2016年秋季黑龍江省兩次災害性（霧、霾）天氣產生的氣象條件對比分析

高賽男,翟墨，劉立巖

（1.綏化市氣象局，黑龍江綏化152000; 2.黑龍江省氣象科學研究所，黑龍江哈爾濱150030）

2016年秋季黑龍江省兩次災害性（霧、霾）天氣產生的氣象條件對比分析

高賽男1,翟墨2，劉立巖1

（1.綏化市氣象局，黑龍江綏化152000; 2.黑龍江省氣象科學研究所，黑龍江哈爾濱150030）

本文利用常規地面、高空觀測資料針對2016年綏化市10月15日的區域性大霧天氣和11月4—5日的區域連續性霾天氣進行大尺度環流背景、氣象要素、水汽條件、動力條件、空氣質量指數（AQI）以及霧、霾天氣演變情況等多方面進行比對分析，研究結果表明：霧與霾發生時對流層中低層都會存在逆溫層，且在一定的環境條件下二者可以相互轉化；AQI變化趨勢可以作為對霧和霾預報的著眼點。

逆溫層;風向輻合;相互轉化;燒荒;AQI

1 引言

霧是懸浮在近地面大氣中的大量細微水滴（或冰晶）的“可視”氣溶膠聚合體，大氣相對濕度大，能見度急劇惡化，大氣靜穩，霧區與晴空區有明顯邊界，厚度一般在幾百米以下，是一種常見的災害性天氣，其形成過程非常復雜，世界各國學者至今也未完全解開其物理過程之謎團，霧的預報一直以來都是預報工作者面臨的極大挑戰。

霾即是灰霾，是懸浮在大氣中的大量微小塵粒、硫酸，硝酸，有機碳氫化合物等粒子的集合體，使空氣混濁、能見度降低，大氣相對濕度低，比較干燥，通常情況下，可以從能見度、相對濕度、顏色區分霧與霾，如下表：

表1 區分霧與霾的方法

霧與霾發生時近地層多存在逆溫層，大氣層結處于極其穩定的狀態，對流層底層上升運動大幅度減弱，促使大氣垂直混合減弱，進而導致近地面的污染物不易向高空擴散，在底層聚集，誘發呼吸道類疾病的同時促使大氣能見度降低，影響交通，嚴重威脅人民生命財產安全。因此，從預報的角度出發，分析總結每一次霧、霾天氣成因、積累經驗是準確預報霧、霾天氣，及時有效對公眾服務進而降低霧、霾天氣引發危害程度的前提。

張人禾［1］等研究結果表明霧霾區域內表面風速及其對流層中低層水平風垂直切變對霧霾天氣過程具有動力影響；W itiw和LaDochy［2］研究結果表明城區霧霾發生頻次減少與懸浮顆粒物減少趨勢有關。吳兌［3］等研究結果表明當大氣對流層中層出現較強的緯向環流、對流層低層出現較弱的高壓脊控制下，并且出現較弱的表面風時，利于出現較重的霾天氣；本文對2016年黑龍江省兩次區域性霧、霾天氣進行對比分析，力求尋找兩種不同的災害性天氣發生時大氣環流背景、氣象條件等異同點，以期得出霧、霾天氣預報著眼點，更好的服務社會各界。

2 實況

2.1 霧過程

2016年10月15日01時—10時(本文將此次過程稱之為“霧過程”）黑龍江省齊齊哈爾、哈爾濱、伊春、綏化市大部分地區出現能見度＜500 m的大霧天氣，安達、蘭西等多個站點出現了能見度＜200 m的濃霧，省氣象臺與相關地市及縣級氣象臺共同發布大霧黃色預警信號，當日綏化PM2.5迅速升高到82 μg/m3，AQI指數為110，空氣質量達到輕度污染等級，接近中午大霧才逐漸消散，本次大霧天氣過程的特點是大霧發生前全省無降水過程，大霧發生范圍廣，大氣能見度低，持續時間長。

