开原市2014年2月21-26日雾霾天气过程分析

开原市2014年2月21-26日雾霾天气过程分析

陈光辉王大卫李丹

开原市气象局辽宁开原112300

摘要：本文运用辽宁省开原市能见度监测资料、常规观测资料、自动站资料、探空数据资料以及NCEP再分析资料等，对2014年2月21-26日出现在开原市的持续雾霾天气过程进行分析，结果表明：此次雾霾天气存在着时间持续较长、覆盖范围大以及危害性较大的特征；高空弱西北气流以及低层暖脊同地面高压后部相配合为开原市雾霾天气的发生提供了有利的大气环流形势，开原市雾霾的典型系统为高空西风槽前、低层较强暖区配合地面低压；影响开原市霾天气的主要污染物是PM2.5、PM10，其分布具备凌晨低、午夜高的特征；低于4m/s的地面风速是开原市出现雾霾天气的关键风速指标。开原市在雾霾天气出现时，地面风速基本上处于1～3m/s范围内；很小的温度露点差也为开原市地区出现持续雾霾天气提供特别好的气象要素条件；地面至850hpa出现逆温属于开原市雾霾出现的关键指标。雾霾天气发生期间，开原市地面至850hpa具备有明显的逆温，850hpa温度超过地面2～3℃。

关键词：雾霾天气；环流形势；能见度；气象要素；

引言

雾霾天气是一种灾害性天气现象，其不但会造成空气质量以及能将度大幅度下降，造成航班延误或者是城市交通受阻，而且还会加重呼吸系统以及过敏等疾病的病情，严重威胁着人们生命健康的安全。为此，越来越多的国内外学者分别从不同角度和层面对雾霾天气进行分析和研究。吴兑多次对我国各个区域霾观测的标准不一致的问题做出了详细研究，指出相对湿度不超过80%的时候大气浑浊视线不清晰致使能见度低是由于霾造成的；相对湿度在80%-90%范围内的时候大气浑浊视线不清晰使能见度较低是由于雾与霾相互引起的，占据重要地位的是霾；相对湿度超过90%的时候大气浑浊视线不清晰致使能见度低是由于雾造成的；

1.研究区概况

开原市，辽宁省铁岭市下辖县级市，位于辽宁省东北部，辽河中游东侧，丘陵地带。境内属北温带季风型大陆性气候，年平均气温为7.3℃，年日照时数为2561.5h，年平均降水量为672.8mm，无霜期为142—145d左右。春夏多西南风，秋冬多西北风，平均风速每秒3.1米。开原东西宽为102公里，南北长为65公里，总面积为3164平方公里。境内地势东高西低，东部为长白山支脉，属山地丘陵，海拔在200－600米之间。主要山峰有城子山、砬子山等，海拔在800米以上。西部为冲积平原，海拔在50-100米之间。随着全球气候变暖趋势加剧，我国大部分地区均会出现大雾，尤其是东北大雾天气频繁，这是因为进入秋冬季以后，东北地区多被西北气流控制，大气层结构比较稳定，促进了水汽的积聚。另一方面，因为青藏高原南侧暖湿空气活动逐渐变得强烈，并延西南路径将水汽传输至东北部地区，形成了雾气，而特定的气候条件就是开原市“雾霾天气”发生的重要条件。

2.研究资料来源与方法

本文运用辽宁省开原市气象局能见度监测资料、常规观测资料、自动站资料、探空数据资料以及NCEP再分析资料等。包括温度、气压、相对湿度、风速以及降水量等气象要素。

结合我国气象局关于气象要素观测的相关规范要求，可以把相对湿度〉95%，能见度＜1km当成雾的判别标准；而将相对湿度＜80%，能见度＜10km当作霾的判定标准；能见度＜10km,相对湿度为80%-90%时，假如PM2.5质量＞75μg/m3，则定义为霾，假如PM2.5质量浓度＜75μg/m3,则为雾。中度霾:能见度〈3km且相对湿度≥80%，或PM2.5浓度＞115μg/m3且≤150μg/m3，非常容易导致中度空气污染产生。重度霾:能见度＜2km且相对湿度≥80%，或PM2.5浓度＞150μg/m3且≤250μg/m3，特别容易产生重度空气污染。严重霾:能见度＜1km并且相对湿度≥80%，或PM2.5浓度＞250μg/m3且≤500μg/m3，容易产生严重空气污染。本文中主要采取PM2.5的浓度作为对霾的程度进行判断。采用天气动力学以及统计学分析方法，通过分析霾的颗粒物浓度以及气象要素演变特征，掌握开原市雾霾发生机理以及特征。

