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        沈陽市區(qū)灰霾污染的外來影響因素

        2017-11-25 07:54:11吳宇童柴曉玲李曉鷗
        吉林農(nóng)業(yè) 2017年23期
        關(guān)鍵詞:天氣形勢灰霾長白山

        吳宇童 ,程 墨 ,李 崇 ,柴曉玲 ,魯 楊 ,李 典 ,李曉鷗

        (1.沈陽市氣象局;2.中國人民解放軍93307部隊,遼寧沈陽110100)

        沈陽市區(qū)灰霾污染的外來影響因素

        吳宇童1,程 墨2,李 崇1,柴曉玲1,魯 楊1,李 典1,李曉鷗1

        (1.沈陽市氣象局;2.中國人民解放軍93307部隊,遼寧沈陽110100)

        本文利用空氣質(zhì)量監(jiān)測資料、地面氣象資料分析得出,沈陽市區(qū)灰霾天氣形勢分別為高壓均壓場型、長白山小高壓型、弱低壓場型、地形槽型四類。通過計算沈陽站(41.83N,123.4E)氣團(tuán)的后向軌跡,沈陽地區(qū)灰霾污染外來影響主要有兩個:一是西南的京津冀方向,主要天氣形勢為高壓后部西南大風(fēng)型;二是偏北的內(nèi)蒙古和吉林方向,主要影響天氣形勢為高壓前、內(nèi)部和長白山小高壓型。

        灰霾;天氣分型;外來影響;影響機制

        霾[1-3]是近年來主要污染空氣的問題之一,隨著我國城市化和工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn),灰霾污染發(fā)生頻率不斷增加,成霾區(qū)域面積也開始增大,持續(xù)時間長的灰霾事件的根本原因是大氣中的 PM2.5或PM10及其前體污染物(SO2、NO2、NH3等)嚴(yán)重超過了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境容量,當(dāng)與持續(xù)出現(xiàn)的靜穩(wěn)天氣相配合時,將有利于污染物的二次積累,從而不利于污染物擴(kuò)散。同時灰霾污染出現(xiàn)了區(qū)域性污染的特征,各區(qū)域間空氣污染相互影響日益嚴(yán)重[4-6]。由于天氣系統(tǒng)的多樣性及其尺度影響的跨地理區(qū)域的特性,一個區(qū)域或一個城市群的污染及其污染物的排放,有可能造成跨區(qū)域的影響。為了進(jìn)一步提高霾天氣預(yù)報水平,在研究霾天氣預(yù)報指標(biāo)的同時,也要研究當(dāng)?shù)匚廴疚锓e累,天氣形勢變化及污染物的長距離輸送。

        1 沈陽市區(qū)灰霾污染過程天氣形勢分型

        本文將 AQI(Air Quality Index)為 3 級(>150)以上且主要污染物為可吸入顆粒物的污染作為灰霾污染。

        圖1 2015年沈陽市區(qū)AQI日均值分布圖

        圖1為2015年沈陽市區(qū)AQI日均值分布圖。從圖中得知,2015年沈陽市區(qū)三級污染以上的灰霾污染有24個過程,共56天。其中,五級重度污染為23天,六級嚴(yán)重污染為6天,其余27天為四級中度污染。

        利用美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的空氣資源實驗室和澳大利亞氣象局聯(lián)合研發(fā)的用于計算和分析大氣污染物輸送、擴(kuò)散軌跡的專業(yè)模型(HYSPLIT-4)軌跡模式系統(tǒng)計算沈陽站(41.83°N,123.4°E)氣團(tuán)的后向軌跡,計算的時間起始點為每日08時,向后延至24小時,因為后向軌跡模擬結(jié)果的不確定度會隨著推算距離和時間的增加而變大,所以選取時間為24小時;軌跡的起始高度選取距地500米高度,因為1500米高度被廣泛的用于對流層自由大氣的區(qū)域輸送研究中,但氣溶膠主要分布于邊界層以內(nèi),500米高度對氣溶膠有更大的影響,所以軌跡的高度選用500米。計算發(fā)現(xiàn)在灰霾污染的56天中有38天氣團(tuán)來自不同方向的遠(yuǎn)距離輸送,占灰霾天氣的67.9%,具有重要研究意義。

