滿洲里地區(qū)高污染天氣過(guò)程概念模型

摘要：普查滿洲里市首要污染物以及霧、霾、煙的分布情況，根據(jù)首要污染物濃度與氣象條件的關(guān)系，歸納出有利于或不利于首要污染物擴(kuò)散的天氣形勢(shì)，綜合分析天氣形勢(shì)、邊界層結(jié)構(gòu)等大氣擴(kuò)散條件對(duì)空氣污染的影響，分析高污染天氣和靜穩(wěn)型天氣的典型形勢(shì)場(chǎng)、氣象要素分布、特征物理量、出現(xiàn)和持續(xù)時(shí)間得出相應(yīng)的概念模型。

關(guān)鍵詞：高污染天氣；典型形勢(shì)場(chǎng)；概念模型

中圖分類號(hào)：X5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2017）03-0210-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.113

Abstract： the investigation of Manchuria primary pollutants and fog， haze and smoke distribution， according to the relationship between the primary pollutant concentration and meteorological conditions， summed up the favorable or unfavorable weather situation of primary pollutant diffusion， a comprehensive analysis of the weather situation， the boundary layer structure of atmospheric diffusion conditions on the effects of air pollution， high pollution and weather analysis static type of weather situation and meteorological elements typical field distribution， characteristics of physical quantity， and the duration of the corresponding conceptual model.

Key words： high pollution weather； typical situation； conceptual model

1 滿洲里高污染天氣分布

根據(jù)統(tǒng)計(jì)2013至2015年滿洲里市空氣質(zhì)量 API>100的共16天；出現(xiàn)中度以上霾，或中度及以上的煙、霧、霾或其混合物，最低能見(jiàn)度小于3公里或持續(xù)出現(xiàn)3天及以上定為高污染天氣過(guò)程，1957年至2015年共選取29次。

高污染天氣過(guò)程分布特征 ：

API大于100的高污染天氣過(guò)程均出現(xiàn)在3至5月份，多出現(xiàn)在風(fēng)力較大的天氣背景條件下，正值春季，主要是風(fēng)力大，揚(yáng)沙帶來(lái)的空氣污染，這與PM10監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)（顆粒較大）十分吻合。

霾類型高污染（靜穩(wěn)）天氣分布特征：對(duì)滿洲里國(guó)家基準(zhǔn)站1957年建站至2016年觀測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（下同）表明，60年來(lái)滿洲里市共計(jì)出現(xiàn)霾278次，平均每年出現(xiàn)4.6次。全年12個(gè)月每月均有出現(xiàn)，其中1月份出現(xiàn)最多，9月份出現(xiàn)最少見(jiàn)。煙類型高污染（靜穩(wěn)）天氣分布特征：在靜穩(wěn)天氣條件下，當(dāng)生產(chǎn)生活產(chǎn)生的煙不能及時(shí)擴(kuò)散時(shí)，便產(chǎn)生了煙。出現(xiàn)煙589次，平均每年9.8次，最長(zhǎng)的一次煙連續(xù)11日出現(xiàn)。煙主要出現(xiàn)在1月和12月。霧類型高污染（靜穩(wěn)）天氣分布特征：霧也是在靜穩(wěn)天氣條件下產(chǎn)生的一種天氣現(xiàn)象。共出現(xiàn)霧142次，平均每年2.3次，以11月份出現(xiàn)最多。

2 滿洲里高污染（靜穩(wěn)）天氣模型

對(duì)29個(gè)高污染天氣過(guò)程進(jìn)行天氣學(xué)分析，結(jié)合氣象要素特征，建立高污染天氣過(guò)程概念模型。從地面天氣形勢(shì)和高低空配置形勢(shì)兩方面進(jìn)行分型。

2.1 地面分型

選取北緯55°～北緯45°、東經(jīng)110°～東經(jīng)125°為關(guān)鍵區(qū)，對(duì)高污染天氣過(guò)程的地面天氣圖進(jìn)行天氣環(huán)流分型。將滿洲里市高污染天氣過(guò)程分為四種類型。

2.1.1 貝湖冷高底部型

貝加爾湖冷高壓中心穩(wěn)定在北緯55°附近，本站受其底部向東北擴(kuò)散的弱氣壓區(qū)影響（10個(gè)緯距小于4條等壓線），受高壓以南氣旋活動(dòng)影響，在高壓底部經(jīng)常出現(xiàn)氣旋性環(huán)流弱輻合區(qū)。高空中高緯度大陸以經(jīng)向環(huán)流為主，500hpa本站持續(xù)處于低渦底部偏西氣流區(qū)域；850hpa弱西北氣流，風(fēng)場(chǎng)形成明顯的氣旋環(huán)流，溫度場(chǎng)呈暖性結(jié)構(gòu)。主導(dǎo)風(fēng)向通常為西北風(fēng)，風(fēng)速3m/s左右，通常出現(xiàn)多層逆溫，逆溫強(qiáng)度2℃/100m。一般無(wú)降水，出現(xiàn)霾。

