王明潔，賀佳佳，王書欣，張蕾

深圳南方強天氣研究重點實驗室，廣東 深圳 518040

大氣污染是自然環(huán)境條件和人類活動等多種因素共同作用的綜合表現(xiàn)。隨著中國經濟的發(fā)展，城市化快速發(fā)展以及機動車保有量的大幅增加，城市環(huán)境惡化，尤其在人口密集的城市，空氣質量問題尤為突出（李小飛等，2012；任婉俠等，2013）。城市大氣污染物濃度是由排放源、區(qū)域內輸送和大氣擴散能力共同決定的（Giorgi et al.，2007），城市的地形地貌、氣象條件等諸多因素直接影響著大氣環(huán)境，氣象條件對污染物的擴散、稀釋、輸送、轉化有著至關重要的作用（張強，2001，2003；隋珂珂等，2009；鄧利群等，2012；趙敬國等，2013；蔡仁等，2014；Li et al.，2014；符傳博等，2016）。當污染物排放呈準定常狀態(tài)時，大氣環(huán)流形勢決定著氣象狀況和天氣現(xiàn)象的發(fā)生發(fā)展，與大氣污染有密切的聯(lián)系（Ziomas et al.，1995；McGregor et al.，1995；李霞等，2012；楊武等，2013；王郁等，2012）。珠江三角洲地區(qū)是中國經濟發(fā)展快、經濟總量大、綜合實力強的地區(qū)之一，隨著區(qū)域資源和能源的大量消耗，多種大氣污染物高強度集中排放，大氣污染呈現(xiàn)區(qū)域性、復合性、壓縮性特征（陳燕等，2005；劉一鳴等，2014）。在特定的天氣形勢下，珠江三角洲城市群區(qū)域易形成高濃度污染事件（鄧雪嬌等，2006）。廖志恒等（2015）利用粵港珠江三角洲區(qū)域空氣監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了珠三角地區(qū)污染物的時空變化，發(fā)現(xiàn) 2006—2012年珠三角地區(qū) SO2、NO2和PM10濃度呈下降趨勢，O3濃度呈上升趨勢。李穎敏等（2011）利用加強觀測資料，分析了秋季珠江三角洲污染氣象特征，得到秋季造成珠江三角洲空氣污染的典型天氣形勢及其與氣象要素的關系。Fan et al.（2008）通過邊界層探測試驗，發(fā)現(xiàn)大陸高壓、臺風外圍下沉氣流以及海陸風效應會導致珠三角地區(qū)污染物的高濃度積累。吳蒙等（2103）研究了臺風過程珠江三角洲邊界層特征及其對珠江三角洲地區(qū)空氣質量的影響，發(fā)現(xiàn)當臺風中心位于粵東及福建以東海域時，臺風外圍的下沉氣流會對珠江三角洲地區(qū)空氣質量產生強烈影響。陳訓來等（2008）分析了香港地區(qū)空氣污染指數(shù)特征以及典型天氣形勢對香港地區(qū)空氣污染的影響。

深圳地處珠江三角洲城市群，改革開放以來，經濟快速發(fā)展、城市規(guī)模不斷擴大，空氣質量惡化，引起政府和社會各界的高度重視。深圳市人居環(huán)境委和氣象局建立了大氣成分實時監(jiān)測站網，實現(xiàn)了PM2.5等大氣成分的實時在線監(jiān)測和數(shù)據(jù)共享，并于2013年率先在全國開展了基于AQI的空氣質量預警預報工作。本研究利用深圳空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)、ECMWF再分析資料以及溫度、濕度等自動氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析深圳市大氣污染時空分布和污染日典型大氣環(huán)流形勢特征，以期為深圳大氣污染的預警預報、防治及其影響評估提供科學依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料說明

本文所涉及的空氣質量監(jiān)測資料由深圳市環(huán)境監(jiān)測中心提供，包括2013—2015年深圳市空氣質量日報、11個國控站的逐時、逐日平均資料，監(jiān)測點位置見圖1。站點布設、監(jiān)測設備、監(jiān)測方法、數(shù)據(jù)有效性等方面均符合《環(huán)境空氣質量監(jiān)測點布設技術規(guī)范 HJ 664—2013》、《環(huán)境空氣質量監(jiān)測規(guī)范（試行）》等有關要求，數(shù)據(jù)已經過環(huán)保部審核；2013—2015年深圳污染日08:00和20:00 ECMWF再分析資料，包括500 hPa、850 hPa高度場、風場以及海平面氣壓等資料，空間分辨率為2.5°×2.5°，時間分辨率為6 h；深圳市觀瀾自動氣象站溫度、濕度、風向風速、小時雨量等逐時氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，來自深圳市氣象局，相關氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)已通過廣東省氣象探測數(shù)據(jù)中心審核。