        利用現(xiàn)代化人機交互氣象信息處理和天氣預(yù)報制作系統(tǒng)(Micaps)資料研究灰霾污染日天氣形勢,灰霾污染過程的天氣分型可分為5類,即高壓均壓場型、長白山小高壓型、弱低壓場型、地形槽型、鞍型場型,下面主要對高壓均壓場型、長白山小高壓型、弱低壓場型和地形槽型這4種天氣類型的污染天數(shù)、天氣形勢和污染機制進(jìn)行分析。圖2是高壓均壓場型、長白山小高壓型、弱低壓場型、地形槽型,4類天氣類型代表日的海平面氣壓場和850hPa溫度場疊加圖。

        圖2天氣形勢圖(a高壓均壓場型;b長白山小高壓型;c弱低壓場型;d地形槽型)

        1.1 高壓均壓場型

        該種天氣形勢下發(fā)生灰霾污染的天數(shù)為35天,占2015年AQI指數(shù)3級以上污染天數(shù)的63%。以高壓后均壓場型和高壓內(nèi)部均壓場型為例,分析污染形成機制。

        1.1.1 高壓后均壓場型 高壓均壓場形勢下灰霾污染天氣中高壓后均壓場型有16天占46%,3月27日和29日均屬于高壓后部型。此時沈陽地區(qū)地面形勢南高北低,沈陽地區(qū)受低壓控制,華東及東海海域大部地區(qū)維持高壓。沈陽處于高壓后部低壓前部,形成氣壓梯度很大的西南大風(fēng),加之春季地表干燥,易形成揚沙或浮塵天氣,造成灰霾污染。

        1.1.2 高壓內(nèi)均壓場型 高壓均壓場形勢下灰霾污染天氣中高壓內(nèi)均壓場型有7天占20%,12月7日屬于典型的高壓內(nèi)部型。沈陽地區(qū)受大范圍高壓控制,風(fēng)速較小,并伴有空氣的下

        沉運動,同時存在逆溫層,抑制了湍流發(fā)展和污染物的擴(kuò)散,造成污染物累積,形成高污染天氣。

        表1 2015年沈陽市區(qū)AQI指數(shù)3級以上污染的天氣分型及污染源來向統(tǒng)計

        1.2 長白山小高壓型

        長白山小高壓型天氣型下發(fā)生灰霾天氣污染日數(shù)為5天,代表日期為1月12日。沈陽地區(qū)處于大范圍高壓控制,在長白山地區(qū)出現(xiàn)閉合的長白山小高壓,高壓底部提供冷濕氣流,造成地面逆溫,夜間晴空輻射作用下逆溫強度加強,大氣層結(jié)趨于穩(wěn)定,污染得不到有效擴(kuò)散。

        1.3 弱低壓場型

        弱低壓場型發(fā)生灰霾天氣的日數(shù)為7天,2月15日就屬于低壓內(nèi)部弱低壓場型。15日華東地區(qū)低壓入海北上,沈陽地區(qū)位于低壓頂部倒槽附近,朝鮮高壓的后部,伴隨著濕潤的偏南風(fēng),850hPa為脊前冷氣流,500hPa處于槽前冷平流控制,此天氣型一般伴隨著大霧天氣同時發(fā)生。

        1.4 地形槽型

        地形槽型發(fā)生灰霾天氣的日數(shù)為6天,11月7~9日為地形槽型的典型代表日期。地面受江淮氣旋頂部控制,在華北地區(qū)形成地形槽,地面吹東北或東南風(fēng),850hPa受暖脊控制,500hPa為槽前暖濕氣流,不易于污染物的擴(kuò)散。

