2015年11月黑龍江省中南部一次霾天氣過程分析

王曉雪，鄭澤芬，韓冰

(1.黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱150030；2.南平市氣象局，福建南平353000)

2015年11月黑龍江省中南部一次霾天氣過程分析

王曉雪1，鄭澤芬2，韓冰1

(1.黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱150030；2.南平市氣象局，福建南平353000)

利用地面觀測資料、NCEP/NCAR再分析資料以及中國空氣質量在線監測分析平臺，分析了2015年11月5－8日黑龍江省中南部一次大范圍持續性霾過程的特點及環流背景；診斷分析了該次過程中氣象成因及動力條件。結果表明:霾過程持續期間，黑龍江省處于緯向型環流的控制之下，冷空氣勢力較弱；中南部整體處于地面高壓內的均壓場中，有利于靜穩天氣形勢建立。中低層垂直交換弱、底層逆溫、層結穩定使得污染物在近地面不斷累積。直至8日20時后降水發生，霾開始消散。

黑龍江中南部；霾天氣；氣象條件

1 引言

隨著我國經濟不斷發展，工業技術越來越發達，不可避免的，大氣環境也迎來了前所未有的挑戰。污染日數與日俱增，霧－霾天氣頻發。

霾是大量極細微的干塵粒均勻地懸浮在空中，使水平能見度小于10 km的空氣普遍混濁現象。霧和霾可以相互共存、相互轉化和相互作用，均是發生在靜穩的天氣下的近地面天氣現象。霾的預報本質上是霾能見度的預報，決定于相對濕度和氣溶膠濃度。氣溶膠濃度要考慮源排放、區域輸送、大氣擴散條件、累積效應等因素。而通常做的預報只是氣象條件的預報。近年來，對于霧-霾天氣的研究已經逐漸變為熱點。趙桂香[1]等分析指出，大范圍霾出現前，整層空氣都較為干燥，850 hPa相對濕度一般在30-50%，近地面層出現弱的逆轉；逆溫層的持續存在，有利于水汽和大氣顆粒物在近地層的積聚，從而有利于霧霾的形成和持續；逆溫層厚度越厚，霾的持續時間越長；霧霾出現前，風、氣壓、濕度、溫度、能見度均有明顯差異。

2 霾實況及大氣污染狀況

2015年11月5-8日黑龍江省中南部出現大范圍霾天氣，根據逐3 h地面常規實況觀測數據統計，中南部26縣市先后出現霾。一天中出現霾的測站最多的時間是20時，5-8日中7日20時霾發生的站數最多，共計17站，是霾最強的時段。所以截取7日20時進行重點分析。

由中國空氣質量在線監測分析平臺給出的黑龍江PM2.5實時分布圖以及細顆粒物PM2.5觀測數據可以看出，7日21時除了齊齊哈爾中度污染以外，整個黑龍江南部均達到了重度到嚴重污染，其中大慶市、綏化市、哈爾濱市最為嚴重，達到嚴重污染的級別。

分析空氣質量指數（AQI）以及空氣質量等級亦可以看出，除去齊齊哈爾，黑龍江省中南部地區，均已達到重度污染到嚴重污染。

3 天氣形勢特點

天氣形勢是霾發生的主要背景，天氣形勢的演變與霾的生消發展具有密切的聯系。7日20時500 hPa上黑龍江省受較平直的西風氣流控制，等溫線相對稀疏，風場與等溫線的交角很小，環流形勢穩定。500 hPa高空槽主要位于河套地區，距黑龍江省較遠，影響較小。850 hPa上黑龍江省中南部主要受反氣旋環流控制，等壓線較為稀疏，風速較小。海平面氣壓場上黑龍江省大部都位于一個高壓底后部的均壓場中，等壓線稀疏，無明顯冷空氣。由地面風場和能見度的疊加圖可以看出黑龍江省南部主要受偏東或偏東北風的控制，風力較弱，能見度低，大部地區不足10 km。由925 hPa風場和地形疊加圖可以看出黑龍江省南部主要受偏東風的控制，位于西側的大興安嶺地區海拔較高，由于地形阻擋作用，不利于污染物的擴散。這種晴空少云形勢下夜間輻射條件較好，有利于地面的降溫和水汽的凝結，總體上導致靜穩天氣形勢穩定。

4 氣象成因分析

4.1 靜穩氣象條件分析

大氣層結穩定度是影響霾形成和發展的重要因素。哈爾濱站在925-1000 hPa高度上存在明顯的底層逆溫，逆溫層對空氣對流有強烈的抑制作用，造成大量水汽和氣溶膠聚集在逆溫層下面，不利于擴散。同時可以看出850 hPa以下沒有明顯的垂直風切變，風速小。污染物濃度與低層風場變化緊密相關，垂直交換弱、底層逆溫、層結穩定使得污染物在近地面不斷累積。

4.2 傳輸條件

傳輸條件至關重要，污染物和水汽傳輸聚集。在5日08時-8日08時整個哈爾濱均處于一個中層較干，低層較濕的狀態，尤其是7日20時附近更為明顯，上濕中干下濕，底層相對濕度大，有利于污染物吸濕增長，中層大氣形成一個干暖蓋，不利于污染物擴散。到了8日，整層相對濕度都轉好，深厚的濕層有利于降水，霾過程結束。

同時，由此也印證了前文趙桂香[1]等人的研究結論，大范圍霾出現前，整層空氣都較為干燥。

4.3 地面氣象要素

哈爾濱站溫度、濕度、風級和PM2.5的相關分布也從另一方面佐證了霾出現前后，地面氣象要素存在明顯差異。PM2.5濃度峰值較高的區域集中分布在了-（3-8）℃、相對濕度50%-67%，風力1-2級區間。反之，當污染物濃度較小的時候，溫度也相對較高，相對濕度更大，風力更強。

