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一次極強霾過程分析

2016-10-20 00:13張琳高雷娜陳華凱
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技 2016年8期
關(guān)鍵詞:湍流德州市衡水

張琳 高雷娜 陳華凱

摘要 利用NCEP1°×1°逐6 h再分析資料,通過WRFV3.7.1模式針對12月22—23日德州市出現(xiàn)的一次極強霾過程進行分析,結(jié)果表明:①從大氣形勢分析,地面氣壓場弱,天氣形勢靜穩(wěn),地面存在一條輻合帶,PM2.5濃度增大;②冷鋒南下,地面輻合線南壓,污染物也隨之往南移動;③混合層高度低,湍流弱,污染物難以向高層擴散,導(dǎo)致PM2.5濃度持續(xù)上升。

關(guān)鍵詞 輻合帶;混合層;PM2.5濃度;山東德州

中圖分類號 P427.2 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739(2016)08-0225-02

霾是懸浮在大氣中的大量微小塵粒、煙?;螓}粒的集合體,使空氣渾濁,水平能見度降低到10 km以下的一種天氣現(xiàn)象,霾天氣發(fā)生時大氣能見度低,空氣質(zhì)量惡化,對人類生活產(chǎn)生了重要的影響。2015年12月影響德州的冷空氣較弱,氣溫偏高,風(fēng)速偏小,天氣條件靜穩(wěn),有利于霧霾天氣的發(fā)生,空氣污染較為嚴(yán)重[1]。當(dāng)月大霧和霾日數(shù)分別為8、25 d,是2010年以來的最多值。12月22—23日,華北平原地區(qū)出現(xiàn)一次極強的霾天氣過程,德州市PM2.5濃度23日早晨超過1 000 μg/m3,在德州周邊城市中,只有衡水同樣出現(xiàn)了PM2.5濃度超過1 000 μg/m3的情況,邢臺、濟南雖然空氣質(zhì)量也達到了嚴(yán)重污染,但PM2.5質(zhì)量濃度比衡水、德州仍明顯偏小。此文使用NCEP1°×1°逐6 h再分析資料,通過WRFV3.7.1模式對此次過程進行了模擬,對大氣形勢、混合層高度和PM2.5質(zhì)量濃度進行診斷分析,以期找到此類極重污染天氣的一些特點。

1 PM2.5實況分析

華北地區(qū)此次重污染天氣過程12月19日開始,持續(xù)整整1周時間,26日下午才明顯減弱消散。衡水市(37.7°N,115.7°E)位于德州市(37.4°N,116.3°E)西西北方向,距德州市直線距離不足70 km。由圖1可以看出,衡水市PM2.5質(zhì)量濃度在22日06:00觀測值為433 μg/m3,7:00開始出現(xiàn)明顯增大,經(jīng)過13 h的增長后于20:00達到927 μg/m3,21:00超過1 000 μg/m3,并持續(xù)至23日0:00,之后開始下降。德州市情況則有很大不同,23日0:00觀測值366 μg/m3,1:00 PM2.5質(zhì)量濃度開始迅速增大,4 h后于5:00觀測值就達到了982 μg/m3,7:00達到極值1 000 μg/m3,之后出現(xiàn)了跳躍式的下降,9:00濃度僅有374 μg/m3。德州這種大起大落的觀測數(shù)據(jù)與衡水緩慢增長下降形成了鮮明對比,同時發(fā)現(xiàn)衡水觀測值開始下降的同時,德州的觀測值則恰好開始猛增[2]。

2 天氣形勢分析

2.1 高空環(huán)流分析

由圖2a、b可以看出,22日8:00 500 hPa為淺槽前的西西南風(fēng),850 hPa為南到東南風(fēng),風(fēng)速比較小,存在暖平流。通常在這種情況下,天氣形勢趨于靜穩(wěn),PM2.5質(zhì)量濃度開始增大。但由前面分析可知,德州沒有出現(xiàn)明顯增大,衡水則開始緩慢增長。到23日8:00,500 hPa淺槽已經(jīng)過境,整體轉(zhuǎn)為槽后西西北風(fēng),850 hPa有弱冷空氣南下,鋒區(qū)已經(jīng)壓過德州,整體轉(zhuǎn)為西北到北風(fēng),風(fēng)速仍比較?。▓D2c、d)。一般來說冷空氣會對污染物有清除作用,同樣是冷空氣已經(jīng)影響,衡水PM2.5濃度有了較為明顯下降,而德州卻恰好處于污染峰值。

