錦州市一次持續(xù)性霧－霾過(guò)程轉(zhuǎn)化影響因子研究

婁芳蕾　溫舟　史虹婷　白雪　張翠艷　楊桂娟

摘要：利用常規(guī)氣象資料、污染物監(jiān)測(cè)資料以及高空氣象探空資料對(duì)2016年12月17—22日在遼寧省錦州市出現(xiàn)的一次持續(xù)性霧-霾天氣過(guò)程的高低空環(huán)流形勢(shì)、地面氣象資料特征、空氣污染物濃度以及大氣邊界層穩(wěn)定度進(jìn)行了分析，以期揭示該次霧-霾過(guò)程的轉(zhuǎn)化機(jī)理。結(jié)果表明，高空緯向型環(huán)流配合地面均壓場(chǎng)是形成霧-霾天氣的先決條件。相對(duì)濕度變化是霧-霾天氣轉(zhuǎn)化條件，當(dāng)空氣未達(dá)到飽和時(shí)，隨著濕度增長(zhǎng)，污染物吸濕增長(zhǎng)，霾過(guò)程加劇;空氣飽和時(shí)，污染物粒子活化形成霧滴，完成霾轉(zhuǎn)化為霧的過(guò)程。近地面風(fēng)速小、較強(qiáng)的逆溫層是霧-霾天氣的維持因素，混合層厚度與污染物濃度呈負(fù)相關(guān)，混合層厚度越小，污染物濃度越高，能見(jiàn)度越差;能見(jiàn)度變化和污染物濃度變化都滯后于混合層厚度變化，并且霾發(fā)生時(shí)混合層厚度大于霧發(fā)生時(shí)混合層厚度。通過(guò)分析V-3θ圖中的滾流效應(yīng)可知，霧轉(zhuǎn)化為霾時(shí)，逆滾流轉(zhuǎn)變?yōu)轫槤L流。

關(guān)鍵詞：霧-霾;混合層厚度;V-3θ圖;羅氏法;國(guó)標(biāo)法;錦州市

中圖分類(lèi)號(hào)：P426.4;P427.2? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2019）11-0047-09

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.11.012? ? ? ? ? ?開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Study on phase characteristics of a persistent fog and haze process

and its influencing factors in Jinzhou city

LOU Fang-lei，WEN Zhou，SHI Hong-ting，BAI Xue，ZHANG Cui-yan，YANG Gui-juan

（Jinzhou Meteorological Bureau，Jinzhou 121000，Liaoning，China）

Abstract： To reveal the transformation mechanism of fog and haze process， the level of air circulation， meteorological elements， concentrations of air contaminants and characteristics of atmospheric boundary layer of a persistent fog and haze process in Jinzhou city of Liaoning province from December 17 to 22， 2016， were analyzed using the conventional meteorological observation data， pollution monitoring data and the sounding data. The results indicate that zonal circulation situation and the steady boundary layer are favorable for haze to occur in terms of circulation features. The change of relative humidity is the transformation condition of fog-haze weather. When the air is not saturated， with the growth of humidity， pollutants increases， and the haze process intensifies; when the air is saturated， pollutant particles are activated to form fog droplets， completing the process of haze transformation into fog. A strong inversion layer and the stable atmosphere keep the haze. Thickness of mixed layer is a negative correlation with pollutant concentrations， the thinner the thickness of mixed layer is， the higher the pollutant concentrations are， and the visibility will be worse. At the same time， the change of the visibility and pollutant concentrations lagged behind the thickness of the mixed layer， and the thickness of the mixed layer of haze was larger than the fog was generated. By analyzing the tumble effect in the V-3θ diagram， anti-clockwise turns into clockwise when fog turns into haze.

