劉暢，彭端，杜堯東，張羽，羅曉玲

1. 廣東省氣候中心，廣東 廣州 510640；2. 肇慶市氣象局，廣東 肇慶 526060

在大量土地被工業(yè)化利用、植被減少、交通工具迅猛增加、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)工廠蓬勃發(fā)展的情況下，珠三角地區(qū)大氣污染物排放量急劇上升，霧霾事件頻發(fā)（吳蒙等，2014；鄧濤等，2014；劉建等，2015）。霧、霾天氣中的污染物主要是氣溶膠粒子，其中包含有硫化物、碳?xì)浠衔?、氮化物、重金屬、放射性物質(zhì)等，此外還存在某些毒性氣體，如一氧化碳等。這些粒子進(jìn)入支氣管、肺部會(huì)危害人體健康，引起鼻炎、哮喘、支氣管炎，誘發(fā)肺癌或心血管病，嚴(yán)重危害人體的健康（Tie et al.，2009；潘銘，2013；劉蔚琴等，2015；劉謙等，2016）。珠三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，航空海陸交通網(wǎng)絡(luò)密布，伴隨霧、霾出現(xiàn)的低能見度天氣也給交通造成較大的影響，霧、霾天氣也已成為影響高速公路、機(jī)場(chǎng)交通和海洋運(yùn)輸安全的重要因素，嚴(yán)重威脅生命安全，造成直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失（伍紅雨等，2011）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由霧霾造成的經(jīng)濟(jì)損失與其他災(zāi)害性天氣（龍卷、臺(tái)風(fēng)等）造成的經(jīng)濟(jì)損失不相上下（穆泉等，2013）。

珠三角地區(qū)霧、霾多發(fā)這一現(xiàn)象已引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注（Menon et al.，2002；Ma et al.，2016；張小曳等，2013；王振波等，2015；吳健生等，2017；蔣超等，2018；葉延瓊等，2019），相關(guān)方面的研究也已取得了大量成果。Tao et al.（2009）分析了廣州霧霾過程的化學(xué)特征，結(jié)果表明硫酸鹽是影響光散射和能見度的主要物質(zhì)；Wang et al.（2017）探討了氣象條件對(duì)珠三角地區(qū)的氣溶膠濃度的影響，結(jié)果表明在一定條件下氣象條件有助于污染顆粒物的增濕和凝結(jié)；Ming et al.（2018）研究了 2001－2016年華南地區(qū)氣溶膠的時(shí)空變化特征，結(jié)果表明華南中部為氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）高值區(qū)。鄧雪嬌等（2007）分析了南嶺山地濃霧的邊界層特征，得到云霧中的微物理過程與能見度有密切關(guān)系；吳兌（2012）指出灰霾天氣的形成，大氣污染物排放是內(nèi)因，環(huán)境氣象條件是外因，而廣東溫暖、濕潤的氣候條件極有利于空氣中的污染物粒子吸濕長(zhǎng)大，形成灰霾天氣；岳巖裕等（2013）對(duì)湛江地區(qū)沿岸海霧發(fā)生時(shí)的氣象條件邊界層特征進(jìn)行歸納分析，得出霧過程中地面以偏東風(fēng)為主，高空以偏東、偏南風(fēng)為主；梁碧玲等（2017）研究了邊界層內(nèi)不同高度風(fēng)速風(fēng)向?qū)ι钲谑谢姻蔡鞖獾挠绊?，研究發(fā)現(xiàn)秋冬季400－1500 m層風(fēng)速與灰霾天氣關(guān)系最密切；吳蒙等（2017）對(duì)珠三角地區(qū)灰霾天氣流場(chǎng)進(jìn)行歸納分類，研究表明珠三角地區(qū)灰霾天氣流場(chǎng)可分為冷氣團(tuán)型、暖氣團(tuán)型和臺(tái)風(fēng)型3種。以往研究多為單獨(dú)分析霧或者霾的發(fā)生發(fā)展機(jī)制，在業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)預(yù)警中對(duì)霧和霾的區(qū)分也存在著較大的不確定性，但關(guān)于濃霧、灰霾天氣發(fā)生發(fā)展的氣象特征對(duì)比的研究較少，遠(yuǎn)不能滿足環(huán)境天氣預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)開展的需求。

