一次極強(qiáng)霾過程分析

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(duì)12月22—23日德州市出現(xiàn)的一次極強(qiáng)霾過程進(jìn)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(dòng)；③混合層高度低，湍流弱，污染物難以向高層擴(kuò)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(hào) P427.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）08-0225-02

霾是懸浮在大氣中的大量微小塵粒、煙粒或鹽粒的集合體，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(shí)大氣能見度低，空氣質(zhì)量惡化，對(duì)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(qiáng)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(tái)、濟(jì)南雖然空氣質(zhì)量也達(dá)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(duì)此次過程進(jìn)行了模擬，對(duì)大氣形勢、混合層高度和PM2.5質(zhì)量濃度進(jìn)行診斷分析，以期找到此類極重污染天氣的一些特點(diǎn)。

1 PM2.5實(shí)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(shí)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(dá)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(dá)到了982 μg/m3，7：00達(dá)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(duì)比，同時(shí)發(fā)現(xiàn)衡水觀測值開始下降的同時(shí)，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)速仍比較小（圖2c、d）。一般來說冷空氣會(huì)對(duì)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(shí)，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(gè)高度的穩(wěn)定層下會(huì)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(duì)流與動(dòng)力湍流所能達(dá)到的高度。混合層高度越高，越有利于污染物垂直方向的擴(kuò)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(jí)。

經(jīng)過計(jì)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(shí)僅有98 m；德州混合層高度則略高一些，平均為490 m，最低時(shí)為118 m。

2.4 時(shí)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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，但是由前面計(jì)算可知混合層高度非常低，污染物難以向高層擴(kuò)散，PM2.5濃度持續(xù)上升。德州站則是很弱的上升下沉運(yùn)動(dòng)交錯(cuò)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(shí)，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(kuò)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(dòng)，導(dǎo)致德州污染物濃度暴漲[5]。

4 參考文獻(xiàn)

[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(bào)，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.