Key words： fog and haze; the thickness of mixed layer; V-3θ diagram; Nozaki method; national standard method; Jinzhou city

霾也稱(chēng)為灰霾，是指懸浮在大氣中大量微小塵粒、煙?；螓}粒的集合體，使得空氣混濁，水平能見(jiàn)度降到10 km以下的一種天氣現(xiàn)象[1，2]。當(dāng)空氣中的凝結(jié)核增長(zhǎng)時(shí)，水汽進(jìn)一步凝結(jié)，這樣霾就會(huì)演變成霧。而霧是由大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成的小凝結(jié)物，常呈乳白色，使水平能見(jiàn)度小于1 km的天氣現(xiàn)象[3]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與進(jìn)步，人口的不斷增長(zhǎng)以及社會(huì)流動(dòng)產(chǎn)生大量的顆粒物使得低能見(jiàn)度天氣頻繁發(fā)生。汽車(chē)尾氣、工業(yè)耗能、垃圾以及秸稈的燃燒等排放的二氧化硫、氮氧化物以及可吸入顆粒物是造成霧-霾天氣的主要組成部分，給人體健康、交通出行、大氣環(huán)境都帶來(lái)不良的影響。京津冀地區(qū)、長(zhǎng)三角地區(qū)、四川盆地以及華中地區(qū)是中國(guó)霧-霾天氣頻發(fā)地區(qū)，但東北地區(qū)在近年來(lái)也出現(xiàn)嚴(yán)重的霧-霾天氣并有上升趨勢(shì)。東北地區(qū)霧-霾成因與中東部地區(qū)有所不同，東北地區(qū)地處平原區(qū)，氣候、地形條件良好，但受城市小氣候變化與大氣污染物排放量增加等因素的共同影響，仍出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間霧-霾天氣[4]。

許多學(xué)者也對(duì)霧-霾天氣污染源、形成機(jī)制、轉(zhuǎn)換因素等進(jìn)行了分析。吳兌[5]探討了各地對(duì)霾觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的情況，認(rèn)為相對(duì)濕度小于80%時(shí)的大氣混濁視野模糊導(dǎo)致的能見(jiàn)度惡化是由霾造成的;相對(duì)濕度大于90%是由霧造成的;相對(duì)濕度在80%～90%是霧和霾的混合物。劉麗偉等[6]運(yùn)用了HYSPLIT模式追蹤京津冀地區(qū)霧-霾天氣氣團(tuán)過(guò)去72 h經(jīng)過(guò)的路徑，分析出霧-霾天氣過(guò)程形成的污染因素。王揚(yáng)鋒等[7]運(yùn)用幾種常見(jiàn)的曲線(xiàn)方程分別對(duì)能見(jiàn)度與顆粒物進(jìn)行擬合，選取擬合效果最佳的曲線(xiàn)方程，從而找到能見(jiàn)度變化與顆粒物之間的關(guān)系。孟曉艷等[8]在研究霧-霾頻發(fā)成因中運(yùn)用了溫差-風(fēng)速法，計(jì)算了大氣穩(wěn)定度，結(jié)果表明地面風(fēng)速小、相對(duì)濕度高、大氣層結(jié)穩(wěn)定是霧-霾頻發(fā)的一種重要因素。朱佳雷等[9]、唐宜西等[10]分別對(duì)江蘇省和北京市霧-霾天氣特征以及氣象要素特征進(jìn)行了分析。齊少群等[11]表示農(nóng)業(yè)秸稈焚燒所釋放的氣體和顆粒物是中國(guó)東北地區(qū)秋季霧-霾災(zāi)害周期性集中暴發(fā)的重要原因。邢江月等[12]對(duì)遼寧省境內(nèi)能見(jiàn)度小于1 000 m霧的時(shí)空分布特征進(jìn)行了分析，總結(jié)得出大霧發(fā)生的高值區(qū)為黃海北部沿岸至遼寧東部山區(qū)一帶和錦州-盤(pán)錦-阜新一帶，而霾的高發(fā)區(qū)為沈陽(yáng)市及其附近地區(qū)以及錦州市及其附近地區(qū)。錦州市則成為霧-霾兩者公共的高發(fā)區(qū)。