2.1.2 低前高后弱氣壓區(qū)型

中高緯度大陸自西向東依次分布著高-低-高系統(tǒng)，本站受低壓前部和高壓后部弱氣壓區(qū)影響，10個(gè)經(jīng)緯距2條等壓線，風(fēng)場(chǎng)有弱輻合區(qū)形成。高空500hpa中高緯度大陸呈一槽一脊波動(dòng)，槽位置偏北偏西，位于貝湖附近，受脊后偏西氣流影響，弱暖性結(jié)構(gòu)；850hpa受弱西北氣流影響，風(fēng)場(chǎng)有反氣旋環(huán)流，溫度場(chǎng)呈明顯暖性結(jié)構(gòu)。地面向上，逆溫層厚度達(dá)300米左右，逆溫強(qiáng)度達(dá)到2-3℃/100m。風(fēng)速1-5m/s，以東北和西北風(fēng)為主導(dǎo)，一般無(wú)降水，出現(xiàn)霾。

2.1.3 北部冷高壓南下影響型

本地北部冷高壓南下，長(zhǎng)軸呈南-北向，上游有低壓活動(dòng)，本站處于高壓后部弱氣旋性環(huán)流區(qū)，10個(gè)經(jīng)距3條等壓線，地面風(fēng)場(chǎng)有弱輻合。上層大氣擴(kuò)散能力很弱，地面稍有擾動(dòng)就將氣溶膠顆粒輸送到一定高度滯留，而無(wú)法擴(kuò)散出去。高空500hpa本地處于高壓脊區(qū)域，受偏西氣流影響，風(fēng)場(chǎng)呈現(xiàn)出反氣旋環(huán)流，弱暖性結(jié)構(gòu)；850hpa脊區(qū)，暖溫脊，風(fēng)場(chǎng)明顯反氣旋環(huán)流。由于地面輻射降溫而中高層增溫明顯，使得逆溫層更厚，強(qiáng)度更大，大氣層結(jié)更加穩(wěn)定。出現(xiàn)強(qiáng)逆溫，至地面向上，逆溫層厚度達(dá)1km左右，逆溫強(qiáng)度達(dá)到了1-3℃/100m，多有雙層逆溫。風(fēng)速1-4m/s，以偏東風(fēng)為主導(dǎo)，無(wú)降水，出現(xiàn)霾[1]。

2.1.4 變性高壓和上游小低壓共同作用型

地面初為變性高壓區(qū)，后在低層暖平流減壓作用下，地面變性高壓西部外圍形成小低壓區(qū)，低壓前的偏南風(fēng)有利于邊界層暖濕平流的輸送。天氣形勢(shì)穩(wěn)定，水汽條件較好。高空500 百帕處于平直西風(fēng)氣流區(qū)，且平直西風(fēng)氣流區(qū)非常寬廣，控制我國(guó)大部分地區(qū)，中高空天氣形勢(shì)波動(dòng)小。700-850 百帕出現(xiàn)偏南風(fēng)，有暖濕平流。出現(xiàn)強(qiáng)逆溫，至地面向上，逆溫層厚度達(dá)1km左右。風(fēng)速4m/s左右，以偏西風(fēng)為主導(dǎo)，無(wú)降水，易出現(xiàn)霧。

2.2 高低空配置分型

高低空配置環(huán)流分型，對(duì)滿洲里市歷史上出現(xiàn)的29個(gè)高污染（靜穩(wěn)）天氣過(guò)程統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)高低空配置及氣象要素特征，分為五種類型。

2.2.1 平直偏西氣流型

北緯50°南北20緯距內(nèi)呈緯向環(huán)流，槽脊位置位于北緯55°以北，500hpa西北氣流，850hpa偏西氣流，低層一般有弱暖性結(jié)構(gòu)和反氣旋環(huán)流。這種配置高層下沉氣流不明顯，低層為弱輻散下沉氣流，層結(jié)穩(wěn)定程度較弱。地面通常有弱輻合，氣壓梯度較小。通常階段性、短時(shí)間出現(xiàn)較弱的霾，能見(jiàn)度多在3km以上；逆溫顯著 ；多西北風(fēng)3m/s左右；無(wú)降水或微量降水。