圖1 深圳市空氣質量監(jiān)測站點分布圖Fig.1 Distribution of air quality monitoring stations in Shenzhen

1.2 方法

1.2.1 空氣質量等級的劃分

空氣質量指數(shù)（AQI）是定量描述空氣質量狀況的無量綱指數(shù)，以 PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3作為分級污染物。目前中國以 AQI指數(shù)來評價空氣質量狀況，根據(jù)《環(huán)境空氣質量指數(shù)（AQI）技術規(guī)定(試行)》（JH633—2012），將空氣污染指數(shù)（AQI）級別分為 6級：優(yōu)（0～50）、良（51～100）、輕度污染（101～150）、中度污染（151～200）、重度污染（201～300）、嚴重污染（＞300）。

1.2.2 污染時空特征分析方法

以全市平均 AQI＞100的污染天氣作為研究對象，按照月、季、年統(tǒng)計不同時段深圳市全市和11個國控站各等級污染日數(shù)所占百分率及出現(xiàn)頻次，以及污染日首要污染的出現(xiàn)概率，分析深圳大氣污染時空變化特征；選取深圳市污染最嚴重的觀瀾子站作為分析對象，分析污染天氣的發(fā)生與風向、風速、降雨量、相對濕度等氣象條件的關系。

1.2.3 污染天氣分型方法

參照李霞等（2012）和王健等（2013）污染天氣環(huán)流分型方法，普查 2013—2015年深圳污染日08:00和20:00地面天氣圖和500 hPa高空天氣圖，在考慮歐亞范圍環(huán)流形勢特點的基礎上，重點關注0°～40°N，90°～120°E 范圍內的主要影響系統(tǒng)及深圳位于該系統(tǒng)的位置，確定污染日天氣形勢類型。

1.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù) 2013—2015年深圳市日空氣質量數(shù)據(jù)資料，確定污染日期和日數(shù)，利用Excel軟件統(tǒng)計月、季、年平均污染日數(shù)和污染日的各類首要污染物出現(xiàn)概率，分析深圳污染的時間變化特征；根據(jù)深圳市 11個國控站的日數(shù)據(jù)，統(tǒng)計和計算各站點的不同等級污染日數(shù)和出現(xiàn)頻率，利用Surfer軟件中克里格法（Kringing）實現(xiàn)數(shù)據(jù)網格化，制作了深圳市污染天氣概率空間分布圖，探討深圳大氣污染的空間分布特征。

根據(jù) 2014—2016年觀瀾子站逐時空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)以及相應自動氣象站風向、風速、相對濕度、降雨量等氣象資料，利用Excel軟件統(tǒng)計了污染天氣發(fā)生時風向、不同等級風速、降雨量及相對濕度出現(xiàn)頻率，分析污染天氣發(fā)生與氣象條件的關系。

基于ECMWF再分析資料，利用Grads軟件繪制了污染日當天08:00和20:00的地面、500 hPa和850 hPa天氣形勢圖，分析污染天氣發(fā)生的典型環(huán)流形勢。

2 深圳市大氣污染變化特征

2.1 大氣污染年際變化

圖2 2013—2015年深圳市各級AQI頻率分布Fig.2 Frequency distribution of AQI in Shenzhen from 2013 to 2015

利用深圳市空氣質量日報數(shù)據(jù)，統(tǒng)計了 2013—2015年深圳市各級AQI出現(xiàn)概率。圖2所示為2013—2015年深圳市各級 AQI概率分布，由圖 2可知，2013—2015年深圳市空氣質量呈轉好趨勢，空氣質量優(yōu)良率由2013年的89%上升到2015年的96%以上，污染日占比由 11%下降至 4%以下，且污染以輕度污染為主，僅2013年出現(xiàn)了中度污染。2013年是3年中空氣質量最差的一年，污染日數(shù)達35 d（11%），且有5 d達到中度污染等級；2014年和2015年污染日數(shù)分別下降至14 d和12 d，且全部為輕度污染，空氣質量呈現(xiàn)明顯轉好的趨勢，同期深圳能見度好轉，霾日數(shù)持續(xù)減少，至 2015年霾日數(shù)下降至35 d。這與近年來深圳市政府開展產業(yè)結構調整和節(jié)能減排等措施密切相關，深圳進一步調整了二三產業(yè)結構，大力發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)，淘汰和轉型低端產業(yè)，如鋼鐵、水泥、電解鋁、煤炭等重污染企業(yè)，至 2015年二三產業(yè)比重分別為41.2%、58.8%，戰(zhàn)略性新興產業(yè)增加值逐年增長，2013年增長20.5%，2014年增長13.5%，2015年增長16.1%。