錦州市處于遼寧省西部且臨近渤海，一方面當(dāng)受偏南風(fēng)影響時(shí)，由于海陸熱力作用容易出現(xiàn)大霧天氣;另一方面由于附近地形要素影響污染物擴(kuò)散以及每年進(jìn)入冬季的取暖期，容易出現(xiàn)霾。因此，研究錦州市霧-霾特征以及其規(guī)律對(duì)霧-霾的防御有一定的幫助。本研究選取2016年12月17—22日錦州市出現(xiàn)持續(xù)性霧-霾天氣過(guò)程，對(duì)其高低空環(huán)流形勢(shì)、地面氣象資料特征、空氣污染物濃度以及大氣邊界層穩(wěn)定度進(jìn)行分析，同時(shí)利用濕度條件以及V-3θ圖中的滾流效應(yīng)，探討霧和霾之間相互轉(zhuǎn)化的機(jī)理，以期為錦州市霧霾天氣的預(yù)報(bào)提供一定的依據(jù)。

1? 資料與方法

1.1? 資料選取

數(shù)據(jù)選取了2016年12月17—22日錦州氣象站逐小時(shí)的地面觀測(cè)資料、MICAPS數(shù)據(jù)和取自于錦州市高空中每天2次（8：00和20：00）的探空資料。污染物的逐小時(shí)濃度數(shù)據(jù)和空氣質(zhì)量指數(shù)來(lái)自錦州市環(huán)保監(jiān)測(cè)站5個(gè)站點(diǎn)，分別為南山、開(kāi)發(fā)區(qū)、百股街道、天安街道、北湖公園。

1.2? 方法介紹

羅氏法是一種用地面氣象資料估算混合層厚度的方法。該方法認(rèn)為大氣混合層是由熱力和機(jī)械湍流共同作用的結(jié)果，且邊界層上部大氣運(yùn)動(dòng)狀況與地面氣象參數(shù)間有一定的聯(lián)系[13]。具體公式：

L=（6-P）（t-td）+

由于地面觀測(cè)資料里面沒(méi)有溫度露點(diǎn)差值，所以用相對(duì)濕度表示溫度露點(diǎn)差。

u==10lgu=-

整理得：

L=-+

式中，L為混合層厚度;P為帕斯奎爾穩(wěn)定度級(jí)別，分為A至F，值為1～6;Uz為Z厚度處所觀測(cè)的平均風(fēng)速;Z0為地面粗糙度，根據(jù)不同區(qū)域地面的平坦粗糙情況及城市大小來(lái)取值， 在鄉(xiāng)村取0.03～0.20 m，在市區(qū)取0.8～2.0 m;f為地轉(zhuǎn)參數(shù);a、b為水汽壓參數(shù)，取a=7.5、b=237.3;u為相對(duì)濕度;t為地面氣溫;td為露點(diǎn)溫度。其中，P由國(guó)標(biāo)法計(jì)算。

根據(jù)國(guó)標(biāo)法[14]，首先計(jì)算出觀測(cè)時(shí)刻的太陽(yáng)高度角h0。

h0=arcsin[sinφsinδ+cosφcosδcos（15T+λ-300）]

式中，φ為觀測(cè)點(diǎn)的緯度，λ為觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)度，T為觀測(cè)進(jìn)行時(shí)的北京時(shí)間，δ為太陽(yáng)赤緯。