3.雾霾天气形势以及雾霾特征分析

3.1雾霾天气实况

在此次持续雾霾天气过程中，开原市的主要污染物为PM2.5，少数时间段是PM10。根据开原市PM2.5以及PM10浓度的变化情况能够看出：2014年2月21日-26日雾霾天气持续期间，PM2.5的浓度始终保持较高的状态，雾霾的日变化趋势也存在一定的差异。但是，通常情况下，最大值主要存在于每天的23:00左右，最大值范围是150～230μg/m3。PM2.5浓度变化具备显著的双峰型，一般在午后13：00左右，通常有PM2.5浓度的次大值存在。最小值一般为早晨07:00左右，最小值为90～130μg/m3。PM10的浓度处于中度霾的下限值水平，它也是形成污染的重要因素。在整个霾持续期间，PM10浓度在00:00左右达到高值230～300μg/m3。在00：00左右，PM10浓度在不断增加以及降低的过程中再次出高值。一般自01：00开始，PM10的浓度逐渐降低，降至最小值的时间不一定，部分为07：00前后，部分为19：00前后，最小值范围为140～160μg/m3。

3.2大气环流形势分析

此次开原市大面积的持续性雾霾天气是在特别的大气环流形势背景下形成的。2014年2月21日初期，500hpa高度场上亚欧大陆区域主要表现为两槽一脊的形势，大槽区主要分布在鄂霍次克海区域，浅槽主要处于巴湖至贝湖一带，槽底处于南太平洋区域，脊区处于两槽间的东亚一带，500hpa主要表现为东低西高的特点。我国东北地区受高空脊底的西北气流影响，等高度线比较稀疏。低层850hpa场上东北地区存在着暖脊相配合，同时伴随着2～4m/s的东南风。2月22－23日，东北区域高空没有冷空气进行活动，850hpa低层暖脊缓缓变强，吹向我国北方区域的东南风逐渐变成了南风，并且风速有所增强，变为4～8m/s，而此时属于开原市雾霾天气变重的阶段。从地面形势分析可知，主要表现为高压后部弱的气压系统，属于偏东风4m/s。24日，巴湖至贝湖的浅槽逐步变深且南压，导致其前部脊开始变形北挺，而我国北方区域存在着低槽持续向东边区域移动并且在不断发展，低层850hpa形势场上我国长江中游区域存在着较为显著的风场辐合，朝北边移动的南风的风力逐渐变弱，开原市污染程度也有所变弱。

3.3.1PM2.5浓度同地面风速的关系分析

通过分析此次雾霾天气发生期间开原市地面风速同PM2.5浓度的演变图可以看出，开原市在雾霾天气出现时，地面风速基本上处于1～3m/s范围内。2014年2月22-23日的午夜左右，PM2.5浓度更是达到峰值，若地面风速为4m/s，那么就会导致PM2.5浓度也逐渐变小。下午同时也具备这样的变化特征，午后14：00左右，PM2.5浓度又一次达到峰值，也就是所谓的次大值，随后假如发生了4m/s的风，PM2.5浓度会再次下降。24-25日，在有PM2.5浓度的最大值出现时，风速未增强，那么就由雾霾所产生的空气污染持续。

3.3.2PM2.5浓度与地面湿度的关系

T－Td可以对测站的大气湿度情况进行有效反映，所以，可以直接使用该值对PM2.5浓度同地面湿度之间的关系进行分析，由此不难看出，开原市在发生雾霾天气的过程中，地面有很高的湿度存在，温度露点差在大部分的情况下不超过5℃。

3.3.3PM2.5浓度与近地面温度垂直分布的关系

大气低层的风、温、湿条件会对城市空气污染物的聚集以及扩散产生一定程度的影响。若低层大气层结比较稳定，垂直对流较弱或者是没有对流，那么就会有利于污染物积聚，不利于其扩散。通过对开原市22-25日高空探测的垂直温度进行分析，地面至850hpa高度以及温度的垂直分布属于等温或者是逆温，22日08：00、20：00、24日20：00开原市均为雾霾显著增重时段，其温度垂直分布为地面至低层850hpa的显著逆温，逆温程度是850hpa高空温度超过地面2～3℃。

参考文献

[1]吴兑.再论都市雾与霾的区别[J].气象，2006，32（4）：9-15.

[2]吴兑.大城市区域霾与雾的区别和灰霾天气预警信号发布[J].环境科学与技术，2008，31（9）：1-7.

[3]丁珏，刘义，李家骅，等．雾天气向霾天气转化时气溶胶颗粒物的动力学特性［J］．气象与环境学报，2012，28(2):91－96．