本文應(yīng)用常規(guī)地面氣象觀測(cè)資料、中國氣象局廣州番禺大氣成分站觀測(cè)數(shù)據(jù)和 NCEP/NCAR的1°×1°再分析資料，根據(jù)濃霧、灰霾過程發(fā)生的持續(xù)時(shí)間、影響程度和范圍，從2015－2017年這3年間發(fā)生在珠三角地區(qū)的所有霧、霾天氣過程中分別選擇2017年3月10日－12日和2016年3月29日－4月3日的典型濃霧、灰霾過程（持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，影響程度大、范圍廣），從環(huán)流形勢(shì)、地面氣象要素特征和邊界層特征等方面對(duì)兩次過程進(jìn)行對(duì)比分析，研究結(jié)果可為霧、霾天氣的預(yù)報(bào)和污染治理提供一定思路和參考依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料介紹

研究所用數(shù)據(jù)為（圖1）：（1）廣東珠三角地區(qū)24個(gè)國家自動(dòng)氣象站逐時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括能見度、氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)向風(fēng)速、降水等，觀測(cè)資料均經(jīng)過均一化處理；（2）中國氣象局廣州番禺大氣成分站逐時(shí)PM2.5濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)，該監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位于廣州市番禺區(qū)南村鎮(zhèn)大鎮(zhèn)崗的山頂，是番禺第一高峰，海拔141 m，周圍無明顯工業(yè)污染源；由于地處珠三角洲腹地，可在一定程度上代表珠三角經(jīng)濟(jì)圈大氣成分均勻混合的平均特征；（3）NCEP/NCAR一天4次的再分析資料，分別為北京時(shí)間02：00、08：00、14：00、20：00，水平分辨率為 1°×1°，該資料主要用于提取垂直方向上高空各層高度場(chǎng)數(shù)據(jù)、邊界層高度數(shù)據(jù)、風(fēng)速風(fēng)向、溫度和相對(duì)濕度等數(shù)據(jù)。NCEP/NCAR再分析數(shù)據(jù)集是由美國氣象環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）和美國國家大氣研究中心（NCAR）聯(lián)合制作的，他們采用了當(dāng)今最先進(jìn)的全球資料同化系統(tǒng)和完善的數(shù)據(jù)庫，對(duì)各種來源（地面、船舶、無線電探空、測(cè)風(fēng)氣球、飛機(jī)、衛(wèi)星等）的觀測(cè)資料進(jìn)行質(zhì)量控制和同化處理，獲得了一套完整的再分析資料集，它不僅包含的要素多，范圍廣，而且延伸的時(shí)段長(zhǎng)，是一個(gè)綜合的數(shù)據(jù)集。

進(jìn)行資料處理時(shí)，依據(jù)《地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)技術(shù)規(guī)定(2016版)》，定義能見度≥1 km，相對(duì)濕度≥90%時(shí)為霧；能見度≤10 km，相對(duì)濕度＜90%時(shí)記為霾。研究分析中出現(xiàn)的時(shí)間均為北京時(shí)間。

圖1 珠三角地區(qū)24個(gè)國家自動(dòng)氣象站和廣州番禺大氣成分站的站點(diǎn)分布Fig. 1 Distribution of 24 national automatic weather stations and Guangzhou Panyu atmospheric composition station in Pearl River Delta Region

1.2 方法介紹

1.2.1 皮爾遜（Pearson）相關(guān)系數(shù)

皮爾遜（Pearson）相關(guān)系數(shù)是描述兩個(gè)隨機(jī)變量線性相關(guān)的統(tǒng)計(jì)量，一般簡(jiǎn)稱為相關(guān)系數(shù)或者點(diǎn)相關(guān)系數(shù)，用r來表示，具體計(jì)算公式如下（魏鳳英，1999）：

