葫蘆島一次霧霾天氣過程的階段性特征及影響因素

李 琳， 于亞薇， 岳欣健， 李 崢， 鐘志勇， 李明慧

(1.興城市氣象局， 遼寧 興城 125100； 2.葫蘆島市氣象局， 遼寧 葫蘆島 125000； 3.綏中縣氣象局， 遼寧 綏中 125200)

葫蘆島市地處遼寧省西部沿海，屬大陸性季風氣候，年均氣溫9.6℃，年均降水量576.8 mm，年均日照時數2 630.6 h，無霜期180.5 d。災害性天氣有強降水、大風、冰雹、大霧、霾等，其中霧霾是主要的氣象災害之一。如2019年1月11—13日葫蘆島地區發生了一次持續性霧霾天氣過程，期間空氣質量指數(AQI)持續上升，首要污染物為PM2.5，13日01:00市區監測PM2.5濃度達460 μg/m3，為嚴重污染水平。為類似霧霾天氣的預報預警提供參考，利用高低空綜合氣象資料分析此次天氣過程的變化特征。

1 資料來源與分析方法

1.1 資料來源

常規氣象觀測數據來源于葫蘆島市連山區國家氣象站，主要包括能見度、氣溫、露點溫度、相對濕度、風向和風速，均為逐小時數據。探空資料來源于遼寧省錦州市高空站每日2次(08時和20時)的探空資料。

1.2 分析方法

利用高低空綜合氣象資料分析霧霾天氣過程期間PM2.5濃度、氣象要素、逆溫層的變化特征，進一步解釋形成霧霾天氣過程并持續的原因。

空氣質量污染等級劃分：從環境學角度定義，101≤AQI≤150為輕度污染(三級)，151≤ AQI≤200為中度污染(四級)，201≤AQI≤300為重度污染(五級)，AQI>300為嚴重污染(六級)；從氣象學角度定義，相對濕度≤80%，能見度2.0～3.0 km時為中度霾，能見度小于2.0 km時為重度霾。

2 結果與分析

2.1 霧霾天氣特征

從表1看出，2019年1月11—13日葫蘆島市連續3 d為重度到嚴重霾。此次區域性霾有2個明顯特點，一是葫蘆島自東北向西南污染程度逐漸減輕，市區和興城污染尤為嚴重，建昌山區受影響相對較小；二是這次過程是葫蘆島入冬以來最為嚴重的一次，污染水平高持續時間長，1月12日葫蘆島市區監測PM2.5最嚴重時段日均濃度314 μg/m3。

表1 2019年1月11—13日葫蘆島空氣質量

注：數據來源于葫蘆島市氣象臺氣象和環境保護數據中心。

2.2 環流形勢

經高空500 hPa圖分析，自2019年1月11日08時開始，整個東亞地區處于“兩槽一脊”的形勢，巴爾喀什湖和鄂霍茨克海域上空分別維持低槽系統，葫蘆島地區受槽后脊前的西北氣流控制。700 hPa環流形勢與500 hPa高空形勢場大致相同，冷空氣勢力較弱，大氣層結穩定。850 hPa低緯高壓系統深厚，葫蘆島地區受西南偏西氣流控制，有利于暖濕氣團北上，到14日與東路冷空氣交匯。

從圖1看出，11日08時葫蘆島地區處于冷高壓北側偏西風場，風速小，有利于形成逆溫層結，近地面偏西風將上游污染物輸送至下游，污染物堆積加重。11日20時北部低壓逐漸南移，12日08時低壓系統占主導，該市受低壓外圍的均壓場控制，形成靜穩形勢場。大氣狀況非常穩定，擴散條件差，有利于污染物的積聚和發展，迅速發展為重度霾，AQI長時間處于200以上，達到重度污染。14日冷空氣開始影響遼西地區，大氣穩定程度減弱，加速污染物的擴散。

圖12019年1月11日08時500 hPa高度形勢場(左)和12日08時地面氣壓場(右)

2.3 地面氣象要素變化

大氣顆粒物對可見光的散射和吸收是造成能見度下降的主要原因， PM2.5濃度與能見度呈負相關，質量濃度越高能見度越低。從表2看出，11日的平均能見度為2.0 km，12日4時下滑至2 km以下，出現重度霾；12日6—11時降至300 m，達到嚴重霾，直至18時后維持在5 km左右，重污染天氣有所緩解；白天能見度顯著大于夜間，最低值通常出現于夜間。霾過程期間日平均相對濕度較霾發生前明顯增大，尤其是11日22時至12日13時，相對濕度維持在90%以上。

弱風環境有利于霾的形成，霾過程期間日風速平均為1.6～2.0 m/s，最小風力為0.8 m/s，表明風力較小是霾形成和維持的一個必要條件。期間偏北風占16%，偏東風占8%，偏南風占40%，偏西風占34%，靜風(無風向)占2%。由此表明，造成PM2.5的主要風向是偏南風和偏西風，且12日嚴重霾時段的主要風向是西南風向，通常偏西南暖濕氣流會帶來南部的污染物。

表2 2019年1月11—13日葫蘆島地區的氣象要素

3 結論

此次霧霾天氣過程期間葫蘆島市受槽后脊前的西北氣流控制，700 hPa環流形勢與500 hPa大致相同，冷空氣勢力較弱，大氣層結穩定地面，一直維持風速較小或靜風狀態，不利于污染物擴散和稀釋。相對濕度和PM2.5濃度是決定能見度大小的2個關鍵因子，PM2.5濃度與能見度呈負相關關系，質量濃度越高能見度越低。