2.2.2 脊前弱暖性結(jié)構(gòu)型

北緯50°南北20緯距內(nèi)呈經(jīng)向環(huán)流，脊底部至北緯50°以南，槽（渦）位于北緯60°附近，500hpa、850hpa西北氣流，一般有弱暖性結(jié)構(gòu)和反氣旋環(huán)流。高、低層均為下沉氣流，層結(jié)穩(wěn)定程度高。通常出現(xiàn)霾可伴有輕霧，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，可達(dá)10個(gè)小時(shí)左右，能見(jiàn)度多在3km以上；逆溫顯著，經(jīng)常出現(xiàn)多層逆溫；多偏西、偏東風(fēng)3m/s左右；無(wú)降水或微量降水[2]。

2.2.3 暖脊型

北緯50°南北20緯距內(nèi)呈經(jīng)向環(huán)流，脊底部至北緯50°以南，500hpa、850hpa均處于脊區(qū)反氣旋環(huán)流內(nèi)，一般有溫度脊配合。高、低層均為下沉氣流，暖脊發(fā)展旺盛，層結(jié)穩(wěn)定程度高，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。通常出現(xiàn)霾或煙，可伴有輕霧和微量降水，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，可達(dá)50多個(gè)小時(shí)左右，能見(jiàn)度可達(dá)3km以下；逆溫顯著，經(jīng)常出現(xiàn)多層逆溫；多偏西、偏東風(fēng)4m/s左右；無(wú)降水或微量降水。

2.2.4 脊前槽后型

北緯50°南北20緯距內(nèi)呈緯向環(huán)流， 500hpa處于弱暖脊區(qū)，850hpa處于反氣旋環(huán)流內(nèi)，一般有溫度槽脊波動(dòng)。高、低層均為下沉氣流，低層有冷侵入，層結(jié)穩(wěn)定程度高，冷暖交替利于產(chǎn)生霧及霧凇等?？沙霈F(xiàn)霾、煙、霧或相伴出現(xiàn)，可伴有微量降水，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，可達(dá)15個(gè)小時(shí)左右，能見(jiàn)度可達(dá)3km以下；逆溫顯著，經(jīng)常出現(xiàn)多層逆溫；多偏西、偏東風(fēng)0-5m/s左右；無(wú)降水或微量降水。

3 結(jié)論

3.1 近年來(lái)霾明顯增多

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)年度變化顯示，霾日數(shù)大多出現(xiàn)在2014年以后，究其原因，一是近年來(lái)城市規(guī)模擴(kuò)大，機(jī)動(dòng)車數(shù)量明顯增加其造成的氣溶膠粒子有所增加；二是霾的觀測(cè)手段由人工監(jiān)測(cè)改為自動(dòng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)密度大大增加，數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)范圍得到擴(kuò)大。

3.2 高污染天氣是特定天氣背景和人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果

高污染天氣過(guò)程的產(chǎn)生，既是靜穩(wěn)天氣的產(chǎn)物，也處處體現(xiàn)出人類活動(dòng)的影響。滿洲里市空氣污染源主要有機(jī)動(dòng)車排放、工業(yè)排放、取暖排放以及風(fēng)沙影響等。首要污染物為PM10。逆溫是產(chǎn)生高污染天氣的重要條件（不包括風(fēng)沙影響的高污染）。滿洲里地處草原腹地，地勢(shì)平坦，常年多大風(fēng)天氣，風(fēng)卷沙揚(yáng)也往往造成空氣質(zhì)量大幅度下降。高污染天氣往往出現(xiàn)在邊界層有弱輻合上升，中高層為弱下沉氣流，中低層風(fēng)場(chǎng)呈現(xiàn)反氣旋環(huán)流且有暖性結(jié)構(gòu)的形勢(shì)場(chǎng)下。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔣維楣等.空氣污染氣象學(xué)教程[M]. 北京：氣象出版社，2004.

[2] 許小峰.現(xiàn)代氣象服務(wù)[M]. 北京：氣象出版社，2011.

收稿日期：2017-05-06

作者簡(jiǎn)介：趙碧瑩，女，1999年畢業(yè)于湛江氣象學(xué)校，2007年南京信息工程大學(xué)成人本科畢業(yè)，2012年主持完成內(nèi)蒙古氣象局青年科技項(xiàng)目，2017年主持完成呼倫貝爾市氣象局業(yè)務(wù)科技項(xiàng)目。