王美迪，梁睿怡

民航黑龍江空管分局，黑龍江哈爾濱 150000

霾是一種天氣現(xiàn)象，主要是指空中有大量極細(xì)微的干塵粒均勻浮游，使水平能見(jiàn)度不足10.0 km的渾濁現(xiàn)象，又被稱為灰霾[1]。霾在降低空氣能見(jiàn)度的同時(shí)，還會(huì)增加交通安全事故發(fā)生率，嚴(yán)重危害人們的身體健康[2]。近年來(lái)，因社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程不斷加快，大氣污染特別是城市霾污染問(wèn)題日益加劇，已經(jīng)引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。本文從環(huán)流形勢(shì)、氣象要素、污染物和污染傳輸特征等方面，對(duì)哈爾濱市2018年4月4—5日霾天氣過(guò)程進(jìn)行分析，為日后霾天氣預(yù)報(bào)提供參考。

1 霾天氣實(shí)況

2018年4月4日21:00~5日13:00，哈爾濱市連續(xù)17 h出現(xiàn)了重度及以上級(jí)別的污染天氣過(guò)程，當(dāng)時(shí)的空氣質(zhì)量指數(shù)在200以上，且PM2.5是空氣中的首要污染物。5日00:00~10:00，空氣中PM2.5的濃度為250 μg/m3，空氣污染程度最重的時(shí)段在08:00前后，此時(shí)的空氣質(zhì)量指數(shù)在500左右，超過(guò)了爆表值，而PM2.5的 濃 度 為507 μg/m3；4日夜間到5日早晨這段時(shí)間，霾則隨著污染物濃度的增加而不斷加重，此時(shí)的哈爾濱市能見(jiàn)度下降，5日04:00~08:00，市區(qū)能見(jiàn)度不足2 000 m，這種現(xiàn)象持續(xù)將近4 h，同重度霾標(biāo)準(zhǔn)相符；06:00前后，哈爾濱市的能見(jiàn)度下降到1 100 m，其下降幅度較大；到了5日白天，霾強(qiáng)度開(kāi)始減弱且逐漸消散，市區(qū)能見(jiàn)度增加，空氣質(zhì)量狀況不斷提升。

2 重度霾天氣過(guò)程的成因分析

2.1 主要污染物的特征和來(lái)源

通過(guò)對(duì)哈爾濱市這次重度污染天氣過(guò)程中的污染物特征及可能來(lái)源進(jìn)行分析，根據(jù)CO、NO2、SO2污染物濃度隨著時(shí)間變化圖（圖1），由此可以發(fā)現(xiàn)，CO、NO2、SO2污染物濃度同空氣質(zhì)量指數(shù)和PM2.5濃度的變化趨勢(shì)基本保持一致。

圖1 2018年4月4—5日哈爾濱CO、NO2、SO2污染物濃度隨著時(shí)間變化圖

將《生物質(zhì)燃燒源大氣污染物排放清單編制技術(shù)指南》與《民用煤大氣污染物排放清單編制技術(shù)指南（試行）》進(jìn)行結(jié)合，得出了重度污染天氣過(guò)程出現(xiàn)時(shí) 的CO:NO2:SO2= 50:2.2:0.92，而NO2:SO2=2.4:1。由此可以推斷，哈爾濱市這次重度霾天氣污染過(guò)程，除了秸稈燃燒是最為主要的排放源外，受供暖燃煤的影響也相對(duì)較大，這與往年同階段供暖期較為吻合。

為了對(duì)秸稈燃燒物是主要污染源進(jìn)行判斷，結(jié)合2018年4月4日衛(wèi)星火點(diǎn)監(jiān)測(cè)資料（圖2），不難發(fā)現(xiàn)在哈爾濱所在郊區(qū)的黑龍江西南部、吉林省西北部等地均有秸稈焚燒火電，且較為密集，說(shuō)明這次重度霾天氣過(guò)程受秸稈焚燒的影響較大。在HYSPLIT后向軌跡模式，對(duì)出現(xiàn)在重污染天氣過(guò)程中的秸稈焚燒污染物傳輸特征進(jìn)行分析，在距離氣團(tuán)較遠(yuǎn)的情況下，主要路徑以西北方向?yàn)橹?，反之則以偏西路徑為主，經(jīng)過(guò)秸稈焚燒火點(diǎn)密集區(qū)域后，將污染物濃度較高的空氣不斷向哈爾濱境內(nèi)進(jìn)行輸送。

