2014年10月8-11日石景山區重污染天氣過程分析

曹 云 張靜靜 朱 立 苗鳳梅 許 明 李 輝 李 朝

（北京市石景山區氣象臺 北京 石景山區 100043）

2014年10月8-11日石景山區重污染天氣過程分析

曹 云 張靜靜 朱 立 苗鳳梅 許 明 李 輝 李 朝

（北京市石景山區氣象臺 北京 石景山區 100043）

2014年10月8-11日北京地區出現一次重污染天過程，此次重污染天過程持續時間長，PM2.5濃度維持在嚴重污染程度，給城市環境和交通帶來嚴重影響。本文利用常規氣象資料分析了此次重污染天氣發生的環流背景和與各氣象要素在時間變化上的特征。分析得出 PM2.5濃度變化與氣溫成正相關性，與氣壓成負相關性。PM2.5濃度變化與濕度和風速變化在霧霾的形成和消散的階段分別成正和負相關性，與能見度的變化與其與相對濕度的變化一致。

PM2.5；濃度；重污染；霧霾；相關性

一、天氣實況形勢分析

1、大尺度天氣形勢分析

高空500hPa8-9日北京地區均維持高壓脊偏西氣流控制，10-11日轉為高空槽前西南偏西氣流控制，12日開始高空槽緩慢過境。700hPa8-9日受西太平洋臺風加強北抬作用，副熱帶高壓開始北抬，大陸高壓開始建立，北京地區處高壓脊控制。10-11日高壓脊進一步加強，但有所東移，北京地區轉受高壓脊后部西南氣流控制。11日20時以后高空槽開始過境。高空850 hPa 8-9日受西太平洋臺風加強北抬作用，副高開始北抬，大陸高壓開始建立，北京地區處高壓脊控制。10-11日高壓脊進一步加強，但有所東移，北京地區轉受高壓脊后部西南氣流控制。11日20時以后切變始過境。此階段暖脊穩定存在并從河套地區緩慢的東移北抬，過程中暖平流明顯。地面8日凌晨至上午，北京地區出現弱降水。8-9日北京地區主要受入海高壓后部弱氣壓場控制，9日開始河套倒槽開始發展北抬，鞍型場建立。10日20時冷鋒到達河套地區，北京地區開始逐漸轉受蒙古低渦底部控制。11日17時冷鋒到達北京西側，鋒面開始過境，重污染天氣逐漸結束。

整個重污染過程中，地面水平能見度一直維持在4km以下，最低能見度出現在10日夜間。白天有霾出現（11日除外），夜間基本維持輕霧到大霧的天氣。

二、大氣層結穩定度分析

圖2可見，風在垂直方向上850 hPa以下順時針旋轉，說明低層大氣暖平流明顯。近地層至 200米高度左右均有輻射逆溫層，且在1500-2000米之間又均存在一個由于低層暖平流形成的逆溫層即混合層厚度達2km左右。低層大氣在雙逆溫層作用下十分穩定。850 hPa以下濕度一直保持在較高的水平且維持著偏南到偏東風控制。

三、地面氣象要素與PM2.5濃度的關系分析

3.1 圖3-1顯示PM2.5濃度與溫度呈正相關性。PM2.5濃度隨溫度高而升高，隨溫度降低而降低。但在傍晚到夜間這一降溫過程中PM2.5濃度與溫度正相關性不強，有滯后和梯度差異大的現象。

在低層大氣水平運動弱，垂直湍流受熱力層結靜穩抑制的情況下，溫度的水平分布與地形和城市熱島效應有關，低海拔地區及城市建筑和人口密集區溫度高于高海拔區和建筑物、人口相對稀疏的區域。溫度分布延山脈分界明顯，高值區分布在山前及城市中心地區，石景山區東南高西北低。