δ=0.372 3-0.758cos？茲0+23.256 7sin？茲0+0.365 6

cos2？茲0+0.114 9sin2？茲0+0.020 1cos3？茲0-0.171 2sin3？茲0

式中？茲0=2πT/365.242 2

T=N-{79.676 4+0.242 2×（年份-1958）-int[（年份-1958）/4]}

式中，N為一年中日期序數(shù)，依次為0，1，2，…，364。

然后根據(jù)表1、表2確定大氣穩(wěn)定度等級(jí)。

按照《霾的觀測(cè)和預(yù)報(bào)等級(jí)》（QX/T 113-2010），劃分霧和霾的標(biāo)準(zhǔn)是：排除降水、沙塵暴、揚(yáng)沙、浮塵、煙幕、吹雪、雪暴等天氣現(xiàn)象造成的視程障礙，能見(jiàn)度小于10 km，空氣相對(duì)濕度≥95%的天氣現(xiàn)象判別為霧;能見(jiàn)度小于10 km，相對(duì)濕度小于80%的判識(shí)為霾;能見(jiàn)度小于10 km，相對(duì)濕度80%～95%時(shí)，若PM2.5質(zhì)量濃度大于75 μg/m3則定義為霾，若PM2.5質(zhì)量濃度不大于75 μg/m3則定義為霧[15]。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 霧-霾過(guò)程介紹

2016年12月17—22日，錦州市出現(xiàn)入冬以來(lái)首次持續(xù)性霧-霾天氣，17日午后至夜間錦州市出現(xiàn)輕度霾，隨后出現(xiàn)輕霧逐漸增強(qiáng)到濃霧，18日白天轉(zhuǎn)為重度霾，污染達(dá)到最強(qiáng)，至19日夜間以中度霾為主，20日凌晨出現(xiàn)輕霧并伴有微量降雪，于白天轉(zhuǎn)為輕度到中度霾，21日轉(zhuǎn)為輕度霾，整個(gè)過(guò)程趨于結(jié)束，此次過(guò)程出現(xiàn)了多次霧-霾相互轉(zhuǎn)化的情況（表3）。

參考《國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3095-2012）》，根據(jù)錦州市環(huán)境監(jiān)測(cè)站提供的資料，統(tǒng)計(jì)此次霧-霾過(guò)程的空氣質(zhì)量指數(shù)、空氣質(zhì)量類(lèi)別。從表4可以看出，整個(gè)過(guò)程中空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）均大于100，其中17日、20日、21日為中度污染，19日為重度污染，18日空氣質(zhì)量最差，AQI值為313，達(dá)到嚴(yán)重污染。21日錦州地區(qū)空氣質(zhì)量指數(shù)減小，22日空氣質(zhì)量為優(yōu)，此次污染過(guò)程結(jié)束。

分析能見(jiàn)度（圖1）可以看出，從17日21：00開(kāi)始能見(jiàn)度小于1 km，并持續(xù)到18日10：00（過(guò)程1），能見(jiàn)度最小出現(xiàn)在17日23：00，為352 m，第二次能見(jiàn)度波谷出現(xiàn)在20日1：00—13：00（過(guò)程2），但能見(jiàn)度略偏高于過(guò)程1。對(duì)應(yīng)時(shí)間段的污染物濃度也是霧-霾過(guò)程的峰值，兩個(gè)過(guò)程中PM10的濃度超過(guò)400 μg/m3，過(guò)程1中PM10與PM2.5濃度約是17日白天的3倍，但過(guò)程2約是19日白天的2倍;18日13：00至19日15：00，能見(jiàn)度有所好轉(zhuǎn)的時(shí)段內(nèi)，污染物濃度有所下降，但還是處于嚴(yán)重污染，并且污染物濃度的波峰滯后于能見(jiàn)度的波谷。由此可見(jiàn)，污染物濃度加劇是導(dǎo)致霧-霾天氣能見(jiàn)度下降原因之一。污染物濃度突然增加一方面是由于氣溶膠數(shù)密度增加，另一方面可能是由于氣溶膠吸濕增長(zhǎng)造成的質(zhì)量增加[16]。過(guò)程1中，污染物濃度突然加劇但相對(duì)濕度變化不大，說(shuō)明由于外來(lái)污染物向錦州市輸送導(dǎo)致的。過(guò)程2中19日23：00由于有弱冷空氣南下給錦州市區(qū)帶來(lái)微量降雪，相對(duì)濕度增加30%，因此該階段污染物劇增是與本地污染物吸濕增長(zhǎng)有關(guān)。NO2和SO2的濃度比PM10和PM2.5偏小，NO2濃度峰值一般在8：00—9：00以及17：00—20：00，可能與上下班交通工具排放污染物有關(guān)。