其中 xi，yi為樣本量為 n的變量，x ，分別是兩個(gè)變量的平均值。

據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)中大樣本定理（王梓坤，1976），樣本量大于30才有統(tǒng)計(jì)意義。當(dāng)樣本量較小時(shí)，計(jì)算所得相關(guān)系數(shù)可能會(huì)與總體相關(guān)系數(shù)偏離甚遠(yuǎn)。這時(shí)，可以計(jì)算無偏相關(guān)系數(shù)r*加以校正，公式如下：

1.2.2 相關(guān)性檢驗(yàn)

對(duì)于兩個(gè)變量的線性關(guān)系是否顯著，必須進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，本研究采用t檢驗(yàn)對(duì)樣本量為n的兩個(gè)變量的相關(guān)系數(shù)r進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，具體公式如下（魏鳳英，1999）：

遵從自由度為n-2的t分布，給定顯著性水平，查t分布表，計(jì)算所得t值大于查表所得值則認(rèn)為相關(guān)系數(shù)是顯著的。

圖2 珠三角主要城市濃霧過程能見度（a）和灰霾過程能見度（b）、廣州番禺大氣成分站PM2.5濃度（c）隨時(shí)間變化Fig. 2 Temporal variations of visibility during dense fog process (a), visibility (b) and PM2.5 concentration (c) at Guangzhou Panyu atmospheric composition station of the haze process in major cities of PRD

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)況描述

選取的珠三角地區(qū)典型濃霧過程發(fā)生在 2017年3月10－12日（以下簡(jiǎn)稱濃霧過程），期間超過13個(gè)自動(dòng)氣象站持續(xù)3 d測(cè)得大霧天氣，肇慶、佛山、中山、惠州等地出現(xiàn)能見度小于500 m濃霧天氣，且維持?jǐn)?shù)小時(shí)。此次過程低能見度時(shí)段多出現(xiàn)在夜間至次日凌晨，霧在午后有一個(gè)短暫消散（圖2a）。

2016年3月29日－4月3日珠三角地區(qū)出現(xiàn)大范圍灰霾天氣過程（以下簡(jiǎn)稱灰霾過程），這次過程廣州番禺大氣成分站測(cè)得 PM2.5濃度最高達(dá)186.0 μg·m-3，嚴(yán)重超過國家標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)能見度（V）定義灰霾天氣級(jí)別（輕微灰霾天氣：5 km≤V＜10 km；輕度灰霾天氣：3 km≤V＜5 km；中度灰霾天氣：2 km≤V＜3 km的灰霾日；重度灰霾天氣：V＜2 km），由圖2b和圖2c可知，29日20：00之后能見度開始持續(xù)降低，灰霾天氣出現(xiàn)并逐漸加重，至 30日08：00，珠三角主要城市平均能見度降至5.1 km。30日 08：00－1日 08：00，珠三角主要城市 PM2.5濃度均高于75.0 μg·m-3，持續(xù)處于中度或重度灰霾天氣中，能見度在夜間和凌晨降至最低值，31日06：00惠州能見度僅為700 m。3日之后受高空槽和冷空氣影響，廣東省出現(xiàn)降水，本次灰霾過程結(jié)束。灰霾過程期間能見度與 PM2.5濃度有較大的負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)-0.63。

2.2 環(huán)流形勢(shì)分析

霧、霾天氣的發(fā)生發(fā)展往往與天氣背景的環(huán)流形勢(shì)有密切關(guān)系，穩(wěn)定的環(huán)流形勢(shì)有利于霧、霾的維持發(fā)展（韓永清等，2017）。圖3給出了高層500 hPa等壓面上的等高線分布情況。兩次過程中 500 hPa環(huán)流場(chǎng)上珠三角地區(qū)均處于弱高壓脊控制的西風(fēng)氣流或平直西風(fēng)環(huán)流中。從濃霧過程500 hPa環(huán)流場(chǎng)（圖3a、b）可以看到，10日08：00中國高緯地區(qū)有一個(gè)弱的高壓脊東移，珠三角地區(qū)處于西風(fēng)帶平直緯向環(huán)流中；至12日08：00，在青藏高原有一個(gè)淺槽，隨著淺槽東移，此次過程結(jié)束?；姻策^程500 hPa環(huán)流場(chǎng)與濃霧過程基本一致（圖3c、d），29日08：00－31日08：00低緯588線西伸，廣東省處于西風(fēng)帶平直緯向環(huán)流中；1日08：00 588線東退，環(huán)流形勢(shì)的調(diào)整使得能見度在1日白天有一個(gè)緩慢的增大過程，伴隨灰霾天氣有一個(gè)短暫消散；2日08：00－3 日 08：00，588 線繼續(xù)控制南海，環(huán)流形勢(shì)重新歸于穩(wěn)定，2日和3日能見度重新降至5 km左右；3日之后，在低緯廣東省西邊有個(gè)淺槽緩慢東移，受弱冷空氣影響此次灰霾天氣過程結(jié)束。

