高賽男,翟墨，劉立巖

（1.綏化市氣象局，黑龍江綏化152000; 2.黑龍江省氣象科學(xué)研究所，黑龍江哈爾濱150030）

2016年秋季黑龍江省兩次災(zāi)害性（霧、霾）天氣產(chǎn)生的氣象條件對(duì)比分析

高賽男1,翟墨2，劉立巖1

（1.綏化市氣象局，黑龍江綏化152000; 2.黑龍江省氣象科學(xué)研究所，黑龍江哈爾濱150030）

本文利用常規(guī)地面、高空觀測(cè)資料針對(duì)2016年綏化市10月15日的區(qū)域性大霧天氣和11月4—5日的區(qū)域連續(xù)性霾天氣進(jìn)行大尺度環(huán)流背景、氣象要素、水汽條件、動(dòng)力條件、空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）以及霧、霾天氣演變情況等多方面進(jìn)行比對(duì)分析，研究結(jié)果表明：霧與霾發(fā)生時(shí)對(duì)流層中低層都會(huì)存在逆溫層，且在一定的環(huán)境條件下二者可以相互轉(zhuǎn)化；AQI變化趨勢(shì)可以作為對(duì)霧和霾預(yù)報(bào)的著眼點(diǎn)。

逆溫層;風(fēng)向輻合;相互轉(zhuǎn)化;燒荒;AQI

1 引言

霧是懸浮在近地面大氣中的大量細(xì)微水滴（或冰晶）的“可視”氣溶膠聚合體，大氣相對(duì)濕度大，能見度急劇惡化，大氣靜穩(wěn)，霧區(qū)與晴空區(qū)有明顯邊界，厚度一般在幾百米以下，是一種常見的災(zāi)害性天氣，其形成過程非常復(fù)雜，世界各國(guó)學(xué)者至今也未完全解開其物理過程之謎團(tuán)，霧的預(yù)報(bào)一直以來(lái)都是預(yù)報(bào)工作者面臨的極大挑戰(zhàn)。

霾即是灰霾，是懸浮在大氣中的大量微小塵粒、硫酸，硝酸，有機(jī)碳?xì)浠衔锏攘Ｗ拥募象w，使空氣混濁、能見度降低，大氣相對(duì)濕度低，比較干燥，通常情況下，可以從能見度、相對(duì)濕度、顏色區(qū)分霧與霾，如下表：

表1 區(qū)分霧與霾的方法

霧與霾發(fā)生時(shí)近地層多存在逆溫層，大氣層結(jié)處于極其穩(wěn)定的狀態(tài)，對(duì)流層底層上升運(yùn)動(dòng)大幅度減弱，促使大氣垂直混合減弱，進(jìn)而導(dǎo)致近地面的污染物不易向高空擴(kuò)散，在底層聚集，誘發(fā)呼吸道類疾病的同時(shí)促使大氣能見度降低，影響交通，嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，從預(yù)報(bào)的角度出發(fā)，分析總結(jié)每一次霧、霾天氣成因、積累經(jīng)驗(yàn)是準(zhǔn)確預(yù)報(bào)霧、霾天氣，及時(shí)有效對(duì)公眾服務(wù)進(jìn)而降低霧、霾天氣引發(fā)危害程度的前提。

張人禾［1］等研究結(jié)果表明霧霾區(qū)域內(nèi)表面風(fēng)速及其對(duì)流層中低層水平風(fēng)垂直切變對(duì)霧霾天氣過程具有動(dòng)力影響；W itiw和LaDochy［2］研究結(jié)果表明城區(qū)霧霾發(fā)生頻次減少與懸浮顆粒物減少趨勢(shì)有關(guān)。吳兌［3］等研究結(jié)果表明當(dāng)大氣對(duì)流層中層出現(xiàn)較強(qiáng)的緯向環(huán)流、對(duì)流層低層出現(xiàn)較弱的高壓脊控制下，并且出現(xiàn)較弱的表面風(fēng)時(shí)，利于出現(xiàn)較重的霾天氣；本文對(duì)2016年黑龍江省兩次區(qū)域性霧、霾天氣進(jìn)行對(duì)比分析，力求尋找兩種不同的災(zāi)害性天氣發(fā)生時(shí)大氣環(huán)流背景、氣象條件等異同點(diǎn)，以期得出霧、霾天氣預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，更好的服務(wù)社會(huì)各界。