2.2 大氣污染月季變化

圖3 2013—2015年深圳污染日數(shù)月變化Fig.3 Monthly variation of air pollution days of Shenzhen from 2013 to 2015

圖3所示為2013—2015年深圳污染日數(shù)月變化曲線。由圖3可知，深圳市污染天氣有明顯的季節(jié)變化特征：12月污染日數(shù)最多（18 d，約占全年27%），其次是1月和10月，分別為17 d和15 d；5—6月空氣質量最好，未出現(xiàn)污染天氣；2—9月污染日數(shù)均在2～3 d。深圳污染天氣的這種季節(jié)變化特征與深圳所處的地理位置和天氣氣候特點有關。深圳屬于副熱帶季風氣候，4—9月是深圳的雨季，特別是5—6月，西南季風活躍，降雨頻繁，來自海上的西南季風有利于空氣中污染物的擴散，降雨的濕沉降作用利于空氣中污染物的沉降；7—8月雖然是降雨最多的月份，但同時也是臺風影響最多的月份，受臺風外圍下沉氣流影響，常使空氣質量轉差，甚至造成污染。秋冬季降雨明顯減少，冷空氣活動頻繁，盛行偏北風，偏北氣流將北方顆粒污染物輸送至南方，且冬季靜風頻率加大，是一年中深圳風力最弱的季節(jié)，逆溫天氣頻率較高，大氣擴散條件差，造成空氣污染物長時間堆積，導致污染物濃度增高，空氣質量轉差，達到污染等級，絕大多數(shù)中度污染天氣出現(xiàn)在12月，與李穎敏等（2011）的研究一致。

2.3 大氣污染持續(xù)時間分析

為了解深圳污染天氣持續(xù)狀況，定義一次污染過程持續(xù)日數(shù)為從第一天達到污染標準到空氣質量轉好日之間的天數(shù)，將不同持續(xù)時間出現(xiàn)次數(shù)與污染過程總次數(shù)之比定義為出現(xiàn)頻率，按照上述方法，計算 2013—2015年深圳污染過程不同持續(xù)時間出現(xiàn)頻率（圖略）。深圳污染過程一般持續(xù)1～2 d，約86%的污染過程持續(xù)時間在2 d以內，其中55%的污染過程在 24 h內完成空氣質量由差轉好的過程；持續(xù)時間≥3d的頻率約為14%，3年來污染過程最長持續(xù)時間為15 d（出現(xiàn)在2013年12月22日—2014年1月6日)。為了解不同季節(jié)污染過程持續(xù)時間的差異，按月統(tǒng)計了深圳污染過程不同持續(xù)時間出現(xiàn)頻次（圖4）。由圖4可知，深圳污染過程持續(xù)時間也有明顯的季節(jié)變化，長時間的污染過程（≥3 d）出現(xiàn)在秋冬季（10月—翌年1月），其中持續(xù)時間超過5 d的污染過程出現(xiàn)在1月和12月，2013—2015年3年間12月共出現(xiàn)過2次持續(xù)時間≥5 d的污染過程，夏季和秋季出現(xiàn)的污染過程持續(xù)時間均在 1～2 d。由上述分析可知，冬季易出現(xiàn)持續(xù)時間長的污染過程，因此冬季是大氣污染預警預報的重點關注期。

圖4 深圳污染過程持續(xù)時間頻次月分布Fig.4 Frequency distribution for persistent days in air pollution process of Shenzhen