在兩次過程的中低層環(huán)流場(chǎng)中（圖未展示），珠三角地區(qū)均處于高壓底部的均壓場(chǎng)中，等值線疏散，氣壓梯度小，近地層（1000 hPa）風(fēng)速較小，有利于霧、霾天氣的維持，伴隨地面弱冷空氣滲透，近地面風(fēng)速增大，出現(xiàn)零星降水，霧、霾消散。

2.3 地面氣象要素特征

濃霧過程中，能見度與各氣象要素的相關(guān)性大小依次為風(fēng)速、相對(duì)濕度和氣溫，相關(guān)系數(shù)分別為0.33、-0.22和0.12（表1）。氣溫隨時(shí)間緩慢升高，與能見度呈較弱的正相關(guān)；9日20：00－12日凌晨，相對(duì)濕度均達(dá)99%以上，大部分時(shí)段相對(duì)濕度達(dá)到100%，大氣中水汽飽和是形成這次大霧天氣的重要原因；平均風(fēng)速大小在1.5 m·s-1左右，風(fēng)速較??；整個(gè)過程中，風(fēng)向有一個(gè)從偏北風(fēng)向偏東風(fēng)的轉(zhuǎn)變。13日08：00之后，相對(duì)濕度降低，風(fēng)速增大，此次大霧過程結(jié)束（圖4）。

表1 2次過程（濃霧、灰霾）地面氣象要素與能見度的相關(guān)系數(shù)及置信水平Table 1 Coefficient and confidence level between ground meteorological elements and visibility in two processes(dense fog and haze)

圖3 濃霧過程（a、b）和灰霾過程（c、d）500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)Fig. 3 Geopotential height of dense fog (a, b) and haze processes (c, d) at 500 hPa

圖4 濃霧過程廣州站能見度、氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水隨時(shí)間變化Fig. 4 Temporal variations of visibility, temperature, relative humidity, wind direction, wind speed and precipitation at Guangzhou Station during dense fog process

灰霾過程中，各氣象要素與能見度的相關(guān)系數(shù)均高于濃霧過程，相關(guān)性由小到大依次為相對(duì)濕度、風(fēng)速和氣溫（表 1）。能見度在上午 08：00之后開始增大，下午15：00左右開始降低，在夜間和次日早晨降至最低，與此同時(shí)，氣溫存在較明顯的日變化。從相對(duì)濕度來看，大部分時(shí)段低于90%，部分時(shí)段相對(duì)濕度低至60%以下。從風(fēng)速風(fēng)向的變化看到，整個(gè)過程主要分為兩個(gè)階段，31日08：00之前，風(fēng)速大小為1 m·s-1左右，主導(dǎo)風(fēng)向是偏南風(fēng)，3日08：00之后，風(fēng)速增大，但均小于3 m·s-1，風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)（圖5）。

兩次過程綜合比較來看，濃霧和灰霾過程能見度均與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)，與風(fēng)速和氣溫呈正相關(guān)，濃霧過程與3個(gè)氣象要素的相關(guān)性均較小，與風(fēng)速的相關(guān)性更大，其次是相對(duì)濕度，而灰霾過程中濕度和能見度的相關(guān)系數(shù)最大，達(dá)-0.77，其次是風(fēng)速和氣溫，相關(guān)系數(shù)分別為0.57和0.42。另外，濃霧過程地面風(fēng)向主要為偏東風(fēng)；相對(duì)濕度和風(fēng)速大小是影響濃霧天氣的重要?dú)庀髼l件，相對(duì)濕度的減小是濃霧天氣消散的主要原因；灰霾過程地面主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠巷L(fēng)和偏東風(fēng)；能見度與各氣象要素均有較強(qiáng)的相關(guān)性，風(fēng)速增大和降水是灰霾天氣消散的主要?dú)庀髼l件。