2 實(shí)況

2.1 霧過程

2016年10月15日01時(shí)—10時(shí)(本文將此次過程稱之為“霧過程”）黑龍江省齊齊哈爾、哈爾濱、伊春、綏化市大部分地區(qū)出現(xiàn)能見度＜500 m的大霧天氣，安達(dá)、蘭西等多個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)了能見度＜200 m的濃霧，省氣象臺(tái)與相關(guān)地市及縣級(jí)氣象臺(tái)共同發(fā)布大霧黃色預(yù)警信號(hào)，當(dāng)日綏化PM2.5迅速升高到82 μg/m3，AQI指數(shù)為110，空氣質(zhì)量達(dá)到輕度污染等級(jí)，接近中午大霧才逐漸消散，本次大霧天氣過程的特點(diǎn)是大霧發(fā)生前全省無(wú)降水過程，大霧發(fā)生范圍廣，大氣能見度低，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

2.2 霾過程

2016年11月4—5日（本文將此次過程稱之為“霾過程”），黑龍江省西南部地區(qū)出現(xiàn)罕見的持續(xù)性的能見度＜2 km的重度霾天氣，引發(fā)全省大部地區(qū)AQI（空氣質(zhì)量指數(shù)）飆升，其中綏化、大慶、哈爾濱能見度不足1 km，AQI達(dá)到極值500，空氣質(zhì)量下降到嚴(yán)重污染等級(jí)，省氣象臺(tái)及相關(guān)地市、縣級(jí)氣象臺(tái)及時(shí)發(fā)布霾黃色預(yù)警信號(hào)，隨著霾的進(jìn)一步發(fā)展，相關(guān)單位就具體情況將黃色預(yù)警信號(hào)升級(jí)為霧橙色預(yù)警信號(hào)。其中，綏化市氣象臺(tái)連續(xù)發(fā)布2次霾黃色預(yù)警信號(hào)，1次霾橙色預(yù)警信號(hào)，5日午后，伴隨能見度逐漸提高，空氣質(zhì)量逐漸呈現(xiàn)轉(zhuǎn)好趨勢(shì)。

值得指出的是，本研究中霾過程，海倫站點(diǎn)出現(xiàn)霾轉(zhuǎn)霧的情況，11月4日，綏化的海倫站點(diǎn)能見度和相對(duì)濕度顯示該站為霾天氣，但是相對(duì)濕度明顯大于其臺(tái)站，次日晨，能見度進(jìn)一步降低的同時(shí)，相對(duì)濕度升高到90%以上，天氣現(xiàn)象由霾轉(zhuǎn)為霧。

3 成因分析

3.1 大尺度環(huán)流背景

霧過程：從高空500 hPa環(huán)流形式上看，黑龍江省西南部大部分地區(qū)高空受弱脊控制；地面處于高壓后部低壓前部的均勻氣壓場(chǎng)中，這是本次大霧天氣的形成與維持的大尺度環(huán)流背景。

霾過程：連續(xù)多日全省處于高空低渦底部，受穩(wěn)定的偏西氣流控制；黑龍江省西南部地區(qū)地面受低壓控制。

3.2 氣象條件

3.2.1 大氣層結(jié)