3.2 PM2.5濃度與相對濕度變化

圖3-2顯示PM2.5濃度與相對濕度在PM2.5濃度高和相對濕度大于70%的情況下相關性差。白天相對濕度降低時，PM2.5濃度幾乎沒有變化。在8日霧霾天氣靜穩形勢開始建立和11日17時受鋒面系統過境影響霧霾開始消散時呈現明顯的正相關性。也就是說，在穩定的日變化下，PM2.5濃度在300微克/每立方米左右時與相對濕度沒有明顯的相關性。

圖3-1 PM2.5與溫度變化曲線圖圖

圖3-2 PM2.5與相對濕度變化曲線圖

3.3 PM2.5濃度與氣壓變化

圖3-3 PM2.5與氣壓變化曲線圖

圖2 10日20時溫度對數壓力圖

圖2 10日20時溫度對數壓力圖

圖3-3顯示PM2.5濃度與氣壓呈負相關。尤其是在霧、霾形成和驅散及PM2.5濃度處于300-150微克/每立方米區間內負相關性明顯。這與溫度變化同PM2.5的變化是相對應的，在靜穩天氣形勢下，氣壓的變化與溫度的變化呈現負相關性。

3.4 圖3-4顯示PM2.5濃度與10分鐘平均風速的變化在霧、霾的形成和消散階段呈負相關性，在霧、霾持續階段有正相關性，但當PM2.5濃度在300微克/每立方米以上，10分鐘風速在基本維持在0.25米/秒以下時正相關性不明顯。

圖3-4 PM2.5與10分鐘平均風速變化曲線與散點圖

3.5 PM2.5濃度曲線與能見度及天氣現象人工觀測記錄對比

通過對比天氣現象、能見度與溫度、濕度、氣壓、風速四個要素均有較好的相關性。白天溫度正弦曲率變化，濕度、氣壓余弦曲率變化、西北風向主導，能見度成正弦曲率變化，天氣現象以輕霧、霾為主。夜間則曲率變化正好相反，天氣現象以輕霧、大霧天氣為主。由于能見度的變化決定因素主要是相對濕度和PM2.5濃度，即可知PM2.5濃度與能見度成正相關性，但PM2.5濃度高和相對濕度大于70%的情況下相關性差，PM2.5濃度開始升高和最終減小的階段成正相關性。

圖3-5 北京地形流場圖

圖3-6 8-11日北京PM2.5平均濃度分布圖

弱降水出現在此過程前期，對低層濕度的增加和維持有所貢獻，提供了較好的水汽條件。

3.6 圖3-5、6顯示，此次重污染過程北京西側山前一帶PM2.5的平均濃度明顯高于其它地區，這說明污染物向這個方向輸送和堆積，證實地形和低層風場的輻合作用對PM2.5濃度分布有較好的相關性和指示作用。

五、分析總結

通過以上分析，得出持續重污染PM2.5的濃度的增加和減小需要一個大的環流背景才可以實現。濃度的增加和高濃度的維持需要大氣在垂直方向上處于靜穩狀態，大氣層結上表現為中干下濕，有逆溫層的穩定存在，混合層的厚度在 1500米左右，沒有明顯的湍流存在。在水平方向上處于弱的輻合氣壓場中，在天氣形勢分析中，表現為該區域轉入高壓后部或地面倒槽、鞍型場等弱的氣壓場控制，并且系統穩定能較長時間維持。

PM2.5濃度變化與氣溫成正相關性，與氣壓成負相關性。PM2.5濃度變化與濕度和風速變化在霧霾的形成和消散的階段分別成正和負相關性，當PM2.5濃度在300微克/每立方米左右時與相對濕度沒有明顯的相關性，當PM2.5濃度在300微克/每立方米以上，10分鐘風速在基本維持在0.25米/秒以下時相關性不明顯。由于風速小PM2.5濃度變化與風向的變化沒有相關性表現。PM2.5濃度變化與能見度的變化與其與相對濕度的變化一致。

PM2.5濃度水平分布與溫度分布和地形密切相關，溫度分布延山脈分界明顯，高值區分布在山前及城市中心地區，石景山區東南高西北低。

[1]高怡，張美根.2013年1月華北地區重霧霾過程及其成因的模擬分析[J].氣候與環境研究，2014,19(2):140-152.

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