        2 受外來影響的灰霾天氣類型

        通過表1,對2015年沈陽市區(qū)AQI指數(shù)為3級以上污染的天氣分型及500米高度上24小時后向污染來源方向進(jìn)行統(tǒng)計。

        從污染日的來流方向看,氣流來向為西,西南方向的有29天,占52%;來向為西北和偏北方向的有25天,占45%;其余只有2天來自偏東方向。在56天后向氣流軌跡中,除了有遠(yuǎn)距離輸送還有局地饒璇型(見圖3),將局地饒璇型剔除后,有38天灰霾日污染物來源于遠(yuǎn)距離輸送。

        圖3 12月14日08時起500米高度24小時氣團(tuán)后向軌跡

        表2 2015年沈陽3級以上空氣污染過程中高壓后均壓場型污染物來源方向統(tǒng)計和前期及同期北京地區(qū)空氣質(zhì)量狀況

        其中來自西、南和西南方向的天數(shù)為12天,占31.6%,在這12天中有8天是高壓均壓場型,其中7天是高壓后部西南大風(fēng)型。這說明京津冀地區(qū)由西南向東北區(qū)域遠(yuǎn)距離傳送與高壓后部西南大風(fēng)型有密切聯(lián)系。來自北和西北方向的天數(shù)為23天,占41.1%,其中高壓前、內(nèi)部和長白山小高壓型有18天,是該方向的主要天氣類型。表2顯示2015年沈陽3級以上空氣污染過程中高壓后均壓場型污染物來源方向統(tǒng)計和前期及同期北京地區(qū)空氣質(zhì)量狀況。高壓后均壓場型沈陽地區(qū)出現(xiàn)灰霾污染時北京地區(qū)也出現(xiàn)了同等或更嚴(yán)重等級的污染。同2015年沈陽3級以上空氣污染過程中高壓內(nèi)、前和長白小高壓型沈陽地區(qū)為灰霾天氣時,長春地區(qū)前期或同期也出現(xiàn)了同等或更嚴(yán)重等級的污染。

        所以,沈陽地區(qū)灰霾污染外來影響主要有兩個:一是西南的京津冀方向,主要天氣形勢為高壓后部西南大風(fēng)型;二是偏北的內(nèi)蒙和吉林方向,主要影響天氣形勢為高壓前、內(nèi)部和長白山小高壓型。

        3 結(jié)論

        通過對沈陽市區(qū)AQI指數(shù)3級以上空氣污染日的分析可以看出:沈陽地區(qū)灰霾天氣影響的天氣形勢共4類,分別為高壓均壓場型、長白山小高壓型、弱低壓場型、地形槽型。

        沈陽地區(qū)灰霾污染外來影響因素主要有兩個:一是西南的京津冀方向,主要天氣形勢為高壓后部西南大風(fēng)型;二是偏北的內(nèi)蒙和吉林方向,主要影響天氣形勢為高壓前、內(nèi)部和長白山小高壓型。

        [1]吳兌,吳曉京,李菲,等.1951-2005年中國大陸霾的時空變化[J].氣象學(xué)報,2010,68(05):680-688.

        [2]吳兌.霾與霧的識別和資料分析處理 [J].環(huán)境化學(xué),2008,27(03):327-330.

        [3]吳兌.近十年中國灰霾天氣研究綜述[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2012,32(02):257-269.

        [4]陳煥盛,王自發(fā),吳其重,等.亞運時段廣州大氣污染物來源數(shù)值模擬研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2010,30(11):2145-2153.

        [5]王喜全,楊婷,王自發(fā).灰霾污染的跨控制區(qū)影響——一次京津冀與東北地區(qū)灰霾污染個案分析[J].氣候與環(huán)境研究,2011,16(06):690-696.

        [6]蘇福慶,楊明珍,鐘繼紅,等.華北地區(qū)天氣型對區(qū)域大氣污染的影響[J].環(huán)境科學(xué)研究,2004,17(03):16-20.

        P429

        A

        10.14025/j.cnki.jlny.2017.23.063

        吳宇童,本科學(xué)歷,助理工程師,研究方向:天氣預(yù)報、預(yù)警。

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