2.2? 霧-霾天氣過(guò)程分析

2.2.1? 環(huán)流形勢(shì)分析? 霧-霾形成初期，500 hPa天氣圖（圖略）上遼寧省位于平直的西風(fēng)帶中，不斷有淺槽東移，但形勢(shì)穩(wěn)定沒(méi)有明顯的平流。此時(shí)近地面風(fēng)速較小伴有較強(qiáng)逆溫，隨后錦州市開(kāi)始出現(xiàn)輕霧天氣，隨著濕度加劇，在夜間形成大霧天氣。19日8：00遼寧地區(qū)出現(xiàn)短波槽，但快速東移。隨后20日夜間開(kāi)始受高壓脊影響以及偏北氣流控制，風(fēng)速加大，使得污染物擴(kuò)散條件轉(zhuǎn)好，此次過(guò)程趨于結(jié)束。

由17日20：00地面環(huán)流形勢(shì)（圖2a）可知，錦州市處于均壓場(chǎng)，地面受偏南風(fēng)控制，偏南風(fēng)給錦州市帶來(lái)充足的水汽。18日5：00（圖2b）錦州市西北部的高壓系統(tǒng)緩慢東移，轉(zhuǎn)為弱偏北風(fēng)控制，使得錦州市本地濕度減小;8：00低壓系統(tǒng)南移至錦州市，使其受弱低壓場(chǎng)控制，并且地面風(fēng)場(chǎng)有輻合線(xiàn)，同時(shí)由于地形影響因素，污染物在錦州市匯聚，使得18日污染程度達(dá)到最嚴(yán)重階段。19日20：00（圖2c）錦州市處于高壓前部，配合高空槽出現(xiàn)短暫的降雪過(guò)程，但是降雪并沒(méi)有有效清除污染物。隨后錦州市一直受均壓場(chǎng)控制，以輕度到中度霾為主。21日8：00（圖2d）冷高壓系統(tǒng)南下侵入錦州市，在偏北風(fēng)的作用下，污染物得到有效清除，此次過(guò)程結(jié)束。

整個(gè)過(guò)程中，有短波槽過(guò)境，弱的波動(dòng)有利于地面均壓場(chǎng)形成，使得夜間輻射冷卻加強(qiáng)，有利于逆溫層的維持。總之，高空穩(wěn)定的環(huán)流形勢(shì)以及地面穩(wěn)定少動(dòng)的氣壓場(chǎng)為此次霧-霾過(guò)程提供了有利的條件。

2.2.2? 氣象要素分析? 圖3是錦州站能見(jiàn)度與氣壓、相對(duì)濕度、風(fēng)速逐小時(shí)變化。其中濕度條件和污染物濃度變化是影響此次過(guò)程中能見(jiàn)度的因素。氣壓呈上升趨勢(shì)，但是整個(gè)過(guò)程中氣壓梯度小說(shuō)明大氣狀態(tài)穩(wěn)定，水平和垂直運(yùn)動(dòng)均弱，所以有利于水汽和污染物堆積。21日午后冷空氣南下，氣壓值升高到1 026 hPa，在17日夜間到18日上午能見(jiàn)度均小于1 km，說(shuō)明了夜間輻射降溫有利于水汽的凝結(jié)，促使霧的形成。