霧過程：08時(shí)的探空資料顯示(圖1)，（綏化無(wú)探空站，本研究調(diào)用哈爾濱、伊春、齊齊哈爾臺(tái)站探空數(shù)據(jù)）對(duì)流層整體呈現(xiàn)上干下濕狀態(tài)，底層有明顯的逆溫層結(jié)，表明對(duì)流層中低層大氣層結(jié)穩(wěn)定。但是從T-lnP圖可以看到，逆溫層比較??；逆溫層的形成源于兩方面：一方面是14日夜間地面輻射降溫，使地面溫度低于高空溫度，形成逆溫；另一方面中低層有暖平流:從實(shí)況15日08時(shí)的925 hPa溫度場(chǎng)可以看出，暖舌深入黑龍江省西南部，此外，T-lnP圖中顯示風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，說明有暖平流；逆溫層的存在，抑制底層大氣的上升運(yùn)動(dòng)，大氣處于靜穩(wěn)狀態(tài)，底層污染物難以向更高的大氣中擴(kuò)散，在近地層積累，為大霧天氣的產(chǎn)生與維持提供非常有利的氣象條件。

霾過程：08時(shí)哈爾濱探空資料顯示整層大氣上濕下干(圖2)，對(duì)流層中低層存在兩個(gè)逆溫層，且較低的逆溫層較厚，大氣處于靜穩(wěn)狀態(tài)，T-lnP圖中顯示風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，說明有暖平流，

圖1 10月15日08時(shí)(a)925 hPa溫度場(chǎng)、(b)哈爾濱探空

3.2.2 水汽條件

霧過程：通常情況下，大霧發(fā)生的前期會(huì)有降水，而本次大霧天氣發(fā)生前期，黑龍江省無(wú)明顯降水，從15日02時(shí)起黑龍江省西南大部分地區(qū)的相對(duì)濕度迅速升高到90%以上，1000 hPa的比濕平均達(dá)到6 g/ kg以上，西南部有明顯濕區(qū)，這說明近地層有西南暖濕氣流大量向黑龍江省輸送，這為大霧的發(fā)生和持續(xù)提供了充足的水汽條件；

圖2 11月4日08時(shí)(a)925 hPa溫度場(chǎng)、(b)哈爾濱探空

霾過程：本次霾發(fā)生前期無(wú)明顯降水，地表干燥，對(duì)流層中低層無(wú)水汽輸送，因此相對(duì)濕度在45%上下浮動(dòng)，700、850 hPa觀測(cè)顯示強(qiáng)盛的干冷西北氣流，925 hPa上溫度露點(diǎn)差達(dá)到8℃；1000 hPa比濕平均不到2 g/kg，對(duì)流層中低層大氣十分干燥狀態(tài)。

3.2.3 風(fēng)力條件

霧過程：15日02—10時(shí)黑龍江省大部分地區(qū)風(fēng)力較小，維持在3-5 m/s的偏南微風(fēng)，難以將水汽與污染物吹散，且吉林省當(dāng)日也出現(xiàn)區(qū)域性大霧天氣，即大氣流動(dòng)性小，極利于大霧天氣的產(chǎn)生與維持。地面風(fēng)一致為偏南風(fēng)，平均風(fēng)力小于4 m/s，不利于大霧天氣消散。

霾過程：11月4—5日黑龍江省西南部地區(qū)平均風(fēng)力在2 m/s，相比較霧過程，大氣流動(dòng)性更小極利于霾天氣的產(chǎn)生與長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)；此氣象條件不利于近地層污染物向周圍地區(qū)擴(kuò)散；地面觀測(cè)資料顯示地面風(fēng)向有弱輻合，為污染物抬升提供動(dòng)力條件，使霾的厚度增加，促使其發(fā)展和維持。

3.3 AQI（空氣質(zhì)量指數(shù)）

霧過程：兩次災(zāi)害天氣過程時(shí)間相差20 d，本次霧發(fā)生于供暖初始時(shí)期，由供暖而排放的污染物相對(duì)較少；10月15日AQI為110，屬于輕度污染等級(jí)；污染物相對(duì)較少，因此在適宜的氣象條件下消散得較快；