圖2 2018年4月4日哈爾濱市周邊秸稈焚燒疑似火電分布

結(jié)合5日08:00和5日14:00為初始時(shí)間的后向軌跡情況，在4日14:00~5日02:00，氣團(tuán)在經(jīng)過(guò)秸稈焚燒集中區(qū)域后，如黑龍江省的大慶、綏化南部和吉林省松原北部后，最低高度與地面之間的距離只有200 m左右，下墊面濃度較高的污染物在與氣團(tuán)充分混合，會(huì)逐漸朝著哈爾濱市進(jìn)行移動(dòng)。上游地區(qū)秸稈燃燒釋放的污染源朝著是哈爾濱境內(nèi)輸送是這次重度霾產(chǎn)生的主要原因。4日夜間，傳輸指數(shù)隨著時(shí)間的推移不斷增加，該數(shù)值在5日08:00則達(dá)到了最大，說(shuō)明污染物傳輸在霾發(fā)生發(fā)展中的作用極為明顯。

2.2 大氣擴(kuò)散的氣象條件

2.2.1 地面氣象要素的特征2018年4月4日傍晚，哈爾濱市從開(kāi)始的西北方向轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，且風(fēng)速和能見(jiàn)度均有不同程度的下降，霾與空氣污染程度均表現(xiàn)出加重的趨勢(shì)。5日04:00~08:00則是重度霾時(shí)間段，風(fēng)速在1.5 m/s，而06:00的風(fēng)速則下降到了0.1 m/s左右，基本是靜風(fēng)天氣。

結(jié)合哈爾濱市5日06:00風(fēng)速空間分布圖，其周圍平均風(fēng)速在1 m/s左右，風(fēng)速較小區(qū)域同能見(jiàn)度較低區(qū)域互相重合。隨著時(shí)間的推移，風(fēng)向依次轉(zhuǎn)變?yōu)槠鳌⑵?、偏東，風(fēng)向氣旋性輻合對(duì)于污染物的積累提供了有利條件，進(jìn)一步加劇了空氣污染程度。

5日早晨，風(fēng)向主要為偏南和偏東，08:00前后，有最為明顯的風(fēng)向氣旋性旋轉(zhuǎn)，且風(fēng)向輻合達(dá)到最強(qiáng)，此時(shí)風(fēng)速和能見(jiàn)度均較低，空氣污染程度最重。從5日中午到傍晚，風(fēng)速達(dá)到2~3 m/s，以偏北風(fēng)為主，能見(jiàn)度好轉(zhuǎn)，霾程度減輕，哈爾濱空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)。5日08:00，哈爾濱附近有明顯的風(fēng)向輻合，再加上地面風(fēng)速較小，對(duì)于污染物水平擴(kuò)散極為不利，偏南風(fēng)和偏東風(fēng)的作用進(jìn)一步加劇了霾程度，偏北風(fēng)及風(fēng)速的增大作用對(duì)于空氣污染物沉降和擴(kuò)散提供了有利條件。

相對(duì)濕度增加會(huì)導(dǎo)致氣溶膠顆粒物吸濕增長(zhǎng)，進(jìn)而造成能見(jiàn)度下降，加劇了空氣污染程度。哈爾濱這次重霾天氣過(guò)程中的相對(duì)濕度較小，最大相對(duì)濕度只有60%，但仍然可以對(duì)相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析（圖3）。4日傍晚到5日早晨，由于氣溫的降低，相對(duì)濕度逐漸增加，使得空氣污染物濃度上升，能見(jiàn)度下降，霾程度加深；5日凌晨到早晨，相對(duì)濕度最高，而能見(jiàn)度只有2 000 m左右。由于相對(duì)濕度與污染物濃度之間存在較為復(fù)雜的關(guān)系，在5日08:00哈爾濱市空氣污染物最重。09:00，相對(duì)濕度下降到23%，PM2.5濃度下降幅度不太明顯，這種情況持續(xù)到12:00，且相對(duì)濕度只有19%，而PM2.5濃度在200 μg/m3以下。相較于相對(duì)濕度明顯下降濕度，空氣污染減弱時(shí)段略有滯后，這種情況可能是早晨太陽(yáng)出來(lái)后，因水汽蒸發(fā)作用而造成空氣污染物濃度上升。