圖5 灰霾過程廣州站能見度、氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水隨時(shí)間變化Fig. 5 Temporal variations of visibility, temperature, relative humidity, wind direction, wind speed and precipitation at Guangzhou Station during haze process

2.4 邊界層特征

2.4.1 邊界層高度

邊界層高度為邊界層中湍流活動(dòng)的高度，是表征大氣垂直擴(kuò)散能力的一個(gè)重要參量，邊界層高度越低說明邊界層內(nèi)垂直擴(kuò)散能力越差。邊界層高度有較明顯的日變化特征，一般在早晨較低，在午后達(dá)到最高值。兩次過程邊界層高度與能見度均有較好的正相關(guān)性，其中濃霧過程中，能見度與邊界層高度相關(guān)系數(shù)達(dá)0.8，且通過0.05顯著性檢驗(yàn)（圖6）；灰霾過程中，二者相關(guān)系數(shù)小于濃霧過程，僅為0.57，通過0.05顯著性檢驗(yàn)（圖7）。

2.4.2 邊界層動(dòng)力條件

2.4.2.1 水平風(fēng)廓線

表面風(fēng)和水平風(fēng)垂直切變可以通過動(dòng)力作用對(duì)濃霧天氣產(chǎn)生影響。圖8為廣州（113.14°，23.08°）上空水平風(fēng)廓線隨時(shí)間的變化圖，從灰霾過程的風(fēng)廓線圖可知，9日夜間至10日，近地層（1000－975 hPa）吹偏北風(fēng)，風(fēng)速均低于4 m·s-1，950 hPa以上吹偏南風(fēng)。淺薄的弱北（冷）風(fēng)鍥入南風(fēng)（暖）下墊面或淺薄的弱南（暖）風(fēng)鍥入北風(fēng)（冷）下墊面都有助于霧的形成，但后者形成的霧更濃，且層結(jié)較為穩(wěn)定也有利于濃霧的維持，在這種風(fēng)場(chǎng)配置下，與廣州測(cè)站濃霧出現(xiàn)在9日夜間至10日上午有較好對(duì)應(yīng)。13日08：00之后垂直方向一直吹偏南風(fēng)，且風(fēng)速較大，大霧隨之消散?；姻蔡鞖馄陂g，底層主要吹偏南風(fēng)，到上層開始轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，主要發(fā)生切變的層次出現(xiàn)在 850 hPa左右，從地面一直到 850 hPa左右水平風(fēng)速和垂直風(fēng)切均較小，不利于污染物的水平動(dòng)力輸送和垂直方向的動(dòng)力擴(kuò)散。4日08：00低層風(fēng)速增大，隨后此次灰霾天氣過程結(jié)束。

圖6 濃霧過程廣州能見度與邊界層高度隨時(shí)間的變化Fig. 6 Temporal variations of visibility and boundary layer height in Guangzhou during dense fog process

圖7 灰霾過程廣州能見度與邊界層高度隨時(shí)間的變化Fig. 7 Temporal variations of visibility and boundary layer height in Guangzhou during haze process

圖8 濃霧過程（a）和灰霾過程（b）廣州上空水平風(fēng)廓線隨時(shí)間的變化Fig. 8 Temporal variations of horizontal wind profiles over Guangzhou during dense fog (a) and haze process (b)

濃霧天氣在低層有一個(gè)較淺薄的小風(fēng)速層（1000－950 hPa），而灰霾天氣的小風(fēng)速層為近地面至850 hPa左右。垂直方向上的水平風(fēng)向配置是濃霧天氣形成和維持的重要因素，而深厚的小風(fēng)層是造成灰霾天氣的主要原因，近地層風(fēng)速增大是濃霧和灰霾消散的重要前期信號(hào)。