2.4 污染日污染特征

為了解污染的形成原因，統(tǒng)計了2013—2015年深圳市污染日首要污染物出現(xiàn)概率（圖5）。由圖5可知，造成深圳市污染天氣的主要污染因子是細顆粒物（PM2.5）、臭氧（O3）和二氧化氮（NO2），其中約 75%的污染天氣是由 PM2.5濃度增加引起的，其次是O3（19%）和NO2（4.8%）。由主要污染因子年際變化趨勢看，PM2.5和 NO2引起的污染天氣呈現(xiàn)下降趨勢，但O3造成的污染呈上升趨勢。2014年和2015年均未出現(xiàn)由NO2造成的污染天氣，PM2.5造成污染的概率由 82%下降至33%，O3造成的污染的概率由 2013年 9.8%上升到2015年的66.7%。以上分析結果表明，雖然深圳空氣質量總體向好，但光化學污染越來越嚴重，已成為深圳大氣污染的主要形式之一，應引起充分的重視。造成污染天氣的首要污染物有明顯的季節(jié)特征（圖略），冬季（12—2月）首要污染物全部是PM2.5，夏季（7—9月）全部是O3，春季和秋季出現(xiàn)污染天氣的概率低于10%，但由于處于天氣系統(tǒng)轉換季節(jié)，三類污染物均會出現(xiàn)。由于引起污染天氣的首要污染物有明顯的季節(jié)特征，在空氣質量預報預警服務中，不同季節(jié)應關注不同污染物的變化，冬季重點關注PM2.5濃度的變化，夏季需特別關注O3濃度的變化。

圖5 深圳污染日首要污染物統(tǒng)計Fig.5 Probability distribution for primary air pollutant in air pollution day of Shenzhen

2.5 大氣污染區(qū)域分布特征

污染天氣的發(fā)生與氣象條件、地形以及周邊城市污染源排放等因素密切相關，從而造成了污染天氣空間分布的差異性。選取 2013—2015年深圳市 11個國家環(huán)境空氣質量監(jiān)測子站的日數(shù)據(jù)，將各站點污染日數(shù)與總樣本數(shù)的比定義為出現(xiàn)頻率，統(tǒng)計了各站點不同等級污染天氣出現(xiàn)頻率，并利用Surfer軟件中的克里格法（Kringing）實現(xiàn)數(shù)據(jù)網格化，繪制了深圳市污染天氣概率空間分布圖（圖6）。由圖6(a)可知，深圳市輕度污染天氣空間差異性較大，東部地區(qū)空氣質量優(yōu)于西部，東部沿海地區(qū)空氣質量最好。西部地區(qū)污染天氣概率為10%～15%，東部3%～10%，東部沿海地區(qū)＜5%。由圖6(b)可知，中度污染天氣總體空間差異性較小，除東部沿海地區(qū)中度污染的概率低于0.5%外，其他各區(qū)均在1%～3%之間。深圳市污染天氣空間分布的差異性，與其地理環(huán)境和周邊城市污染源排放密切相關。東部沿海地區(qū)與大亞灣和大鵬灣相鄰，來自海上的清潔空氣利于空氣的凈化，寶安區(qū)和龍崗區(qū)是深圳的工業(yè)集中區(qū)，且與東莞、惠州接壤，在有利于污染天氣的大氣環(huán)流背景條件下，珠三角地區(qū)的污染物向南輸送，從而導致本地污染物和外地輸送在深圳疊加，造成污染天氣出現(xiàn)或加劇。

圖6 2013—2015年深圳污染天氣出現(xiàn)概率空間分布Fig.6 Spatial distribution of probability of air pollution in Shenzhen during 2013—2015

3 污染天氣與氣象條件的關系分析

城市的污染物排放、地形地貌改變、氣象條件等諸多因素直接影響著大氣環(huán)境。在污染源排放相對穩(wěn)定的條件下，溫度、風向風速、濕度、大氣穩(wěn)定度等氣象條件對空氣質量狀況起主導作用（周兆媛等，2014；郭勇濤等，2011）。選取深圳市污染最嚴重的觀瀾子站作為分析對象，利用2014—2016年觀瀾子站逐時空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)及自動氣象站風向、風速、相對濕度、降雨量等氣象資料，統(tǒng)計了污染天氣發(fā)生時風向、不同等級風速和降雨量以及相對濕度出現(xiàn)頻率（表1）。