溫度較低有利于空氣中水汽凝結，使能見度降低，低層的輻射降溫易形成逆溫層，使大氣穩定度增加，從而使水汽和污染物聚集在低層，水平風速小，垂直交換弱，有利于霾的形成。

4.4 降水影響

11月5-8日84 h雨量累加結果可以看出整個黑龍江地區都沒有明顯的降水發生，也為靜穩天氣形勢的建立、污染物的累積提供了有利條件。到了8日20時以后，500 hPa上有短波槽自西向東影響黑龍江省偏南部地區，南部地區降水開始，大氣穩定度下降，霾發生的站數減少，能見度有所好轉，霾逐漸消散?？梢娊邓畬諝庥幸欢ㄇ逑醋饔谩?/p>

5 動力條件診斷

哈爾濱6日20時-8日08時850 hPa以下一直受偏東風的控制，水平風速小，均在6 m/s以下，擴散能力較差，同時垂直交換非常弱，大氣的斜壓不穩定減弱，使得近地面層的污染物、水汽和輻射降溫作用不斷積聚，給霾的維持提供了有利條件。8日20時隨著冷空氣入侵，逐漸轉為偏北風的控制，低層與中層的風速切變、風向切變明顯，垂直交換加強，有利于霾的消散。

除風場外，散度場在此次過程前后，也表現出比較明顯的變化。8日08時之前925 hPa以下均表現為輻散，有利于反氣旋等天氣系統的發展，從而建立靜穩的天氣形勢，使得霾發生并且進一步加強。8日午后整個中低層均表現為輻合，對應上升運動，降水開始，霾逐漸消散。值得關注的是，7日20時，低層輻散對應著中層輻合，低層下沉運動中層上升運動，上下層交換被抑制，不利于污染物向上發展，使得污染物在近地面一定厚度內聚集，能見度降低。

除夜間的輻射降溫外，冷暖平流對于溫度的垂直分布也有影響。5日08時中低層冷平流相對較強，到7日20時中低層是一個冷平流逐漸減弱的過程，減弱至近似零平流，說明冷暖空氣交換較弱，近乎沒有，該地區高空為暖平流而低空為冷平流，大氣層結趨向穩定，不利于污染物的擴散。這也印證了7日20時霾相對較重的事實。8日08時以后哈爾濱站中低層開始轉為暖平流控制，降水開始。

6 小結

本次霾過程持續4 d，7日發生霾的站數最多，程度相對最強。

（1）此次霾過程持續期間，500 hPa高度場受較平直的西風氣流控制，等溫線相對稀疏，風場與等溫線的交角很小，環流形勢穩定，鋒區距黑龍江省較遠，冷空氣勢力弱。海平面氣壓場上，黑龍江省大部都位于一個高壓底后部的均壓場中，等壓線稀疏，無明顯冷空氣。

（2）氣象成因上分析，逆溫層對空氣對流有強烈的抑制作用，造成大量水汽和氣溶膠聚集在逆溫層下面，不利于擴散。垂直交換弱、底層逆溫、層結穩定使得污染物在近地面不斷累積；上濕中干下濕的配置，使得底層相對濕度大，有利于污染物吸濕增長，中層大氣形成一個干暖蓋，不利于污染物擴散；溫度較低有利于空氣中水汽凝結，使能見度降低，低層的輻射降溫易形成逆溫層，使大氣穩定度增加，從而使水汽和污染物聚集在低層，水平風速小，垂直交換弱，有利于霾的形成；整個黑龍江地區都沒有明顯的降水發生，也為靜穩天氣形勢的建立、污染物的累積提供了有利條件。

（3）動力條件上分析，風場上看垂直交換非常弱，大氣的斜壓不穩定減弱，使得近地面層的污染物、水汽和輻射降溫作用不斷積聚，給霾的維持提供了有利條件；散度場上看低層輻散對應著中層輻合，低層下沉運動中層上升運動，上下層交換被抑制，不利于污染物向上發展，使得污染物在近地面一定厚度內聚集，能見度降低；溫度平流場上看高空為暖平流而低空為冷平流，大氣層結將趨向穩定。

［1］趙桂香,杜莉,衛麗萍,等.一次持續性區域霧霾天氣的綜合分析[J].干旱區研究,2011,28:871-878.

Analysis of haze weather process in south-central Heilongjiang Province in November 2015

WANG Xiao－xue1,ZHENG Ze－fen2,HAN Bing1
（1.Meteorological observatory of Heilongjiang province,Heilongjiang Harbin 150030; 2.Nanping meteorological bureau,Fujian Nanping 353000）

Analyze the characteristics and circulation background of a large－scale persistent haze process in the central and southern part of Heilongjiang province in 5－8 November 2015 using ground observation data,NCEP/ NCAR reanalysis data,and China air quality online monitoring and analysis platform,and the meteorological factors and dynamic conditions in the process are analyzed.The results show that,during the duration of the haze process,Heilongjiang is under the control of zonal circulation,while the cold air force is weaker;the central and southern parts of the ground in the high pressure of the pressure field which is conducive to the establishment of static weather conditions.Low－level vertical exchange weak,the bottom of the inversion,stratification stability makes the contaminants in the near ground continue to accumulate,until 8 o'clock on the 8th after the precipitation occurred,the haze began to dissipate.

The middle and south of Heilongjiang;haze weather;meteorological conditions

×16

A

1002－252X（2017）02－0001－03

2017－3－1

王曉雪（1991－），女，黑龍江省哈爾濱市人，南京信息工程大學，本科生，助理工程師.