2.2 地面形勢分析

由圖3可以看出,22日14:00至23日2:00在河北中部始終存在一條輻合線,衡水恰好位于這條輻合線內(nèi)。由于周圍縣市PM2.5濃度已經(jīng)比較高,這條輻合線持續(xù)存在,污染物在此大量聚集,這可能就是衡水PM2.5濃度持續(xù)增高并突破1 000 μg/m3的原因之一。23日8:00,隨著冷鋒南下,輻合線也隨之南壓經(jīng)過德州。輻合線經(jīng)過德州的同時,污染物也隨之而來,造成PM2.5濃度猛增,輻合線過后,PM2.5濃度則明顯下降。

2.3 混合層高度分析

邊界層中的空氣明顯受地面摩擦或熱力作用的影響,因而在某個高度的穩(wěn)定層下會出現(xiàn)顯著的垂直混合,造成混合層。一般混合層頂為云底,位溫、比濕等一些物理要素在混合層頂表現(xiàn)明顯的不連續(xù)性。污染氣象學(xué)定義混合層為湍流特征不連續(xù)界面以下湍流較充分發(fā)展的大氣層,其厚度就是混合層厚度。它表征了污染物在垂直方向被熱力湍流稀釋的范圍,即低層空氣熱力對流與動力湍流所能達到的高度?;旌蠈痈叨仍礁?,越有利于污染物垂直方向的擴散。

觀測顯示,21日20:00至23日20:00,云量均為8成以上,經(jīng)帕斯奎爾表查算可得出大氣穩(wěn)定度為D級。

經(jīng)過計算,22日1:00至23日23:00,衡水混合層高度平均為336 m,最低時僅有98 m;德州混合層高度則略高一些,平均為490 m,最低時為118 m。

2.4 時間剖面分析

由圖4可以看出,衡水在23日2:00之前低層都為比較弱的上升運動,這與前面分析的衡水處于一輻合線內(nèi)相符合。雖然有上升運動,但是由前面計算可知混合層高度非常低,污染物難以向高層擴散,PM2.5濃度持續(xù)上升。德州站則是很弱的上升下沉運動交錯存在,說明德州沒有明顯的輻合,污染物暴增應(yīng)該是由于鋒面過境時,西北側(cè)的污染帶隨之南下影響的結(jié)果。

3 結(jié)論

(1)地面氣壓場弱,存在一條輻合帶,天氣形勢趨于靜穩(wěn),導(dǎo)致污染物堆積,有利于 PM2.5濃度的增大。

(2)混合層高度低,湍流弱,污染物難以向高層擴散,導(dǎo)

致PM2.5濃度持續(xù)上升。

(3)隨著冷鋒南下,地面輻合線南壓,在衡水堆積的污染物也隨之往東南移動,導(dǎo)致德州污染物濃度暴漲[5]。

4 參考文獻

[1] 童堯青,銀燕,錢凌,等.南京地區(qū)霾天氣特征分析[J].中國環(huán)境科學(xué),2007(5):584-588.

[2] 胡亞旦,周自江.中國霾天氣的氣候特征分析[J].氣象,2009(7):73.

[3] 高歌.1961-2005年中國霾日氣候特征及變化分析[J].地理學(xué)報,2008(7):761-768.

[4] 饒曉琴,李峰,周寧芳,等.我國中東部一次大范圍霾天氣的分析[J].氣象,2008(6):89-96.

[5] 賴芬芬,孫軍.2015年3月大氣環(huán)流和天氣分析[J].氣象,2015(6):786.

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