2.2 霾過程

2016年11月4—5日（本文將此次過程稱之為“霾過程”），黑龍江省西南部地區出現罕見的持續性的能見度＜2 km的重度霾天氣，引發全省大部地區AQI（空氣質量指數）飆升，其中綏化、大慶、哈爾濱能見度不足1 km，AQI達到極值500，空氣質量下降到嚴重污染等級，省氣象臺及相關地市、縣級氣象臺及時發布霾黃色預警信號，隨著霾的進一步發展，相關單位就具體情況將黃色預警信號升級為霧橙色預警信號。其中，綏化市氣象臺連續發布2次霾黃色預警信號，1次霾橙色預警信號，5日午后，伴隨能見度逐漸提高，空氣質量逐漸呈現轉好趨勢。

值得指出的是，本研究中霾過程，海倫站點出現霾轉霧的情況，11月4日，綏化的海倫站點能見度和相對濕度顯示該站為霾天氣，但是相對濕度明顯大于其臺站，次日晨，能見度進一步降低的同時，相對濕度升高到90%以上，天氣現象由霾轉為霧。

3 成因分析

3.1 大尺度環流背景

霧過程：從高空500 hPa環流形式上看，黑龍江省西南部大部分地區高空受弱脊控制；地面處于高壓后部低壓前部的均勻氣壓場中，這是本次大霧天氣的形成與維持的大尺度環流背景。

霾過程：連續多日全省處于高空低渦底部，受穩定的偏西氣流控制；黑龍江省西南部地區地面受低壓控制。

3.2 氣象條件

3.2.1 大氣層結

霧過程：08時的探空資料顯示(圖1)，（綏化無探空站，本研究調用哈爾濱、伊春、齊齊哈爾臺站探空數據）對流層整體呈現上干下濕狀態，底層有明顯的逆溫層結，表明對流層中低層大氣層結穩定。但是從T-lnP圖可以看到，逆溫層比較薄；逆溫層的形成源于兩方面：一方面是14日夜間地面輻射降溫，使地面溫度低于高空溫度，形成逆溫；另一方面中低層有暖平流:從實況15日08時的925 hPa溫度場可以看出，暖舌深入黑龍江省西南部，此外，T-lnP圖中顯示風向隨高度順轉，說明有暖平流；逆溫層的存在，抑制底層大氣的上升運動，大氣處于靜穩狀態，底層污染物難以向更高的大氣中擴散，在近地層積累，為大霧天氣的產生與維持提供非常有利的氣象條件。

霾過程：08時哈爾濱探空資料顯示整層大氣上濕下干(圖2)，對流層中低層存在兩個逆溫層，且較低的逆溫層較厚，大氣處于靜穩狀態，T-lnP圖中顯示風向隨高度順轉，說明有暖平流，

圖1 10月15日08時(a)925 hPa溫度場、(b)哈爾濱探空

3.2.2 水汽條件

霧過程：通常情況下，大霧發生的前期會有降水，而本次大霧天氣發生前期，黑龍江省無明顯降水，從15日02時起黑龍江省西南大部分地區的相對濕度迅速升高到90%以上，1000 hPa的比濕平均達到6 g/ kg以上，西南部有明顯濕區，這說明近地層有西南暖濕氣流大量向黑龍江省輸送，這為大霧的發生和持續提供了充足的水汽條件；

圖2 11月4日08時(a)925 hPa溫度場、(b)哈爾濱探空

霾過程：本次霾發生前期無明顯降水，地表干燥，對流層中低層無水汽輸送，因此相對濕度在45%上下浮動，700、850 hPa觀測顯示強盛的干冷西北氣流，925 hPa上溫度露點差達到8℃；1000 hPa比濕平均不到2 g/kg，對流層中低層大氣十分干燥狀態。

