甘泉，沈瑾，譚浩波，李明華，3，陳芳麗，劉建龍，林匯豐，步巧利

（1.惠州市氣象局，廣東惠州 516000；2.佛山市氣象局，廣東佛山 528000；3.深圳市氣象局，廣東深圳 518040）

珠江三角洲位于廣東省中南部，是中國經(jīng)濟最發(fā)達的都市群之一。大氣顆粒物是霾形成的主要因素之一，近些年來地方政府在大氣顆粒物治理方面實施了系列污染減排措施，并取得了明顯的成效，重點城市顆粒物質量濃度下降明顯［1-3］。然而，區(qū)域性霾天氣在該地區(qū)仍時有發(fā)生，低能見度事件給城市經(jīng)濟活動和居民生活帶來顯著不利影響，成為政府和公眾亟待解決的重大環(huán)境問題［4-8］。

氣象條件和污染源排放的變化是導致霾天氣形成的重要原因。研究表明，顆粒物污染不僅來自本地積累，同時也受外來輸送影響，其中風場（風速和風向）的轉變可以直接影響顆粒物的水平擴散和區(qū)域輸送能力，是污染天氣條件下空氣質量好轉的重要指標［9］。當風速超過某個閾值時，大氣水平擴散條件轉好，不易出現(xiàn)區(qū)域性的空氣污染，但風速較小時，空氣質量變化比較復雜［10-11］。Wu等［12］分析了珠江三角洲風場對空氣質量的影響，研究發(fā)現(xiàn)當近地層持續(xù)小風時（＜1.5 m／s）易導致地面污染物積聚，海陸風對空氣質量變差起到重要作用，當風速變大（＞3 m／s）且風向穩(wěn)定時空氣質量轉好；張人文等［13］研究發(fā)現(xiàn)當珠三角區(qū)域平均風速＞2.6 m／s時不會出現(xiàn)區(qū)域性空氣污染，區(qū)域平均風速＞3.2 m／s時空氣非常清潔，區(qū)域平均風速＜1.8 m／s時區(qū)域空氣污染嚴重；劉建等［14］將珠三角地區(qū)PM2.5的區(qū)域污染分為3種類型，并利用風廓線雷達研究了垂直風場與不同類型污染天氣的對應關系。上述關于風速閾值的研究加深了對霾天氣尤其是區(qū)域性霾天氣特征、形成機制及影響的理解，然而由于不同城市主導風向和污染源排放的不同，風速閾值并不一定適應每個城市，特別是當風速超過某個閾值時反而使得處于污染源下風向的城市污染物濃度升高。目前關于風速和風向對不同城市霾天氣的影響仍缺乏規(guī)律性的總結和分析。因此，本研究以珠江三角洲為例，分析2001—2018年霾的時空分布特征，以及地面風場對區(qū)域和不同城市霾的分布影響，這將有利于進一步揭示霾的污染現(xiàn)狀，并為政府持續(xù)改善空氣質量、評估排放控制措施提供一定的理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

本研究選取珠江三角洲9地市29個國家氣象觀測站2001—2018年的逐時能見度、相對濕度、風速風向以及日降水量數(shù)據(jù)。目前對霾日的確定標準主要有單次值法、日均值法和14時值法。本研究以日均值法統(tǒng)計珠三角地區(qū)霾日的長期演變趨勢，定義日均能見度＜10 km，日均相對濕度＜90%，并排除降水、吹雪、雪暴、揚沙、沙塵暴、浮塵、煙幕等其他能導致低能見度事件的情況為1個霾日［15］，其中日均能見度和日均相對濕度取每天3個時次作為平均（08：00、14：00、20：00（北京時，下同））。由于降水對顆粒物的清除機制十分復雜，存在很多不確定性［16］，同時根據(jù)上述關于霾日的定義，因此本研究在統(tǒng)計霾日時將日降雨量＞0 mm的天數(shù)剔除。珠三角地區(qū)位于華南南部，根據(jù)華南氣候特征［17］，沒有氣候學意義的冬季，為了更好的了解霾日的季節(jié)分布特征，定義濕季（汛期，4—9月），干季（非汛期，10月—次年3月）。

