沈陽市區灰霾污染的外來影響因素

吳宇童+程墨+李崇+柴曉玲+魯楊+李典+李曉鷗

摘要：本文利用空氣質量監測資料、地面氣象資料分析得出，沈陽市區灰霾天氣形勢分別為高壓均壓場型、長白山小高壓型、弱低壓場型、地形槽型四類。通過計算沈陽站（41.83N，123.4E）氣團的后向軌跡，沈陽地區灰霾污染外來影響主要有兩個：一是西南的京津冀方向，主要天氣形勢為高壓后部西南大風型；二是偏北的內蒙古和吉林方向，主要影響天氣形勢為高壓前、內部和長白山小高壓型。

關鍵詞：灰霾；天氣分型；外來影響；影響機制

中圖分類號： P429 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.23.063

霾[1-3]是近年來主要污染空氣的問題之一，隨著我國城市化和工業化進程的推進，灰霾污染發生頻率不斷增加，成霾區域面積也開始增大，持續時間長的灰霾事件的根本原因是大氣中的PM2.5或PM10及其前體污染物（SO2、NO2、NH3等）嚴重超過了當地的環境容量，當與持續出現的靜穩天氣相配合時，將有利于污染物的二次積累，從而不利于污染物擴散。同時灰霾污染出現了區域性污染的特征，各區域間空氣污染相互影響日益嚴重[4-6]。由于天氣系統的多樣性及其尺度影響的跨地理區域的特性，一個區域或一個城市群的污染及其污染物的排放，有可能造成跨區域的影響。為了進一步提高霾天氣預報水平，在研究霾天氣預報指標的同時，也要研究當地污染物積累，天氣形勢變化及污染物的長距離輸送。

1 沈陽市區灰霾污染過程天氣形勢分型

本文將AQI（Air Quality Index）為3 級（>150）以上且主要污染物為可吸入顆粒物的污染作為灰霾污染。

圖1為2015年沈陽市區AQI日均值分布圖。從圖中得知，2015年沈陽市區三級污染以上的灰霾污染有24個過程，共56 天。其中，五級重度污染為23天，六級嚴重污染為6天，其余27天為四級中度污染。

利用美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的空氣資源實驗室和澳大利亞氣象局聯合研發的用于計算和分析大氣污染物輸送、擴散軌跡的專業模型（HYSPLIT-4）軌跡模式系統計算沈陽站（41.83°N，123.4°E）氣團的后向軌跡，計算的時間起始點為每日08時，向后延至24小時，因為后向軌跡模擬結果的不確定度會隨著推算距離和時間的增加而變大，所以選取時間為24小時；軌跡的起始高度選取距地500米高度，因為1500米高度被廣泛的用于對流層自由大氣的區域輸送研究中，但氣溶膠主要分布于邊界層以內，500米高度對氣溶膠有更大的影響，所以軌跡的高度選用500米。計算發現在灰霾污染的56天中有38天氣團來自不同方向的遠距離輸送，占灰霾天氣的67.9%，具有重要研究意義。

利用現代化人機交互氣象信息處理和天氣預報制作系統（Micaps）資料研究灰霾污染日天氣形勢，灰霾污染過程的天氣分型可分為5類，即高壓均壓場型、長白山小高壓型、弱低壓場型、地形槽型、鞍型場型，下面主要對高壓均壓場型、長白山小高壓型、弱低壓場型和地形槽型這4 種天氣類型的污染天數、天氣形勢和污染機制進行分析。圖2是高壓均壓場型、長白山小高壓型、弱低壓場型、地形槽型，4類天氣類型代表日的海平面氣壓場和850hPa溫度場疊加圖。

1.1 高壓均壓場型

該種天氣形勢下發生灰霾污染的天數為35天，占2015年AQI指數3級以上污染天數的63%。以高壓后均壓場型和高壓內部均壓場型為例，分析污染形成機制。

1.1.1高壓后均壓場型 高壓均壓場形勢下灰霾污染天氣中高壓后均壓場型有16天占46%，3月27日和29日均屬于高壓后部型。此時沈陽地區地面形勢南高北低，沈陽地區受低壓控制，華東及東海海域大部地區維持高壓。沈陽處于高壓后部低壓前部，形成氣壓梯度很大的西南大風，加之春季地表干燥，易形成揚沙或浮塵天氣，造成灰霾污染。

1.1.2高壓內均壓場型 高壓均壓場形勢下灰霾污染天氣中高壓內均壓場型有7天占20%，12月7日屬于典型的高壓內部型。沈陽地區受大范圍高壓控制，風速較小，并伴有空氣的下沉運動，同時存在逆溫層，抑制了湍流發展和污染物的擴散， 造成污染物累積，形成高污染天氣。