風速的大小決定了局地污染物水平輸送擴散率的高低。由表1可知，污染天氣往往出現(xiàn)在風力微弱的狀態(tài)下，觀瀾子站污染發(fā)生時約80%風速低于3 m·s-1，其中1～2 m·s-1最多；隨著風速加大，污染出現(xiàn)概率明顯下降，污染出現(xiàn)在4 m·s-1以上風速的概率僅有4.8%。污染與風向有密切的關系，風向決定大氣污染物平流輸送的路徑，高污染濃度值常出現(xiàn)在大氣污染源的下風方。深圳污染天氣發(fā)生時風向在N到ENE至NNW方位（達到60%），即弱北風時深圳易出現(xiàn)污染天氣。北風一方面有利于將珠三角地區(qū)的污染物向深圳輸送，另一方面，污染天氣發(fā)生時通常風力微弱，海陸風效應明顯，白天由海上吹向陸地的海風與弱北風在深圳形成風向輻合區(qū)，污染物在風向輻合區(qū)域內堆積，導致污染天氣出現(xiàn)或進一步加劇，這與吳兌等（2016）的研究結論一致。

相對濕度（RH）會影響氣溶膠的大小、形狀和消光。鄧利群等（2012）研究認為，在一定的濕度范圍內，相對濕度越大越有利于形成顆粒物，在高濕度情況下更容易發(fā)生嚴重污染。深圳的污染天氣多出現(xiàn)在 40%～80%濕度范圍內，隨著相對濕度增大，污染加重；相對濕度在 60%～80%時，中度污染出現(xiàn)頻率達到56.6%，與鄧利群等（2012）的研究一致。污染天氣多發(fā)生在無雨的天氣下，概率在95%以上，僅有不到4%的污染天氣發(fā)生時有降雨出現(xiàn)，且以弱降雨為主，90%以上降雨1 h雨量在1 mm以下。對比分析輕度污染和中度污染數(shù)據(jù)可知，污染越嚴重，出現(xiàn)弱降雨的概率越高。這是因為雖然強降雨會造成空氣中污染物發(fā)生濕沉降，使空氣質量得到改善，但微弱降雨不但不能促使空氣中污染物的沉降，反而使得污染物吸濕膨脹，加劇空氣質量惡化。

4 深圳污染過程典型環(huán)流形勢分析

污染天氣特別是中重度污染天氣與氣象條件密切相關，是在一定的大尺度環(huán)流形勢下發(fā)生的（鄧雪嬌等，2006）。2013—2015年深圳共出現(xiàn)68個污染日。分析污染日地面天氣系統(tǒng)的演變，并綜合分析850 hPa和500 hPa高低空環(huán)流特征，發(fā)現(xiàn)深圳污染天氣過程可分為兩類：大陸高壓型、熱帶氣旋型（表2）。大陸高壓型最多，接近90%，主要出現(xiàn)在秋冬季節(jié)；熱帶氣旋型主要發(fā)生在夏季（7—9月）。按照深圳處于地面天氣系統(tǒng)的位置及高空影響系統(tǒng)的不同，大陸高壓型可分為高壓脊型和高壓后部型，熱帶氣旋型分為副熱帶高壓型和槽后偏北氣流疊加型。

表2 深圳污染日天氣分型統(tǒng)計Table2 The weather pattern in air pollution day of Shenzhen

4.1 大陸高壓型

4.1.1 高壓脊型

根據(jù)污染日500 hPa環(huán)流形勢特點可將高壓脊型分為緯向環(huán)流型和經向環(huán)流型。（1）經向環(huán)流型：這種環(huán)流形勢下（圖7a），500 hPa經向度大，中高緯度為兩槽一脊形勢，東亞大槽南可伸至25°N，槽后冷空氣南下侵入到華南地區(qū)。地面北方有大范圍冷空氣南下，中國東部地區(qū)處于高壓區(qū)的控制之下，強冷高壓中心南可壓至 30°N附近，之后東移入海。華南地區(qū)處于地面高壓脊影響區(qū)域內，深圳地面表現(xiàn)為偏北風場，將北方的污染物不斷向南輸送，造成空氣中污染物濃度增大，空氣質量明顯下降。這種天氣形勢常出現(xiàn)在冬季，與強冷空氣活動配合，常伴隨大范圍的降溫過程。隨著冷空氣的逐漸減弱，地面等壓線逐漸變稀疏，北風減弱，且夜間易出現(xiàn)輻射逆溫，不利于污染物的垂直擴散，使得污染物進一步堆積，污染程度加劇，出現(xiàn)輕度甚至中度污染。這種大范圍強冷空氣影響過程，往往天氣系統(tǒng)穩(wěn)定，影響時間長，易造成持續(xù)時間長、影響程度強的污染天氣。如2013年12月由于冷空氣活動頻繁，受冷空氣持續(xù)補充影響，地面維持高壓脊控制，深圳出現(xiàn)持續(xù)時間最長的污染過程，僅12月記錄到18個污染日，其中中度污染日達到4 d。（2）緯向環(huán)流型：在這種形勢下（見圖7b），500 hPa經向度較小，中低緯度地區(qū)為平直環(huán)流多波動，常有弱槽東移或弱脊控制，多為偏北或偏西風場氣流。對應地面冷空氣一般強度較弱，深圳處于地面高壓脊的控制之下，等壓線稀疏，持續(xù)弱北風，大氣層結穩(wěn)定，氣象條件不利于污染物水平和垂直擴散，使得深圳出現(xiàn)污染天氣。4.1.2 高壓后部型