2 結果與分析

2.1 霾日的長期變化趨勢

圖1給出了2001—2018年珠三角地區(qū)霾日的年際、季節(jié)和月變化特征?？梢钥吹剑槿菂^(qū)域年平均霾日在2007年前呈現(xiàn)逐年波動增加趨勢，從2001年的51 d上升到2007年的79 d，利用一元線性回歸方程計算年增長速率為5.1 d／年，2008年起年平均霾日以3.4 d／年的速率下降，并在2018年達到最低值29 d。綜合分析看出，2001—2018年珠三角年平均霾日呈現(xiàn)下降趨勢，下降速率為2.1 d／年。從年霾日的極大值分布來看，2007年前年霾日數(shù)最多可達170 d以上，2012年下降到85 d，隨著2013年“大氣國十條”的出臺，地方政府實施了系列污染減排措施，珠三角地區(qū)霾日極大值僅有約50 d。霾日呈明顯的月變化特征（圖1b），霾日的月極大值主要出現(xiàn)在10、11、12月和次年的1月，月極小值出現(xiàn)在6和7月。從季節(jié)分布來看，干季出現(xiàn)霾日的天數(shù)遠大于濕季（圖1c）。

圖1 2001—2018年珠三角地區(qū)霾日的年際（a）、月（b）和季節(jié)（c）變化

2.2 風場對區(qū)域霾的分布影響

根據(jù)能見度的不同，霾的等級分為輕微（5～10 km）、輕度（3～5 km）、中度（2～3 km）和重度（＜2 km）。珠三角霾日以輕微為主，其次為輕度，中度及以上出現(xiàn)頻率基本在5%以下（圖略）?？諝馕廴臼且粋€區(qū)域性的環(huán)境問題，為了更好的了解霾在珠三角的區(qū)域分布特征，圖2給出了不同地面風場下珠三角區(qū)域能見度風玫瑰圖，由圖2可以看到，區(qū)域低能見度現(xiàn)象（＜10 km，下同）主要出現(xiàn)在偏東風或偏西風、風速＜1 m／s的情況下，這表明珠三角的區(qū)域顆粒物污染以本地排放為主，風速增大能見度逐漸好轉；從風頻看偏東風和偏西風出現(xiàn)的頻率分別為21%和9%。珠江三角洲瀕臨南海，來自海洋的暖濕氣流有利于污染物的稀釋和擴散，當盛行偏南風時風速越大能見度越高。

圖2 珠三角地區(qū)的能見度風玫瑰圖

2.3 風場對不同城市霾的分布影響

城市空氣污染影響一般分為本地影響和城市間輸送影響，圖3給出了不同地面風場下珠三角各市的能見度風玫瑰圖。可以看到，由于各個城市地理位置、盛行風向的不同，不同城市能見度分布有明顯差異。

圖3 珠三角各市的能見度風玫瑰圖

從圖3可以看出，深圳西北風時容易出現(xiàn)低能見度現(xiàn)象，且風速越大能見度越低，這表明深圳的污染雖然受本地和外來源輸送共同影響，但外來源影響更大。外來源輸送主要來自于西北方向的東莞，從風頻看，深圳每年出現(xiàn)西北風的頻率是極小的。東莞和惠州的低能見度現(xiàn)象主要出現(xiàn)在偏東風、局地風速＜1 m／s的情況下，這表明這兩個城市的污染均以本地排放為主，從風頻看東莞和惠州出現(xiàn)偏東風的頻率是較大的，尤其是東莞的盛行風向是偏東風。與深圳類似，中山也是在西北風時易出低能見度現(xiàn)象，但能見度低值區(qū)出現(xiàn)在風速較小時（＜2 m／s），表明中山的污染以本地排放為主，且每年出現(xiàn)西北風的頻率是極小的。

