谷鐵城

(浙江省溫州市氣象局，浙江　溫州　325000)

?

溫州一次重度霾天氣過程分析

谷鐵城

(浙江省溫州市氣象局，浙江溫州325000)

利用常規(guī)氣象觀測資料、探空站資料、環(huán)保部門提供的AQI監(jiān)測數(shù)據(jù)，對2015年1月26—27日溫州地區(qū)重度霾天氣過程進行了綜合分析。結(jié)果表明：此次重度霾過程影響時間之長，影響之嚴(yán)重，在溫州霾氣象記錄中是十分罕見的；高空3層西北氣流控制，風(fēng)速較小，靜穩(wěn)天氣，地面冷空氣擴散南下，將浙北方污染物推至浙南，重度霾天氣是由北方污染物輸入和本地污染物疊加，地面存在弱輻合，近地面又存在逆溫層不利于水汽和污染物在垂直方向擴散，利于大氣顆粒污染物在浙南溫州地區(qū)堆積,使得霾污染天氣穩(wěn)定維持；此后，冷空氣主體南下，風(fēng)速加大，氣象擴散條件轉(zhuǎn)好，污染物擴散至海上或福建，霾漸消散。

重度霾;靜穩(wěn)天氣;逆溫層

1　引言

近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展和城市化進程不斷加快，人類活動向大氣排放污染物大量增加，導(dǎo)致霾天氣急劇增多。霾不僅使大氣能見度下降，影響交通安全，而且對人體健康也有極大的影響，為此社會對重污染天氣越來越關(guān)注，對其監(jiān)測、預(yù)報服務(wù)需求也日趨強烈。隨著觀測手段的豐富和觀測技術(shù)的提高，許多學(xué)者通過不同的途徑對霾天氣做了大量分析研究，吳兌等人對霾的時空變化氣候特征進行了分析研究[1-2]，相關(guān)研究者針對不同地區(qū)霾過程的天氣特征、成因進行了分析，指出了霾與顆粒物尤其是細(xì)粒子的密切關(guān)系以及霾過程發(fā)生的影響因素[3-5]。

溫州地處浙江東南沿海地區(qū)，為亞熱帶海洋性氣候，大氣重污染天氣十分少見，2015年1月26—27日出現(xiàn)了持續(xù)時間較長的重度霾，引起社會的廣泛關(guān)注。本文對此次過程進行天氣學(xué)分析，探討其成因，以期對今后的重污染天氣預(yù)報提供一些參考依據(jù)。

2　霾監(jiān)測分析

2015年1月26—27日溫州地區(qū)出現(xiàn)一次重度霾天氣過程。根據(jù)環(huán)保部門提供的1月25日20時—27日20時溫州站逐小時的AQI指數(shù)監(jiān)測(圖1)來看，溫州站從26日04—15時，AQI指數(shù)從原來的98一直上升至301， 16時起AQI指數(shù)逐漸下降，直至27日10時，AQI指數(shù)降為93。其中26日11—21時AQI指數(shù)在201～301范圍內(nèi)，為重度—嚴(yán)重污染。根據(jù)全省霾實況分布監(jiān)測顯示，26日02時(圖2a)，浙北地區(qū)出現(xiàn)霾影響重度到嚴(yán)重等級，溫州市區(qū)霾影響僅為輕度等級；至26日15時(圖2b)，受冷空氣擴散南下影響，浙北地區(qū)的霾等級有所好轉(zhuǎn)，由原來的重度到嚴(yán)重等級轉(zhuǎn)為重度等級，而溫州地區(qū)霾影響由原來的輕度轉(zhuǎn)為重度影響。至27日16時(圖略)，受低層弱切變線影響，溫州地區(qū)16—23時出現(xiàn)了一次弱降水過程，且隨冷空氣繼續(xù)南下，氣象擴散條件轉(zhuǎn)好，溫州地區(qū)重新轉(zhuǎn)為輕度霾影響。重度霾過程基本結(jié)束。由浙江區(qū)域逐小時霾分布演變(圖略)可見，此次溫州重度霾天氣是由北方污染物輸入和本地污染物疊加造成的。

以溫州站為代表，分析能見度與相對濕度的時間演變，進而分析霾過程演變。圖3給出溫州站25日20時—27日20時逐小時能見度與相對濕度序列。由圖可見，25日20時—26日06時能見度大約在3～5 km之間，為輕度霾級別；26日07時—27日16時大約在1～3 km之間，達中度—重度霾級別，其間溫州本站相對濕度有一個明顯的下降過程，其中26日14—23時能見度均<2 km，達重度霾，最小能見度為1 041 m；至27日17時能見度明顯好轉(zhuǎn)，達6 397 m，霾過程結(jié)束。根據(jù)2010年的中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《霾的觀測和預(yù)報等級》判定，此次過程出現(xiàn)中度霾與重度霾均有12個時次，其中重度霾持續(xù)時間達約11 h，此次霾過程影響時間長而嚴(yán)重，在溫州霾氣象記錄中實屬罕見。