表1 污染發(fā)生時風速、降雨量、相對濕度頻率統(tǒng)計Table1 Frequency of the occurrence of air pollution corresponds to the different wind velocity ,precipitation and relative humidity

圖7 500 hPa高度場和風場Fig.7 500 hPa geopotential height and wind field

冷高壓中心從華東地區(qū)減弱東移入海，華南地區(qū)處于高壓后部的弱風區(qū)內（圖 8）。地面存在風向的轉變，由弱北風漸轉為偏東風控制。隨著冷空氣的進一步東移減弱低層850～925 hPa常轉為偏南風，將海上的清潔空氣向陸地輸送，從而使得空氣質量得到改善，這種形勢下出現(xiàn)的污染天氣一般持續(xù)時間短，污染程度低，全部是輕度污染。

圖8 2013年10月27日08∶00地面氣壓場Fig.8 Sea level pressure field at 08:00 BT 20 Oct 2013

4.2 熱帶氣旋型

臺風本身是個閉合性的強低氣壓系統(tǒng)，根據(jù)陳聯(lián)壽等提出的臺風概念模型，臺風的三維風場結構表現(xiàn)為臺風中心為強烈的上升運動，在臺風頂部流出，為補償臺風內部的上升氣流，在臺風系統(tǒng)移動方向的側緣和前進方向形成強下沉氣流。其下沉氣流影響區(qū)域內大氣層結穩(wěn)定，空氣污染物的輸送、擴散受到抑制，從而在臺風側緣形成大范圍污染物的增量區(qū)。臺風外圍下沉氣流影響是夏季造成珠江三角洲地區(qū)污染天氣的典型環(huán)流形勢。在這種形勢下，臺灣以東洋面有熱帶氣旋活動，熱帶氣旋在福建沿海地區(qū)登陸或呈拋物線型先西北方向移動，在臺灣東北部洋面轉向東北方向移動，華南大部分地區(qū)在臺風外圍下沉偏北氣流的控制下，污染物濃度特別是 O3濃度不斷上升，使得空氣質量轉差，出現(xiàn)污染天氣，污染程度全部是輕度污染。根據(jù)熱帶氣旋造成的污染過程500 hPa影響系統(tǒng)，可以將熱帶氣旋造成的污染天氣系統(tǒng)分為2類：副熱帶型和槽后西北氣流疊加型。

4.2.1 副熱帶高壓型

500 hPa副熱帶高壓成帶狀分布，位置偏北，主體控制長江流域，副高脊脊線位于30～40°N之間。熱帶氣旋在菲律賓以東太平洋洋面生成，沿著副熱帶高壓南側偏東氣流穩(wěn)定向西北方向移動，在福建沿海地區(qū)登陸后繼續(xù)向西北方向移動（圖9a）。一般當熱帶氣旋位于臺灣東部洋面時，其外圍偏北下沉氣流已開始影響華南沿海地區(qū)，深圳O3等污染物濃度開始增加，空氣質量轉差。隨著熱帶氣旋繼續(xù)西北行，太陽輻射增強，氣溫升高，O3濃度進一步增大，污染天氣出現(xiàn)。如2013年7月12—13日在受副熱帶高壓和1307號臺風“蘇力”下沉氣流的共同影響，深圳出現(xiàn)了持續(xù)2 d的輕度污染天氣。

