。污染日數(shù)與日俱增，霧－霾天氣頻發(fā)。

霾是大量極細(xì)微的干塵粒均勻地懸浮在空中，使水平能見度小于10 km的空氣普遍混濁現(xiàn)象。霧和霾可以相互共存、相互轉(zhuǎn)化和相互作用，均是發(fā)生在靜穩(wěn)的天氣下的近地面天氣現(xiàn)象。霾的預(yù)報本質(zhì)上是霾能見度的預(yù)報，決定于相對濕度和氣溶膠濃度。氣溶膠濃度要考慮源排放、區(qū)域輸送、大氣擴(kuò)散條件、累積效應(yīng)等因素。而通常做的預(yù)報只是氣象條件的預(yù)報。近年來，對于霧-霾天氣的研究已經(jīng)逐漸變?yōu)闊狳c。趙桂香[1]等分析指出，大范圍霾出現(xiàn)前，整層空氣都較為干燥，850 hPa相對濕度一般在30-50%，近地面層出現(xiàn)弱的逆轉(zhuǎn)；逆溫層的持續(xù)存在，有利于水汽和大氣顆粒物在近地層的積聚，從而有利于霧霾的形成和持續(xù)；逆溫層厚度越厚，霾的持續(xù)時間越長；霧霾出現(xiàn)前，風(fēng)、氣壓、濕度、溫度、能見度均有明顯差異。

2 霾實況及大氣污染狀況

2015年11月5-8日黑龍江省中南部出現(xiàn)大范圍霾天氣，根據(jù)逐3 h地面常規(guī)實況觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，中南部26縣市先后出現(xiàn)霾。一天中出現(xiàn)霾的測站最多的時間是20時，5-8日中7日20時霾發(fā)生的站數(shù)最多，共計17站，是霾最強(qiáng)的時段。所以截取7日20時進(jìn)行重點分析。

由中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺給出的黑龍江PM2.5實時分布圖以及細(xì)顆粒物PM2.5觀測數(shù)據(jù)可以看出，7日21時除了齊齊哈爾中度污染以外，整個黑龍江南部均達(dá)到了重度到嚴(yán)重污染，其中大慶市、綏化市、哈爾濱市最為嚴(yán)重，達(dá)到嚴(yán)重污染的級別。

分析空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）以及空氣質(zhì)量等級亦可以看出，除去齊齊哈爾，黑龍江省中南部地區(qū)，均已達(dá)到重度污染到嚴(yán)重污染。

3 天氣形勢特點

天氣形勢是霾發(fā)生的主要背景，天氣形勢的演變與霾的生消發(fā)展具有密切的聯(lián)系。7日20時500 hPa上黑龍江省受較平直的西風(fēng)氣流控制，等溫線相對稀疏，風(fēng)場與等溫線的交角很小，環(huán)流形勢穩(wěn)定。500 hPa高空槽主要位于河套地區(qū)，距黑龍江省較遠(yuǎn)，影響較小。850 hPa上黑龍江省中南部主要受反氣旋環(huán)流控制，等壓線較為稀疏，風(fēng)速較小。海平面氣壓場上黑龍江省大部都位于一個高壓底后部的均壓場中，等壓線稀疏，無明顯冷空氣。由地面風(fēng)場和能見度的疊加圖可以看出黑龍江省南部主要受偏東或偏東北風(fēng)的控制，風(fēng)力較弱，能見度低，大部地區(qū)不足10 km。由925 hPa風(fēng)場和地形疊加圖可以看出黑龍江省南部主要受偏東風(fēng)的控制，位于西側(cè)的大興安嶺地區(qū)海拔較高，由于地形阻擋作用，不利于污染物的擴(kuò)散。這種晴空少云形勢下夜間輻射條件較好，有利于地面的降溫和水汽的凝結(jié)，總體上導(dǎo)致靜穩(wěn)天氣形勢穩(wěn)定。

