開原市2014年2月21—26日霧霾天氣過程分析

陳光輝

摘 要：本文運(yùn)用遼寧省開原市能見度監(jiān)測(cè)資料、常規(guī)觀測(cè)資料、自動(dòng)站資料、探空數(shù)據(jù)資料及NCEP再分析資料等對(duì)2014年2月21-26日開原市持續(xù)霧霾天氣過程分析，此次霧霾天氣持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、覆蓋范圍大、危害性強(qiáng)；高空弱西北氣流及低層暖脊同地面高壓后部相配合為霧霾天氣發(fā)生提供了有利大氣環(huán)流形勢(shì)，主要天氣系統(tǒng)為高空西風(fēng)槽前、低層較強(qiáng)暖區(qū)配合地面低壓；影響霾天氣的主要污染物是PM2.5、PM10，分布呈凌晨低、午夜高特征；<4m/s的地面風(fēng)速是霧霾天氣關(guān)鍵風(fēng)速指標(biāo)。開原市霧霾天氣出現(xiàn)時(shí)，地面風(fēng)速基本上為1～3m/s ；很小溫度露點(diǎn)差也為持續(xù)霧霾天氣提供特別好的氣象要素條件；地面至850hPa出現(xiàn)逆溫是霧霾出現(xiàn)關(guān)鍵指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：霧霾天氣；環(huán)流形勢(shì)；能見度；氣象要素

中圖分類號(hào)：P458.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）21-0023-01

霧霾天氣是一種災(zāi)害性天氣現(xiàn)象，不但會(huì)造成空氣質(zhì)量、能將度大幅度下降，造成航班延誤或城市交通受阻，還會(huì)加重呼吸系統(tǒng)及過敏等疾病病情，嚴(yán)重威脅人們生命健康安全。為此，大量國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別從不同角度和層面對(duì)霧霾天氣進(jìn)行分析和研究。近些年來，全球氣候變暖，開原市霧霾天氣幾率也在逐年攀升，霧霾對(duì)開原市空氣質(zhì)量、城市交通及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。因此，本文對(duì)2014年2月21-26日開原市霧霾天氣過程，采用天氣動(dòng)力學(xué)及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，通過分析霾顆粒物濃度及氣象要素演變特征，掌握開原市霧霾發(fā)生機(jī)理、特征，以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)開原市霧霾天氣發(fā)生機(jī)理及特征，為今后霧霾天氣現(xiàn)象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)、大氣污染預(yù)測(cè)及防治工作提供重要指導(dǎo)依據(jù)。

1 霧霾天氣形勢(shì)及霧霾特征分析

1.1 霧霾天氣實(shí)況

此次持續(xù)霧霾天氣，開原市主要污染物為PM2.5，少數(shù)時(shí)段是PM10。根據(jù)開原市PM2.5及PM10濃度變化情況看出（圖1），21-26日霧霾天氣持續(xù)期間，PM2.5濃度始終保持較高狀態(tài)，霧霾日變化趨勢(shì)存在差異，最大值為每天23時(shí)左右，最大值范圍是150～230μg/m3。PM2.5濃度變化具備顯著雙峰型，一般在13時(shí)通常存在PM2.5濃度次大值，最小值在07時(shí)左右，最小值為90～130μg/m3。在整個(gè)霾持續(xù)期間，PM10濃度在0時(shí)左右達(dá)到高值，230～300μg/m3；自01時(shí)開始，PM10濃度逐漸降低，降至最小值時(shí)間不一定，部分為07時(shí)前后，部分為19時(shí)前后，最小值為140～160μg/m3。

1.2 大氣環(huán)流形勢(shì)分析

21日前，500hPa上亞歐大陸區(qū)域?yàn)閮刹垡患剐蝿?shì)，大槽區(qū)主要分布在鄂霍次克海區(qū)域，淺槽主要處于巴湖至貝湖一帶，槽底處于南太平洋，脊區(qū)處于兩槽間東亞一帶，500hPa呈東低西高。850hPa場(chǎng)上東北地區(qū)存在暖脊相配合，同時(shí)伴隨2～4m/s東南風(fēng)。22-23日東北地區(qū)高空沒有冷空氣活動(dòng)，850hPa低層暖脊變強(qiáng)，吹向我國(guó)北方的東南風(fēng)逐漸變成南風(fēng)，風(fēng)速增強(qiáng)為4～8m/s，開原市霧霾天氣變重。地面場(chǎng)上，高壓后部弱氣壓系統(tǒng)，屬偏東風(fēng)4m/s。24日巴湖至貝湖淺槽逐步變深且南壓，導(dǎo)致其前部脊開始變形北挺，而我國(guó)北方存在低槽持續(xù)向東邊移動(dòng)且不斷發(fā)展，低層850hPa我國(guó)長(zhǎng)江中游存在顯著風(fēng)場(chǎng)輻合，朝北邊移動(dòng)的南風(fēng)風(fēng)力逐漸變?nèi)?，開原市污染程度變?nèi)酢?5日巴湖大槽迅速向南邊蔓延，前沿至我國(guó)東北地區(qū)西邊，850hPa暖脊變強(qiáng)，東北中部及偏東區(qū)域增暖顯著，南邊高原槽朝東移動(dòng)，吹向我國(guó)北方的南風(fēng)增至4～8m/s。地面有閉合低壓系統(tǒng)，開原市處在低壓底前部，主要為2m/s西南風(fēng)，霧霾污染程度開始逐漸增重。