2.4.2.2 垂直風(fēng)速時(shí)間剖面圖

垂直上升運(yùn)動(dòng)也是影響大氣層結(jié)發(fā)展變化的重要因子之一。圖9給出兩次過程廣州上空垂直速度隨時(shí)間的變化。濃霧過程期間中低層為一致下沉氣流且垂直速度較?。?－0.04 m·s-1左右），大氣在垂直方向交換較弱，有利于穩(wěn)定層結(jié)的維持和氣溶膠粒子的的聚集。13日之后，850 hPa左右開始出現(xiàn)上升運(yùn)動(dòng)，并隨時(shí)間向下伸展，穩(wěn)定層結(jié)破壞，濃霧天氣消散?；姻策^程期間，中低層垂直速度與濃霧過程較為一致，基本無垂直方向的氣流交換，有利于污染顆粒的聚集，4月3日20：00之后，在近地面和800 hPa左右分別出現(xiàn)上升和下沉氣流的垂直速度大值區(qū)，使得上下層之間的氣流交換加強(qiáng)，有利于污染物的快速消散，灰霾天氣過程結(jié)束。

2.4.3 邊界層熱力條件

2.4.3.1 溫度垂直廓線

圖10為濃霧過程廣州溫度廓線變化圖，10日08：00在975－925 hPa出現(xiàn)逆溫層，珠三角地區(qū)開始出現(xiàn)大霧天氣，10日 08：00－11日 08：00，逆溫層持續(xù)，有利于濃霧天氣的發(fā)展維持，12日20：00邊界層中逆溫層消失，濃霧過程結(jié)束?；姻策^程在3月29日－4月2日，地面至1000 hPa的近地面層中，一直存在一個(gè)淺薄逆溫層，邊界層中其他層次逆溫不顯著，4月3日之后，近地層逆溫層消失，灰霾消散（圖11）。兩次過程均存在逆溫層，濃霧過程逆溫層出現(xiàn)在950 hPa附近，灰霾過程逆溫層出現(xiàn)在近地面附近，且濃霧過程逆溫層厚度大于灰霾過程。

圖9 濃霧過程（a）和灰霾過程（b）廣州上空垂直速度隨時(shí)間的變化Fig. 9 Temporal variations of vertical velocity over Guangzhou during dense fog (a) and haze process (b)

圖10 濃霧過程廣州上空溫度隨時(shí)間的變化Fig. 10 Temporal variations of temperature over Guangzhou during dense fog process

2.4.3.2 相對(duì)濕度時(shí)間剖面圖

圖12a為濃霧過程期間廣州上空相對(duì)濕度隨時(shí)間變化圖，濃霧天氣期間垂直方向1000－850 hPa相對(duì)濕度均大于95%，高濕度層厚度較厚，9日夜間至10日，1000 hPa左右濕度略小于95%，與低層吹北風(fēng)相關(guān)，12日20：00之后，濕度層厚度變薄，850 h Pa左右開始出現(xiàn)相對(duì)濕度低值中心，霧過程結(jié)束?；姻策^程個(gè)例中，在嚴(yán)重和中度灰霾發(fā)生期間，底層（1000－900 hPa左右）相對(duì)濕度為70%－80%，4日 08：00低層相對(duì)濕度達(dá) 90%以上，且高濕度層厚度增大，這與期間開始出現(xiàn)降水有關(guān)，隨之灰霾天氣結(jié)束。通過以上對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，濃霧過程對(duì)濕度條件的要求較灰霾天氣更高。

圖11 灰霾過程廣州上空溫度隨時(shí)間的變化Fig. 11 Temporal variations of temperature over Guangzhou during haze process

圖12 濃霧過程（a）和灰霾過程（b）廣州相對(duì)濕度時(shí)間剖面圖Fig. 12 Relative humidity time-section over Guangzhou during dense fog (a) and haze process (b)