4 氣象成因分析

4.1 靜穩(wěn)氣象條件分析

大氣層結(jié)穩(wěn)定度是影響霾形成和發(fā)展的重要因素。哈爾濱站在925-1000 hPa高度上存在明顯的底層逆溫，逆溫層對空氣對流有強(qiáng)烈的抑制作用，造成大量水汽和氣溶膠聚集在逆溫層下面，不利于擴(kuò)散。同時可以看出850 hPa以下沒有明顯的垂直風(fēng)切變，風(fēng)速小。污染物濃度與低層風(fēng)場變化緊密相關(guān)，垂直交換弱、底層逆溫、層結(jié)穩(wěn)定使得污染物在近地面不斷累積。

4.2 傳輸條件

傳輸條件至關(guān)重要，污染物和水汽傳輸聚集。在5日08時-8日08時整個哈爾濱均處于一個中層較干，低層較濕的狀態(tài)，尤其是7日20時附近更為明顯，上濕中干下濕，底層相對濕度大，有利于污染物吸濕增長，中層大氣形成一個干暖蓋，不利于污染物擴(kuò)散。到了8日，整層相對濕度都轉(zhuǎn)好，深厚的濕層有利于降水，霾過程結(jié)束。

同時，由此也印證了前文趙桂香[1]等人的研究結(jié)論，大范圍霾出現(xiàn)前，整層空氣都較為干燥。

4.3 地面氣象要素

哈爾濱站溫度、濕度、風(fēng)級和PM2.5的相關(guān)分布也從另一方面佐證了霾出現(xiàn)前后，地面氣象要素存在明顯差異。PM2.5濃度峰值較高的區(qū)域集中分布在了-（3-8）℃、相對濕度50%-67%，風(fēng)力1-2級區(qū)間。反之，當(dāng)污染物濃度較小的時候，溫度也相對較高，相對濕度更大，風(fēng)力更強(qiáng)。

溫度較低有利于空氣中水汽凝結(jié)，使能見度降低，低層的輻射降溫易形成逆溫層，使大氣穩(wěn)定度增加，從而使水汽和污染物聚集在低層，水平風(fēng)速小，垂直交換弱，有利于霾的形成。

4.4 降水影響

11月5-8日84 h雨量累加結(jié)果可以看出整個黑龍江地區(qū)都沒有明顯的降水發(fā)生，也為靜穩(wěn)天氣形勢的建立、污染物的累積提供了有利條件。到了8日20時以后，500 hPa上有短波槽自西向東影響黑龍江省偏南部地區(qū)，南部地區(qū)降水開始，大氣穩(wěn)定度下降，霾發(fā)生的站數(shù)減少，能見度有所好轉(zhuǎn)，霾逐漸消散?？梢娊邓畬諝庥幸欢ㄇ逑醋饔?。

5 動力條件診斷

哈爾濱6日20時-8日08時850 hPa以下一直受偏東風(fēng)的控制，水平風(fēng)速小，均在6 m/s以下，擴(kuò)散能力較差，同時垂直交換非常弱，大氣的斜壓不穩(wěn)定減弱，使得近地面層的污染物、水汽和輻射降溫作用不斷積聚，給霾的維持提供了有利條件。8日20時隨著冷空氣入侵，逐漸轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)的控制，低層與中層的風(fēng)速切變、風(fēng)向切變明顯，垂直交換加強(qiáng)，有利于霾的消散。

除風(fēng)場外，散度場在此次過程前后，也表現(xiàn)出比較明顯的變化。8日08時之前925 hPa以下均表現(xiàn)為輻散，有利于反氣旋等天氣系統(tǒng)的發(fā)展，從而建立靜穩(wěn)的天氣形勢，使得霾發(fā)生并且進(jìn)一步加強(qiáng)。8日午后整個中低層均表現(xiàn)為輻合，對應(yīng)上升運動，降水開始，霾逐漸消散。值得關(guān)注的是，7日20時，低層輻散對應(yīng)著中層輻合，低層下沉運動中層上升運動，上下層交換被抑制，不利于污染物向上發(fā)展，使得污染物在近地面一定厚度內(nèi)聚集，能見度降低。