3.2.3 風力條件

霧過程：15日02—10時黑龍江省大部分地區風力較小，維持在3-5 m/s的偏南微風，難以將水汽與污染物吹散，且吉林省當日也出現區域性大霧天氣，即大氣流動性小，極利于大霧天氣的產生與維持。地面風一致為偏南風，平均風力小于4 m/s，不利于大霧天氣消散。

霾過程：11月4—5日黑龍江省西南部地區平均風力在2 m/s，相比較霧過程，大氣流動性更小極利于霾天氣的產生與長時間持續；此氣象條件不利于近地層污染物向周圍地區擴散；地面觀測資料顯示地面風向有弱輻合，為污染物抬升提供動力條件，使霾的厚度增加，促使其發展和維持。

3.3 AQI（空氣質量指數）

霧過程：兩次災害天氣過程時間相差20 d，本次霧發生于供暖初始時期，由供暖而排放的污染物相對較少；10月15日AQI為110，屬于輕度污染等級；污染物相對較少，因此在適宜的氣象條件下消散得較快；

霾過程：本次霾發生于11月，全省全面供暖，外加農民開始焚燒秸稈還田,秸稈不充分燃燒，近地層大氣彌漫大量煙燼，這些不完全燃燒顆粒物是造成本次黑龍江省重度霾天氣的重要因素之一，且霾發生前期全省也無明顯降水，污染物大量積累，大慶、綏化AQI一度達到500，對穩定的氣象條件十分敏感，AQI迅速增加的時間轉折點與大氣能見度大幅度降低的時間轉折點非常一致；燒荒活動減少后，空氣質量指數很快得到好轉，能見度逐漸增加。

4 消散

霧過程中，10月15日10時起，伴隨著風力的加大，云系散開，太陽短波輻射加強，水汽與污染物被吹散，同時高空850 hPa有冷平流，破壞了原本就不深厚的逆溫層結，大氣逐漸轉為靜力不穩定，上升運動加強，大霧開始消散。

霾過程中，11月5日午后伴隨著農民焚燒秸稈活動（燒荒）減少，擴散到大氣中的污染物顆粒物減少，同時伴隨著冷高壓逐漸移入黑龍江省，風力逐漸加大，霾逐漸消散。

5 小結

（1）霧與霾發生時對流層中低層都會存在逆溫層，逆溫層越厚（?。?，霧或霾維持的時間越長（短）；

（2）地面風向的輻合利于霾的發展和維持；

（3）高空暖脊或穩定偏西氣流以及地面低壓共同影響的情況下，對流層中低層西北氣流利于發生霾，偏南氣流利于發生霧（在相似且適宜的大氣環流背景下，水汽輸送的有無是發生霧或霾的關鍵點）；

（4）霧與霾在一定的環境條件下是可以相互轉化的；

（5）對于黑龍江省來說，改變傳統燒荒還田的方式，減少污染顆粒霧的排放，是提高空氣質量、減少霧霾天氣的有效途徑；

（6）AQI變化趨勢可以作為對霧和霾預報的著眼點，在未來的實際工作中，可以在秋季和冬季（霧霾高發季節）增強與環保部門的會商，數據信息共享，借助AQI變化趨勢提高對霧霾天氣預報的準確性。

本文僅是針對兩次過程進行研究，并沒有研究歷史個例，因此進一步利用歷史個例氣象資料，開展黑龍江省霧、霾天氣的研究，對于深入認識氣象因子、AQI因子在霧、霾天氣產生中的作用無疑具有重要的意義。

［1］張人禾,李強,等.2013年1月中國東部持續性強霧霾天氣產生的氣象條件分析[J].中國科學,2014,4(1): 21-36.

［2］W itiw M R,LaDochy S.Trends in fog frequencies in the Los Angeles Basin[J].Atmos Res,2008，87:293-300.

［3］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].應用氣象學報,2008，19:1-9.

1002－252X(2017)01－0017－03

2017－1－1

高賽男(1989-),女，黑龍江省綏化市人，東北農業大學，碩士生，助理工程師.