1.2長白山小高壓型

長白山小高壓型天氣型下發生灰霾天氣污染日數為5天，代表日期為1月12日。沈陽地區處于大范圍高壓控制，在長白山地區出現閉合的長白山小高壓，高壓底部提供冷濕氣流，造成地面逆溫，夜間晴空輻射作用下逆溫強度加強，大氣層結趨于穩定，污染得不到有效擴散。

1.3弱低壓場型

弱低壓場型發生灰霾天氣的日數為7天，2月15日就屬于低壓內部弱低壓場型。15日華東地區低壓入海北上，沈陽地區位于低壓頂部倒槽附近，朝鮮高壓的后部，伴隨著濕潤的偏南風，850hPa為脊前冷氣流，500hPa處于槽前冷平流控制，此天氣型一般伴隨著大霧天氣同時發生。

1.4地形槽型

地形槽型發生灰霾天氣的日數為6天，11月7～9日為地形槽型的典型代表日期。地面受江淮氣旋頂部控制，在華北地區形成地形槽，地面吹東北或東南風，850hPa受暖脊控制，500hPa為槽前暖濕氣流，不易于污染物的擴散。

2 受外來影響的灰霾天氣類型

通過表1，對2015年沈陽市區AQI指數為3級以上污染的天氣分型及500米高度上24小時后向污染來源方向進行統計。

從污染日的來流方向看，氣流來向為西，西南方向的有29天，占52%；來向為西北和偏北方向的有25天，占45%；其余只有2天來自偏東方向。在56天后向氣流軌跡中，除了有遠距離輸送還有局地饒璇型（見圖3），將局地饒璇型剔除后，有38天灰霾日污染物來源于遠距離輸送。

其中來自西、南和西南方向的天數為12天，占31.6%，在這12天中有8天是高壓均壓場型，其中7天是高壓后部西南大風型。這說明京津冀地區由西南向東北區域遠距離傳送與高壓后部西南大風型有密切聯系。來自北和西北方向的天數為23天，占41.1%，其中高壓前、內部和長白山小高壓型有18 天，是該方向的主要天氣類型。表2顯示2015年沈陽3級以上空氣污染過程中高壓后均壓場型污染物來源方向統計和前期及同期北京地區空氣質量狀況。高壓后均壓場型沈陽地區出現灰霾污染時北京地區也出現了同等或更嚴重等級的污染。同2015年沈陽3級以上空氣污染過程中高壓內、前和長白小高壓型沈陽地區為灰霾天氣時，長春地區前期或同期也出現了同等或更嚴重等級的污染。

所以，沈陽地區灰霾污染外來影響主要有兩個：一是西南的京津冀方向，主要天氣形勢為高壓后部西南大風型；二是偏北的內蒙和吉林方向，主要影響天氣形勢為高壓前、內部和長白山小高壓型。

3結論

通過對沈陽市區AQI指數3 級以上空氣污染日的分析可以看出：沈陽地區灰霾天氣影響的天氣形勢共4類，分別為高壓均壓場型、長白山小高壓型、弱低壓場型、地形槽型。

沈陽地區灰霾污染外來影響因素主要有兩個：一是西南的京津冀方向，主要天氣形勢為高壓后部西南大風型；二是偏北的內蒙和吉林方向，主要影響天氣形勢為高壓前、內部和長白山小高壓型。

參考文獻

[1]吳兌，吳曉京，李菲，等.1951-2005年中國大陸霾的時空變化[J].氣象學報，2010，68（05）：680-688.

[2]吳兌.霾與霧的識別和資料分析處理[J].環境化學，2008，27（03）：327-330.

[3]吳兌.近十年中國灰霾天氣研究綜述[J].環境科學學報，2012，32（02）：257-269.

[4]陳煥盛，王自發，吳其重，等. 亞運時段廣州大氣污染物來源數值模擬研究[J].環境科學學報，2010，30（11）： 2145-2153.

[5]王喜全，楊婷，王自發.灰霾污染的跨控制區影響——一次京津冀與東北地區灰霾污染個案分析[J].氣候與環境研究，2011，16（06）：690-696.

[6]蘇福慶，楊明珍，鐘繼紅，等.華北地區天氣型對區域大氣污染的影響[J].環境科學研究，2004，17（03）：16-20.

作者簡介：吳宇童，本科學歷，助理工程師，研究方向：天氣預報、預警。