4.2.2 槽后北氣流疊加型

500 hPa中高緯度呈兩槽一脊形勢，低緯度有西風槽東移，副熱帶高壓減弱東退。隨高空槽東移過境，副熱帶高壓東退至海上，華南大部分地區(qū)轉為西風槽后的西北氣流控制，低層（850～925 hPa）也逐漸轉為偏北氣流控制（見圖9b）。地面隨著熱帶氣旋靠近，華南沿海處在熱帶氣旋西側偏北氣流控制之下，熱帶氣旋外圍偏北氣流與西風槽后的西北氣流同位相疊加，這種天氣形勢配置下，不利于污染物的擴散，太陽輻射強，O3濃度增加，空氣質量明顯轉差，污染天氣出現(xiàn)。如2015年8月24—25日在西風槽和1515號臺風“天鵝”外圍下沉氣流的共同影響下，深圳出現(xiàn)了持續(xù)2 d的輕度污染天氣，隨著熱帶氣旋的遠離空氣質量逐漸轉好。

圖9 500 hPa高度場和風場Fig.9 500 hPa geopotential height and wind field

5 討論

本研究表明，2013—2015年深圳空氣質量轉好，污染天氣減少，這張寶春等（2011）、廖志恒等（2015）和肖悅等（2017）珠三角區(qū)域空氣質量轉好的研究結論一致，說明大氣污染的治理，需要區(qū)域聯(lián)防聯(lián)動，珠三角區(qū)域政府部門產業(yè)結構調整、重點污染源的整治、能源結構的調整、清潔能源的使用等一系列大氣污染治理措施，是區(qū)域空氣質量的優(yōu)化的主要原因。值得注意的是，雖然深圳空氣質量呈轉好趨勢，但污染形式出現(xiàn)明顯變化，O3污染的持續(xù)加重，光化學污染已成為越來越重要的污染形式，需引起政府部門足夠的關注。

深圳空氣質量、主要污染物以及天氣形勢均呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化規(guī)律，因此在空氣質量預報預警服務中，不同季節(jié)應關注不同污染物濃度的變化和天氣形勢的演變。當冬季出現(xiàn)大陸高壓型這種利于大氣污染出現(xiàn)的天氣形勢時，應重點關注PM2.5濃度的變化，當夏季西太平洋和南海有熱帶氣旋活動，應特別關注 O3濃度的變化。在實際空氣質量預報業(yè)務中，還應結合數(shù)值預報模式提供天氣形勢預報產品，開展并做好大氣污染的預警預估工作，從而為防災部門科學應對大氣污染提供技術支撐。由于深圳市開展 PM2.5等空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)時間較短，對于基于AQI的深圳空氣質量的變化趨勢研究還需要長時間監(jiān)測資料的積累。本文對于深圳市污染物的來源以及污染天氣發(fā)生發(fā)展的機理未作深入的研究，有待今后課題組繼續(xù)進行。

6 結論

（1）2013—2015年深圳市空氣質量呈轉好趨勢，污染日數(shù)逐年減少，污染以輕度污染為主（92.4%）。污染過程持續(xù)時間一般為1～2 d，時間持續(xù)≥5 d的污染過程均出現(xiàn)在冬季（12月和1月）。

（2）深圳市污染天氣的主要污染因子是 PM2.5（75%）、其次是O3（19%）和NO2（4.8%）。PM2.5和NO2引發(fā)的污染天氣呈現(xiàn)下降趨勢，而O3引發(fā)的污染天氣呈上升趨勢，這表明光化學污染成為深圳越來越重要的污染形式。

（3）深圳污染天氣和引發(fā)污染的主要污染物均具有明顯季節(jié)特征：污染秋冬季多，春夏季少，集中出現(xiàn)在12月和1月；冬季（12—2月）主要污染物全部是 PM2.5，夏季（7—9 月）是 O3，春秋季 PM2.5、O3和NO2三類污染物均會出現(xiàn)。

（4）深圳污染天氣空間差異性較大，總體呈現(xiàn)西多東少的分布，東部地區(qū)空氣質量優(yōu)于西部地區(qū)，東部沿海地區(qū)是深圳空氣質量最好的區(qū)域。

（5）深圳污染天氣易出現(xiàn)在無雨或微弱降雨、弱北風和濕度相對較大的氣象條件下。造成深圳污染天氣的典型天氣形勢可分為大陸高壓型和熱帶氣旋型兩類，其中大陸高壓型又分為高壓脊型和高壓后部型，熱帶氣旋型分為副熱帶高壓型和槽后偏北氣流疊加型。

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