圖3 2018 年4月4—5日哈爾濱PM2.5濃度、能見(jiàn)度、相對(duì)濕度及風(fēng)向風(fēng)速變化

2.2.2 低層氣象要的素垂直分布結(jié)合哈爾濱4日08:00~5日20:00探空資料，污染物垂直擴(kuò)散氣象條件依次是好—差—好的順序變化。在700 hPa中低層以下主要表現(xiàn)為持續(xù)干層，隨著時(shí)間的推移風(fēng)速逐漸下降，而850 hPa低空處的風(fēng)速?gòu)?6 m/s下降到9 m/s，且到5日08:00只有4 m/s；1 000 hPa超低空處的風(fēng)速?gòu)? m/s下降到1 m/s。4日20:00存在貼地逆溫，逆溫強(qiáng)度為1.6℃，而逆溫層頂高于逆溫層厚度則為123 m。

在5日08:00貼地逆溫仍舊維持，此時(shí)的逆溫強(qiáng)度為1.3℃，逆溫層頂高度與逆溫層厚度為105 m，均有不同程度的下降。隨著時(shí)間的變化，風(fēng)速下降，使得逆溫層增厚，而頂高度則下降，厚度變薄，這些氣象要素的變化使得哈爾濱附近低層靜穩(wěn)氣象條件加強(qiáng)，對(duì)于污染物擴(kuò)散極為不利，使得5日06:00前后的能見(jiàn)度最小，只有1 100 m；5日08:00市區(qū)空氣質(zhì)量指數(shù)為500。白天，穩(wěn)定層結(jié)從低層朝著中性層轉(zhuǎn)移，逆溫強(qiáng)度減弱，5日20:00市區(qū)逆溫不明顯，垂直擴(kuò)散氣象條件逐漸轉(zhuǎn)好，則能見(jiàn)度增加，污染物濃度下降，霾強(qiáng)度減弱，空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)好。

2.3 重度霾和空氣污染有利的天氣形勢(shì)特征

2.3.1 地面高壓均壓區(qū)4日白天，黑龍江在地面高壓前低后西北氣流中，有較好的氣象擴(kuò)散條件。由于系統(tǒng)不斷向東轉(zhuǎn)移；4日夜間到5日白天，哈爾濱市轉(zhuǎn)為高壓均壓區(qū)，此時(shí)的風(fēng)速和氣壓梯度均較小，對(duì)于污染物擴(kuò)散極為不利；5日早晨，哈爾濱附近的風(fēng)向輻合較為明顯，對(duì)于污染物的集聚具有促進(jìn)作用，也是出現(xiàn)重度霾天氣的主要原因；5日白天，系統(tǒng)逐漸朝著東南方向轉(zhuǎn)移，黑龍江省西南部位于高壓前部，而哈爾濱從弱偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)控制，風(fēng)場(chǎng)輻散與下沉運(yùn)動(dòng)的共同作用，促進(jìn)了污染物沉降，使得霾逐漸減弱，直至消散。

2.3.2 中低層弱高壓脊和暖鋒鋒區(qū)4—5日白天，隨著時(shí)間的推移，哈爾濱市依次位于850 hPa、700 hPa和500 hPa處的高壓脊前、中、后11:00的高空槽中，隨著高度的增加，脊線逐漸朝后傾斜。850 hPa處的暖鋒鋒區(qū)從西向東移動(dòng)的過(guò)程中需經(jīng)過(guò)黑龍江省，此時(shí)有密集的等溫線存在，850 hPa處的溫度從開(kāi)始的-15℃逐漸增加到-9℃；4日20:00，內(nèi)蒙古以東主要表現(xiàn)為反氣旋風(fēng)向變化，上游以偏南風(fēng)為主，且風(fēng)速在4 m/s，將大量的暖空氣朝著黑龍江省進(jìn)行輸送。這種暖鋒鋒區(qū)和暖平流形勢(shì)在黑龍江省冬半年較為常見(jiàn)，是逆溫和靜穩(wěn)天氣的典型形勢(shì)。