2 促進(jìn)持續(xù)霧霾天氣產(chǎn)生的氣象要素分析

2.1 PM2.5濃度同地面風(fēng)速的關(guān)系

分析開原市地面風(fēng)速同PM2.5濃度演變，霧霾天氣出現(xiàn)時(shí)，開原市地面風(fēng)速處于1～3m/s。22-23日午夜PM2.5濃度達(dá)到峰值，若地面風(fēng)速為4m/s，就會(huì)導(dǎo)致PM2.5濃度變?。?4時(shí)左右，PM2.5濃度又一次達(dá)峰值，若發(fā)生4m/s風(fēng)，PM2.5濃度會(huì)再次下降。24-25日，在有PM2.5濃度最大值出現(xiàn)時(shí)，風(fēng)速未增強(qiáng)，霧霾持續(xù)。總之，開原市霧霾同<4m/s風(fēng)具有緊密聯(lián)系，若出現(xiàn)>4m/s風(fēng)時(shí)，污染物濃度下降；26日05時(shí)有9m/s風(fēng)，污染物緩慢消散，可以說，5～7m/s風(fēng)屬空氣質(zhì)量逐漸變?yōu)閮?yōu)良的重要因素。

2.2 PM2.5濃度與地面濕度

T-Td可對(duì)測(cè)站大氣濕度情況有效反映，直接使用該值分析PM2.5濃度同地面濕度之間的關(guān)系可看出，開原市霧霾天氣，地面有很高濕度，溫度露點(diǎn)差≤5℃，霧霾最為嚴(yán)重的午夜，開原市地面溫度露點(diǎn)差為最小值，為2.4～3.3℃，表明最低溫度露點(diǎn)差時(shí)段正好同大污染物濃度相對(duì)應(yīng)。因而，很小溫度露點(diǎn)差也屬于霧霾天氣出現(xiàn)的一個(gè)主要特征。

2.3 PM2.5濃度與近地面溫度垂直分布

分析開原市22-25日高空探測(cè)垂直溫度，地面至850hPa高度及溫度垂直分布屬等溫或逆溫，22日08、20時(shí)、24日20時(shí)開原市均為霧霾顯著增重時(shí)段，其溫度垂直分布為地面至低層850hpa的顯著逆溫，逆溫程度是850hPa高空溫度超過地面2～3℃。其他霧霾天氣持續(xù)時(shí)段，由地面至850hPa高度是等溫或弱降溫1～2℃。總之，從地面及850hpa觀測(cè)值不難看出，測(cè)站上空溫度垂直分布處于極其穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)于霧霾污染物垂直輸送非常不利，地面至850hPa出現(xiàn)逆溫屬開原市霧霾出現(xiàn)的關(guān)鍵指標(biāo)。

3 結(jié)論與討論

（1）此次霧霾天氣時(shí)間持續(xù)較長(zhǎng)、覆蓋范圍大、危害性較大。（2）高空弱西北氣流及低層暖脊同地面高壓后部相配合為開原市霧霾天氣發(fā)生提供了有利大氣環(huán)流形勢(shì)，開原市霧霾典型系統(tǒng)為高空西風(fēng)槽前、低層較強(qiáng)暖區(qū)配合地面低壓。（3）影響開原市霾天氣主要污染物是PM2.5、PM10，凌晨低、午夜高。<4m/s的地面風(fēng)速是開原市出現(xiàn)霧霾天氣關(guān)鍵風(fēng)速指標(biāo)，霧霾天氣出現(xiàn)時(shí)地面風(fēng)速基本為1～3m/s。（4）很小溫度露點(diǎn)差也為開原市地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)霧霾天氣提供特別好的氣象要素條件。（5）地面至850hPa出現(xiàn)逆溫屬開原市霧霾出現(xiàn)的關(guān)鍵指標(biāo)。霧霾天氣發(fā)生期間，開原市地面至850hPa具備明顯逆溫，850hPa溫度超過地面2～3℃。霧霾出現(xiàn)最初時(shí)段及后期，地面至850hPa等溫或弱降溫1～2℃。（6）在大氣垂直要素分布上，邊界層逆溫過程特別關(guān)鍵，低風(fēng)速及高濕度大氣環(huán)境不利于污染物擴(kuò)散。低層由微弱北風(fēng)變?yōu)槲⑷跗珫|風(fēng)，導(dǎo)致污染物積聚。另外，低層微風(fēng)及高層靜風(fēng)大氣風(fēng)場(chǎng)垂直構(gòu)成會(huì)增重城市上空霧霾。

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