水汽條件是霧和霾轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵因子。白天籠罩在地形上的霾在夜晚因降溫造成的飽和形成輻射霧[17]。相對(duì)濕度的增大有利于懸浮在空氣中的污染物吸濕性增長(zhǎng)，當(dāng)空氣飽和時(shí)，霾吸濕轉(zhuǎn)化為霧。能見(jiàn)度與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)。17日夜間開(kāi)始濕度加大，錦州市出現(xiàn)輕霧并逐漸發(fā)展為大霧天氣。18日白天到19日夜間大部分時(shí)間相對(duì)濕度都小于85%，空氣中飽和度不夠，難以形成霧，所以多以霾為主。

風(fēng)場(chǎng)是影響霧-霾過(guò)程的因素之一，影響著污染物水平輸送與清除。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，近幾年影響錦州市霧-霾發(fā)生的主要風(fēng)向是西南風(fēng)以及東北風(fēng)，風(fēng)速與污染物擴(kuò)散呈正相關(guān)。此次霧-霾天氣過(guò)程中，地面風(fēng)速與能見(jiàn)度呈正相關(guān)。19日夜間由于遼寧省南部地區(qū)低層偏南風(fēng)氣流作用下使得濕度加大。在整個(gè)過(guò)程中風(fēng)速都小于2.5 m/s，并且霾發(fā)生時(shí)的風(fēng)速要大于霧發(fā)生時(shí)的風(fēng)速。當(dāng)霧發(fā)生時(shí)多為偏南風(fēng)，有利于水汽從海面向陸地輸送，而霾發(fā)生時(shí)風(fēng)向則不確定。

2.2.3? 邊界層穩(wěn)定度

1）逆溫層與混合層厚度。逆溫層對(duì)污染物在垂直方向上的稀釋與擴(kuò)散起到了抑制作用，使得污染物濃度急劇升高，一定程度上導(dǎo)致霾的出現(xiàn)。逆溫層的存在抑制大氣的垂直運(yùn)動(dòng)，所以逆溫的存在加重了大氣污染。此次過(guò)程選取錦州站的探空資料進(jìn)行分析。由圖4可知，在污染期間內(nèi)，錦州市的近地面存在著顯著的逆溫層，且具有連續(xù)性。16日20：00近地面已經(jīng)存在逆溫層，但近地面濕度條件較差，此時(shí)大霧還沒(méi)形成。17日20：00（圖4a），近地面至? ? 1 000 hPa處濕度條件極好，同時(shí)1 000 hPa以上有較強(qiáng)逆溫，此時(shí)錦州市開(kāi)始出現(xiàn)輕霧天氣，隨著夜間濕度增加，霧濃度加強(qiáng)，成為此次過(guò)程中霧影響最嚴(yán)重階段;18日8：00（圖4b）和20：00（圖4c），逆溫強(qiáng)度也很大，可見(jiàn)，此時(shí)污染物已經(jīng)開(kāi)始累積，結(jié)合圖2解釋了18日出現(xiàn)中度霾污染的原因;19日8：00（圖4d），925 hPa以下濕度較好，但沒(méi)有逆溫存在，925 hPa之上存在一定的逆溫，污染物也隨逆溫上升到高空，PM2.5濃度下降，19日20：00（圖4e）1 km以下出現(xiàn)了多次逆溫，1～2 km處也有顯著逆溫，由此可見(jiàn)，近地面垂直運(yùn)動(dòng)不劇烈，高空的逆溫使污染物無(wú)法垂直擴(kuò)散，從而加劇污染物堆積。20日是錦州市PM2.5濃度最大的時(shí)段，全天以中度到重度霾為主;至21日8：00（圖4f），錦州站逆溫層高度上升，逆溫強(qiáng)度減弱，此時(shí)能見(jiàn)度及污染物濃度都開(kāi)始好轉(zhuǎn)。