4日夜間，有逆溫層出現(xiàn)在近地面，此時(shí)的風(fēng)速較小，靜穩(wěn)天氣形勢(shì)維持不變，大氣擴(kuò)散條件較差。5日08:00前后，影響黑龍江省的低層暖空氣強(qiáng)度較大，能見(jiàn)度較小，空氣污染物濃度達(dá)到最大。5日白天，因高空槽不斷朝著哈爾濱市靠近，此時(shí)以東北風(fēng)為主，并將大量的冷空氣不斷輸送到黑龍江省西南部，而日出后的湍流加強(qiáng)，打破了地面逆溫層，霾程度下降，則能見(jiàn)度增加，哈爾濱空氣質(zhì)量變好。

2.4 大氣擴(kuò)散條件分析

靜穩(wěn)天氣指數(shù)可以將大氣污染擴(kuò)散氣象條件反映出來(lái)，是綜合量。通過(guò)對(duì)哈爾濱這次重度霾天氣的靜穩(wěn)天氣指數(shù)進(jìn)行分析，在污染物累積時(shí)間段，靜穩(wěn)天氣指數(shù)升高幅度較大，尤其是在污染加重階段，該數(shù)值持續(xù)上升，達(dá)到了8。在霾減弱階段，靜穩(wěn)天氣指數(shù)增加不太明顯，而在5日夜間在風(fēng)速增加后，靜穩(wěn)天氣指數(shù)開(kāi)始表現(xiàn)出大幅度下降的趨勢(shì)。相較于秋冬季節(jié)，春季近地面逆溫層較小，直接造成靜穩(wěn)天氣指數(shù)比秋冬季節(jié)空氣重污染和重度霾出現(xiàn)時(shí)的數(shù)值較小。從5日下完到傍晚，哈爾濱靜穩(wěn)天氣指數(shù)持續(xù)增加，再加上PM2.5濃度快速下降，霾減弱消散趨勢(shì)不一致，風(fēng)向以偏北風(fēng)為主，而風(fēng)速增加幅度不明顯，地面以均壓場(chǎng)為主，氣壓變化不明顯，這些特點(diǎn)對(duì)于靜穩(wěn)天氣指數(shù)的繼續(xù)維持較為有利。針對(duì)污染源來(lái)說(shuō)，5日因政府部門采取了一系列防控措施，有效遏制了秸稈焚燒，哈爾濱外地源峰值期結(jié)束，而弱冷空氣與偏北風(fēng)的入侵，再加上湍流的影響，使得空氣大氣擴(kuò)散條件趨于好轉(zhuǎn)，能見(jiàn)度加大，污染物濃度降低。4月初，哈爾濱及其周圍取暖燃煤量下降，即使空氣擴(kuò)散條件較差，若是沒(méi)有集中焚燒秸稈的現(xiàn)象，單純依靠空氣中的污染物很難引起重度霾天氣。

3 結(jié)論

（1）2018年4月4日21:00~5日13:00，哈爾濱市連續(xù)17 h出現(xiàn)了重度及以上級(jí)別的污染天氣過(guò)程，當(dāng)時(shí)的空氣質(zhì)量指數(shù)在200以上，且PM2.5是空氣中的首要污染物，這次重度霾天氣污染過(guò)程除了秸稈燃燒是最為主要的排放源外，受供暖燃煤的影響也相對(duì)較大，這與往年同階段供暖期較為吻合。

（2）哈爾濱附近有明顯的風(fēng)向輻合，再加上地面風(fēng)速較小，對(duì)于污染物水平擴(kuò)散極為不利，偏南風(fēng)和偏東風(fēng)的作用進(jìn)一步加劇了霾程度，偏北風(fēng)及風(fēng)速的增大作用對(duì)于空氣污染物沉降和擴(kuò)散提供了有利條件。

（3）霾的形成同污染源和較差擴(kuò)散條件密不可分，因哈爾濱4月初的逆溫等靜穩(wěn)氣象條件低于秋冬季節(jié)，春季秸稈集中焚燒對(duì)重度霾天氣的貢獻(xiàn)較大。