3 討論

選取的兩次個(gè)例中，霧、霾天氣的出現(xiàn)均具有較為穩(wěn)定的環(huán)流背景場(chǎng)（韓永清等，2017；劉建等，2015；吳兌等，2014），珠三角地區(qū)高層（500 hPa）為緯向平直西風(fēng)環(huán)流，地面受均壓場(chǎng)控制，等壓線稀疏，穩(wěn)定的高低層環(huán)流配置極有利于霧、霾天氣過程的出現(xiàn)和維持，伴隨環(huán)流形勢(shì)調(diào)整，霧、霾消散，因此在做霧、霾的生成和消散預(yù)報(bào)時(shí)，穩(wěn)定的環(huán)流背景場(chǎng)可作為重要的參考依據(jù)。在能見度與邊界層相對(duì)濕度的相關(guān)分析中，發(fā)現(xiàn)霧事件邊界層的濕度層厚度大，相對(duì)濕度高，即濃霧天氣對(duì)相對(duì)濕度要求高于灰霾天氣，這一點(diǎn)也與《地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)技術(shù)規(guī)定(2016版)》中定義霧和霾時(shí)，兩者對(duì)相對(duì)濕度的要求相一致；另外，在能見度與地面相對(duì)濕度的相關(guān)性分析中，由于濃霧事件中整個(gè)時(shí)段相對(duì)濕度達(dá)到且持續(xù)維持在97%以上，大部分時(shí)段相對(duì)濕度達(dá)100%，濕度值達(dá)上限，變化幅度（3%）較小，因此與波動(dòng)的能見度的相關(guān)關(guān)系較弱。但是在3月12日08：00相對(duì)濕度出現(xiàn)減小同時(shí)邊界層的濕度層開始變薄，霧隨即開始消散，因此得到相對(duì)濕度是影響濃霧天氣的重要?dú)庀髼l件之一，地面相對(duì)濕度大小和邊界層濕度層厚度對(duì)霧的出現(xiàn)和消散預(yù)報(bào)具有一定的指示意義（孟金平等，2018；沈陽等，2017）。

在邊界層熱力、動(dòng)力條件中，霧、霾過程的邊界層中均存在小風(fēng)層、逆溫層和上升氣流（劉建等，2015；姚青等，2018），但逆溫層的位置存在差異，該結(jié)論可為霧、霾預(yù)報(bào)提供一定參考。另外，在邊界層熱力條件中，霧、霾主要的區(qū)別在于對(duì)地面和邊界層中相對(duì)濕度的要求不同，霧過程的相對(duì)濕度顯著高于霾過程。另外，本文選取個(gè)例的典型性主要是考慮其發(fā)生的持續(xù)性、影響程度和范圍而定，2017年3月10日－12日的濃霧個(gè)例和2016年3月29日－4月3日的灰霾個(gè)例是從2015－2017年發(fā)生所有典型濃霧和灰霾過程挑選，這兩個(gè)過程都是發(fā)生在珠三角地區(qū)、持續(xù)時(shí)間超過3 d及以上的大范圍造成嚴(yán)重影響的天氣過程，具有典型性和一定的代表性，盡管如此，本文的研究結(jié)論仍需多個(gè)例加以驗(yàn)證。

4 結(jié)論

本文選取2017年3月10日－12日發(fā)生在珠三角地的典型濃霧和2016年3月29日－4月3日的灰霾天氣過程作為對(duì)比研究個(gè)例，利用珠三角地區(qū)常規(guī)氣象站資料、大氣成分站數(shù)據(jù)以及NCEP/NCAR再分析數(shù)據(jù)，通過對(duì)濃霧和灰霾發(fā)生發(fā)展過程中各氣象要素的相關(guān)分析和天氣學(xué)分析，得出霧、霾的形成一般均具備較為穩(wěn)定的環(huán)流背景場(chǎng)；在地面和邊界層各氣象要素的討論中得到霧、霾過程中主要?dú)庀髼l件的不同之處在于相對(duì)濕度要求的差異，霧一般要求邊界層具有較厚的濕度層和加大的相對(duì)濕度，而灰霾過程中風(fēng)速增大和降水是灰霾天氣消散的主要?dú)庀髼l件。另外，低層風(fēng)速增大，出現(xiàn)上升氣流，逆溫層消失等，是霧、霾天氣開始消散的重要信號(hào)，該結(jié)論有助于為霧、霾預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)提供科學(xué)參考價(jià)值。