圖1　溫州站25日20時—27日20時逐小時AQI指數(shù)Fig.1　Hourly AQI index during 25th 20∶00—27th 20∶00 of Wenzhou station

圖2　浙江霾等級實況(a.26日02時，b.26日15時)Fig.2　Zhejiang Haze Level of Live Telecast(a.26th 2∶00,b.26th 15∶00)

圖3　溫州站25日20時—27日20時逐小時能見度與相對濕度Fig.3　Hourly visibility and relative humidity during 25th 20∶00—27th 20∶00 of Wenzhou station

3　大氣環(huán)流背景分析

3.1高空環(huán)流

圖4給出1月26日08時500、700、850 hPa環(huán)流形勢場。500 hPa(圖4a)在黑龍江及內(nèi)蒙東部存在東北冷渦，渦后的槽線從內(nèi)蒙東部延伸到內(nèi)蒙中部，位置偏北。中緯度地區(qū)以西風(fēng)環(huán)流為主，在湖北至重慶一帶有一淺槽，浙江上空處于西北偏西氣流控制中。700 hPa(圖4b)在甘肅地區(qū)有一阻塞高壓，云南至四川一帶有低槽，江西至浙江一帶處于弱高壓脊控制。850 hPa(圖4c)形勢與700 hPa類似，江西至浙江一帶弱高壓脊控制，風(fēng)速較弱(4～6 m/s)。

由上述可見，浙江上空三層都處于西北氣流控制中，且風(fēng)速較小，不利于劇烈垂直運動的產(chǎn)生，也不利于出現(xiàn)降水天氣，為靜穩(wěn)天氣形勢。

圖4　26日08時環(huán)流形勢(a.500 hPa，b.700 hPa，c.850 hPa)Fig.4　Circulation pattern at 26th 8∶00 (a.500 hPa，b.700 hPa，c.850 hPa)

3.2地面形勢場

圖5給出地面形勢場，可以看出26日08—20時地面從浙北至浙南以偏東北氣流為主，其中08時(圖5a)冷鋒位于遼寧北部—河北南部—山西南部一帶，冷空氣前部向長江中下游南下擴散，在浙江南部—江西中部有一輻合線存在；至14時(圖5b)冷鋒壓至山東中部—河南北部一帶，浙江南部—江西中部輻合線仍基本原地維持。上述可見，冷空氣南下擴散使得北方污染物隨風(fēng)南下，浙江南部輻合線的存在，不利于污染物擴散，利于污染物在浙南地區(qū)堆積。至27日14時(圖5c)，隨著北方冷空氣主體擴散南下，冷鋒已經(jīng)到了浙南一帶，輻合線消失，至20時(圖5d)，冷鋒南下至浙閩交界處，溫州地面轉(zhuǎn)為一致的偏北氣流，此時溫州地區(qū)霾等級已經(jīng)降為輕度，霾過程結(jié)束。

綜上所述，在高空西北氣流控制下，且低層風(fēng)速較小，不利于大氣對流，925 hPa高度上在浙江東部至東南部存在氣流向南擴散，地面冷空氣擴散南下，浙江南部的地面輻合線存在，是此次重度霾天氣形成的重要原因之一。

4　霾過程的氣象要素特征

4.1相關(guān)地面要素特征分析

圖6是2015年1月25日21時—27日20時溫州站逐時的最大風(fēng)速、3 h變壓和24 h變壓折線圖。由圖可見，26日09時之前，溫州本站風(fēng)速均沒有超過1 m/s，09時以后，風(fēng)速有所增大，但最大風(fēng)速均沒有超過4 m/s，至15時溫州本站的能見度降到了1 000余米，相對濕度降至60%左右(根據(jù)圖3)，這與“弱風(fēng)速有利于污染物的聚集，降低大氣能見度，形成霾”的觀點[6]非常一致。且從26日08時起24 h變壓均處于正變壓狀態(tài)，但3h變壓由于當(dāng)日的輻射升溫原因從當(dāng)日11—17時均處于負(fù)變壓狀態(tài)。

4.2大氣層結(jié)特征分析

研究表明[7,8]，近地層出現(xiàn)逆溫，可使污染物在地面上停滯積聚，加劇空氣污染程度，有利于霧霾天氣的形成。圖7給出洪家站26日探空曲線。由圖可見，26日08時(圖7a)與20時(圖7b)洪家站近地面存在一個逆溫層，逆溫層頂大約至850 hPa，逆溫層的出現(xiàn)使得水汽和污染物在垂直方向擴散時遇到阻擋，使污染物在低層積累形成高濃度污染，且08時、20時700 hPa以下風(fēng)速均較小，擴散條件差，利于大氣顆粒污染物的匯聚，使得霾污染天氣穩(wěn)定維持。