除夜間的輻射降溫外，冷暖平流對于溫度的垂直分布也有影響。5日08時中低層冷平流相對較強(qiáng)，到7日20時中低層是一個冷平流逐漸減弱的過程，減弱至近似零平流，說明冷暖空氣交換較弱，近乎沒有，該地區(qū)高空為暖平流而低空為冷平流，大氣層結(jié)趨向穩(wěn)定，不利于污染物的擴(kuò)散。這也印證了7日20時霾相對較重的事實。8日08時以后哈爾濱站中低層開始轉(zhuǎn)為暖平流控制，降水開始。

6 小結(jié)

本次霾過程持續(xù)4 d，7日發(fā)生霾的站數(shù)最多，程度相對最強(qiáng)。

（1）此次霾過程持續(xù)期間，500 hPa高度場受較平直的西風(fēng)氣流控制，等溫線相對稀疏，風(fēng)場與等溫線的交角很小，環(huán)流形勢穩(wěn)定，鋒區(qū)距黑龍江省較遠(yuǎn)，冷空氣勢力弱。海平面氣壓場上，黑龍江省大部都位于一個高壓底后部的均壓場中，等壓線稀疏，無明顯冷空氣。

（2）氣象成因上分析，逆溫層對空氣對流有強(qiáng)烈的抑制作用，造成大量水汽和氣溶膠聚集在逆溫層下面，不利于擴(kuò)散。垂直交換弱、底層逆溫、層結(jié)穩(wěn)定使得污染物在近地面不斷累積；上濕中干下濕的配置，使得底層相對濕度大，有利于污染物吸濕增長，中層大氣形成一個干暖蓋，不利于污染物擴(kuò)散；溫度較低有利于空氣中水汽凝結(jié)，使能見度降低，低層的輻射降溫易形成逆溫層，使大氣穩(wěn)定度增加，從而使水汽和污染物聚集在低層，水平風(fēng)速小，垂直交換弱，有利于霾的形成；整個黑龍江地區(qū)都沒有明顯的降水發(fā)生，也為靜穩(wěn)天氣形勢的建立、污染物的累積提供了有利條件。

（3）動力條件上分析，風(fēng)場上看垂直交換非常弱，大氣的斜壓不穩(wěn)定減弱，使得近地面層的污染物、水汽和輻射降溫作用不斷積聚，給霾的維持提供了有利條件；散度場上看低層輻散對應(yīng)著中層輻合，低層下沉運動中層上升運動，上下層交換被抑制，不利于污染物向上發(fā)展，使得污染物在近地面一定厚度內(nèi)聚集，能見度降低；溫度平流場上看高空為暖平流而低空為冷平流，大氣層結(jié)將趨向穩(wěn)定。

［1］趙桂香,杜莉,衛(wèi)麗萍,等.一次持續(xù)性區(qū)域霧霾天氣的綜合分析[J].干旱區(qū)研究,2011,28:871-878.

Analysis of haze weather process in south-central Heilongjiang Province in November 2015

WANG Xiao－xue1,ZHENG Ze－fen2,HAN Bing1
（1.Meteorological observatory of Heilongjiang province,Heilongjiang Harbin 150030; 2.Nanping meteorological bureau,Fujian Nanping 353000）

Analyze the characteristics and circulation background of a large－scale persistent haze process in the central and southern part of Heilongjiang province in 5－8 November 2015 using ground observation data,NCEP/ NCAR reanalysis data,and China air quality online monitoring and analysis platform,and the meteorological factors and dynamic conditions in the process are analyzed.The results show that,during the duration of the haze process,Heilongjiang is under the control of zonal circulation,while the cold air force is weaker;the central and southern parts of the ground in the high pressure of the pressure field which is conducive to the establishment of static weather conditions.Low－level vertical exchange weak,the bottom of the inversion,stratification stability makes the contaminants in the near ground continue to accumulate,until 8 o'clock on the 8th after the precipitation occurred,the haze began to dissipate.

The middle and south of Heilongjiang;haze weather;meteorological conditions

×16

A

1002－252X（2017）02－0001－03

2017－3－1

王曉雪（1991－），女，黑龍江省哈爾濱市人，南京信息工程大學(xué)，本科生，助理工程師.