霾過程：本次霾發(fā)生于11月，全省全面供暖，外加農(nóng)民開始焚燒秸稈還田,秸稈不充分燃燒，近地層大氣彌漫大量煙燼，這些不完全燃燒顆粒物是造成本次黑龍江省重度霾天氣的重要因素之一，且霾發(fā)生前期全省也無(wú)明顯降水，污染物大量積累，大慶、綏化AQI一度達(dá)到500，對(duì)穩(wěn)定的氣象條件十分敏感，AQI迅速增加的時(shí)間轉(zhuǎn)折點(diǎn)與大氣能見度大幅度降低的時(shí)間轉(zhuǎn)折點(diǎn)非常一致；燒荒活動(dòng)減少后，空氣質(zhì)量指數(shù)很快得到好轉(zhuǎn)，能見度逐漸增加。

4 消散

霧過程中，10月15日10時(shí)起，伴隨著風(fēng)力的加大，云系散開，太陽(yáng)短波輻射加強(qiáng)，水汽與污染物被吹散，同時(shí)高空850 hPa有冷平流，破壞了原本就不深厚的逆溫層結(jié)，大氣逐漸轉(zhuǎn)為靜力不穩(wěn)定，上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，大霧開始消散。

霾過程中，11月5日午后伴隨著農(nóng)民焚燒秸稈活動(dòng)（燒荒）減少，擴(kuò)散到大氣中的污染物顆粒物減少，同時(shí)伴隨著冷高壓逐漸移入黑龍江省，風(fēng)力逐漸加大，霾逐漸消散。

5 小結(jié)

（1）霧與霾發(fā)生時(shí)對(duì)流層中低層都會(huì)存在逆溫層，逆溫層越厚（?。F或霾維持的時(shí)間越長(zhǎng)（短）；

（2）地面風(fēng)向的輻合利于霾的發(fā)展和維持；

（3）高空暖脊或穩(wěn)定偏西氣流以及地面低壓共同影響的情況下，對(duì)流層中低層西北氣流利于發(fā)生霾，偏南氣流利于發(fā)生霧（在相似且適宜的大氣環(huán)流背景下，水汽輸送的有無(wú)是發(fā)生霧或霾的關(guān)鍵點(diǎn)）；

（4）霧與霾在一定的環(huán)境條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的；

（5）對(duì)于黑龍江省來(lái)說，改變傳統(tǒng)燒荒還田的方式，減少污染顆粒霧的排放，是提高空氣質(zhì)量、減少霧霾天氣的有效途徑；

（6）AQI變化趨勢(shì)可以作為對(duì)霧和霾預(yù)報(bào)的著眼點(diǎn)，在未來(lái)的實(shí)際工作中，可以在秋季和冬季（霧霾高發(fā)季節(jié)）增強(qiáng)與環(huán)保部門的會(huì)商，數(shù)據(jù)信息共享，借助AQI變化趨勢(shì)提高對(duì)霧霾天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。

本文僅是針對(duì)兩次過程進(jìn)行研究，并沒有研究歷史個(gè)例，因此進(jìn)一步利用歷史個(gè)例氣象資料，開展黑龍江省霧、霾天氣的研究，對(duì)于深入認(rèn)識(shí)氣象因子、AQI因子在霧、霾天氣產(chǎn)生中的作用無(wú)疑具有重要的意義。

［1］張人禾,李強(qiáng),等.2013年1月中國(guó)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(guó)科學(xué),2014,4(1): 21-36.

［2］W itiw M R,LaDochy S.Trends in fog frequencies in the Los Angeles Basin[J].Atmos Res,2008，87:293-300.

［3］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),2008，19:1-9.

1002－252X(2017)01－0017－03

2017－1－1

高賽男(1989-),女，黑龍江省綏化市人，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，碩士生，助理工程師.