圖5　地面形勢場(a.26日08時，b.26日14時，c.27日14時，d.27日20時)Fig.5　Surface situation field(a.26th 8∶00，b.26th 14∶00，c.27th 14∶00,d.27th 20∶00)

圖6　25日21時—27日20時溫州本站最大風(fēng)速、3 h變壓和24 h變壓折線圖Fig.6　Maximum wind speed, variable pressure of 3hours and 24hours during 25th 21∶00—27th 20∶00 of Wenzhou station

圖7　洪家站探空曲線(a.26日08時，b.26日20時)Fig.7　Profiles of temperature at Hongjia station(a.26th 8∶00，b.26th 20∶00)

5　小結(jié)

2015年1月26—27日溫州地區(qū)出現(xiàn)罕見的重度霾原因是在特定氣象條件下，北方輸入污染和本地污染疊加造成的。

①浙江上空500、700和850 hPa 3層都處于西北氣流控制中，且風(fēng)速較小，為靜穩(wěn)天氣形勢。

②在地面冷空氣推動下，將浙北污染物推送至浙南，且浙南的地面弱輻合有利于污染物在溫州地區(qū)堆積。

③850 hPa以下風(fēng)速較小，水平擴散條件差，且近地面存在逆溫層等特定氣象條件，使污染物在水平、垂直方向擴散不暢，污染物濃度在低層不斷增高，導(dǎo)致重度霾出現(xiàn)、維持。

④1月27日14時后，冷空氣主體南下，風(fēng)速加大，氣象擴散條件轉(zhuǎn)好，污染物擴散南推，霾漸消散，重度霾影響過程結(jié)束。

[1] 吳兌, 吳曉京, 李菲, 等. 1951—2005年中國大陸霾的時空變化[J].氣象學(xué)報,2010, 68(5)：680-688.

[2] 吳珊珊，章毅之，胡菊芳，等. 江西省霾天氣氣候特征及其與氣象條件的關(guān)系[J]. 氣象與環(huán)境學(xué)報，2014,30(3): 71-77.

[3] 吳兌，鄧雪嬌，畢雪巖，等. 細(xì)粒子污染形成霾天氣導(dǎo)致廣州地區(qū)能見度下降[J]. 熱帶氣象學(xué)報，2007,23(1): 1-6.

[4] 吳兌，廖國蓮，鄧雪嬌，等. 珠江三角洲霾天氣的近地層輸送條件研究[J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報，2008,19(1)：1-9.

[5] 黃健，吳兌,黃敏輝，等.1954—2004年珠江三角洲大氣能見度變化趨勢[J].應(yīng)用氣象學(xué)報, 2008，19 (1): 61-69.

[6] 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，2008，34(6)：89-96.

[7] 徐懷剛，鄧北勝，周小剛，等.霧對城市邊界層和城市環(huán)境的影響[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，2002，13(增刊)：170-176.

[8] 范紹佳，王安宇，樊琦，等.珠江三角洲大氣邊界層概念模型的建立及其應(yīng)用[J].熱帶氣象學(xué)報,2005,21(3)：286-292.

[9] 范昱，楊嘯寧，等.長沙地區(qū)30 a霾觀測記錄的分析[J].貴州氣象,2013,37(5)：31-33.

Analysis of a Severe Haze Weather in Wenzhou

GU Tiecheng

(Wenzhou Meteorological Bureau，Wenzhou 325000，China)

During Jan. 26-27 2015, a severe haze event occurred in Wenzhou city which lasted 12hours, was a rare haze event in the city. Using the observational data, sounding data and the AQI monitoring data provided by the Environmental Protection Department, the severe haze weather process is analyzed. Before the severe haze event, the atmosphere became quite stable with low speed wind at the level of 850,700 and 500hPa. The high density pollutant, mainly particulate matter, in the north part of Zhejiang Province moving southwardly, adding the local pollutant, results in the pollutant density rising rapidly, as the cold front move southward. With the favorable atmosphere condition which suppresses the pollutant dispersion at vertical direction and benefits the pollutant accumulation, including the weak convergence at the surface and temperature inversion at the atmospheric boundary layer, makes the severe haze weather event persisting. As the main cold high move southwardly, wind speed increasing significantly, the atmosphere pollutant dispersion condition improved. With the pollutant dispersed to the East China Sea and Fujian province, the haze disappeared gradually.

severe haze; stability weather; inversion layer

1003-6598(2016)02-0052-05

2015-09-11

谷鐵城(1990—)，男，助工，主要從事天氣預(yù)報工作,E-mail:1170796311@qq.com。

P458.3

B