佛山在風速＜1 m／s時，所有風向都易出現(xiàn)低能見度現(xiàn)象，當風速增大到2～3 m／s時，低能見度主要出現(xiàn)在西北和偏東方向，這表明佛山的低能見度現(xiàn)象受本地排放和外來源輸送共同影響，其中外來源輸送主要來自于佛山的西北和偏東方向（即肇慶和廣州）。值得注意的是，廣州的低能見度現(xiàn)象主要出現(xiàn)在偏東風、風速＜2 m／s時，當出現(xiàn)偏西風時低能見度不明顯，這表明廣州的污染以本地排放為主。同樣的情況也適用于肇慶，污染主要以本地排放為主，出現(xiàn)污染時風向為東南風、偏西風和弱的西北風。與佛山類似，江門污染受本地排放和外來源輸送共同影響，江門的外來輸送主要來自于東北方向（佛山），且東北風是其盛行風向。珠海低能見度現(xiàn)象易出現(xiàn)在風速＜2 m／s時，污染以本地排放為主。

2.4 2018年1月20—23日區(qū)域性霾過程分析

2018年1月20—23日珠三角出現(xiàn)一次中度局部重度的霾污染過程（圖4），區(qū)域日平均能見度最低達到4.6 km，過程污染最嚴重出現(xiàn)在21—22日，期間肇慶、江門、廣州等城市日均能見度接近2 km，24日起能見度自南向北逐漸好轉，污染過程結束。

圖5給出了霾污染過程前后、污染期間的地面10 m風場逐日變化。這是一次典型的冷空氣影響過后，地面高壓脊變性過程中出現(xiàn)的污染天氣。1月20日地面吹偏東到東北風，低能見度最明顯的區(qū)域（2～4 km）為江門和佛山西部，結合圖3江門風玫瑰圖可知，江門污染受本地排放和外來源輸送共同影響，江門的外來輸送主要來自于東北方向（佛山）；21日珠三角北部有弱的地面輻合線，擴散條件明顯轉差，有利于本地污染物的積累，因此低能見度現(xiàn)象主要出現(xiàn)在地面輻合線附近區(qū)域（肇慶和廣州），從肇慶風玫瑰圖可知，肇慶污染主要以本地排放為主，當盛行弱的西北風時容易出現(xiàn)本地污染；22—23日地面吹東北風，低能見度區(qū)域向南轉移，低能見度最明顯的地區(qū)為江門，前期污染較明顯的肇慶和廣州能見度逐漸好轉；24日地面轉東南風，風速明顯加大，珠三角大部能見度明顯轉好，污染過程趨于結束，此時低能見度現(xiàn)象主要集中在肇慶，這與肇慶的風玫瑰圖結果一致，當出現(xiàn)東南風時，肇慶易出現(xiàn)污染。

3 結論

1）珠江三角洲區(qū)域年平均霾日在2001—2007年呈逐年波動增加趨勢，年增長速率為5.1 d／年；2008年起年平均霾日以3.4 d／年的速率下降，并在2018年達到最低值29 d。

2）霾日呈明顯的月變化特征，霾日的月極大值主要出現(xiàn)在10、11、12月和次年的1月，月極小值出現(xiàn)在6和7月；干季出現(xiàn)霾日的天數(shù)遠大于濕季。

3）珠江三角洲城市間污染輸送影響明顯。佛山、江門的低能見度現(xiàn)象受本地排放和外來源輸送共同影響，其中佛山的外來源輸送主要來自于西北和偏東方向（肇慶和廣州），江門的外來輸送主要來自于東北方向（佛山）；惠州、東莞、中山、肇慶、珠海和廣州主要受本地排放影響；深圳主要受外來源輸送影響。

4）對2018年1月20—23日一次冷空氣影響過后的霾污染過程分析表明，地面盛行東北風時低能見度最明顯的區(qū)域為江門和佛山西部；地面吹東南風時珠三角大部能見度好轉，低能見度現(xiàn)象主要集中在肇慶，這與珠三角各市的能見度風玫瑰圖結果較為一致。

圖4 2018年1月20—24日珠三角能見度日均值的分布（單位：km）

圖5 2018年1月20—24日14：00地面10 m風場（單位：m／s）