大氣混合層厚度是反映污染物在鉛直方向擴(kuò)散的重要參數(shù)，也是影響大氣污染物擴(kuò)散的主要?dú)庀笠蜃又?。在不同的氣象條件下，同一個(gè)大氣污染源排放的污染物在大氣中的擴(kuò)散能力是不同的。大氣混合層厚度越大，就越有利于污染物的擴(kuò)散和稀釋[10]。所以如果能夠計(jì)算出錦州市本地霧霾過(guò)程中混合層厚度（高度），則可為污染物預(yù)報(bào)提供依據(jù)。根據(jù)總云量/低云量、地面風(fēng)速以及太陽(yáng)高度角查表1得出17—21日錦州市大氣穩(wěn)定度的等級(jí)如表5所示。

選取2016年12月17—21日錦州觀測(cè)站2：00、8：00、14：00、20：00觀測(cè)的溫度、相對(duì)濕度、10 m風(fēng)速，計(jì)算出混合層厚度并進(jìn)行分析（圖5）。此過(guò)程中混合層厚度出現(xiàn)多次波峰波谷，其變化與污染物濃度變化趨勢(shì)一致，從整個(gè)過(guò)程來(lái)看混合層厚度下降，污染物開(kāi)始堆積，但是在發(fā)生霧時(shí)候污染物濃度雖有升高但是變化不大，且混合層厚度達(dá)到整個(gè)過(guò)程的最低。當(dāng)混合層厚度加大，說(shuō)明垂直湍流加強(qiáng)，利于污染物擴(kuò)散，污染物濃度下降。結(jié)果表明，大霧天氣發(fā)生時(shí)混合層厚度要小于霾天氣發(fā)生時(shí)。污染物濃度變化滯后于混合層厚度，是由于混合層厚度減小，導(dǎo)致污染物不能擴(kuò)散，污染物濃度升高，所以污染物濃度變化要滯后于混合層厚度。

2）歐陽(yáng)位溫。T-logP圖只能分析出熱力和水汽條件，沒(méi)有分析出動(dòng)力條件，而V-3θ圖反映了大氣能量結(jié)構(gòu)[18]，通過(guò)分析滾流效應(yīng)來(lái)判斷霧-霾的轉(zhuǎn)化。V-3θ圖上大霧特征主要有水汽飽和;存在逆溫層;近地面層逆滾流，抑制對(duì)流運(yùn)動(dòng)，而霾則是順滾流，有較弱的上升運(yùn)動(dòng)。下面就錦州站的V-3θ圖進(jìn)行分析。2016年12月16日20：00（圖6a），1 000 hPa層以下為逆滾流，并且存在逆溫，但此時(shí)空氣并未飽和，僅能預(yù)示錦州地區(qū)可能出現(xiàn)霧;17日20：00（圖6b），925 hPa以下θ曲線(xiàn)斜率都小于45°，說(shuō)明該層為逆溫層，同時(shí)大氣極為穩(wěn)定，未貼合地面，與地面有極小的一個(gè)高度，為順滾流，有較弱的上升運(yùn)動(dòng)，結(jié)合此時(shí)能見(jiàn)度及污染物情況可以判斷此時(shí)空氣中為霧霾混合物，18日8：00（圖6c），1 000 hPa以下為逆滾流，且有極強(qiáng)的逆溫，說(shuō)明此時(shí)空氣中應(yīng)以霧為主，而在500 hPa處可以發(fā)現(xiàn)有冷暖空氣交匯，未來(lái)將可能出現(xiàn)中云，中云的出現(xiàn)將會(huì)減弱屋頂?shù)妮椛淅鋮s，使霧逐漸減弱，而由于霧的減弱，霾相對(duì)會(huì)有一定的發(fā)展;至18日20：00（圖6d），近地面仍有逆溫，為逆滾流，但1 000～925 hPa層θ曲線(xiàn)向左發(fā)生折拐，說(shuō)明有一定的上升運(yùn)動(dòng)，不利于形成霧，對(duì)霾的形成較為有利，且925～850 hPa附近仍有較強(qiáng)逆溫，此層為順滾流，對(duì)應(yīng)此時(shí)錦州地區(qū)污染較重，空氣中主要為霾;至19日8：00（圖6e），700 hPa層向上有向左折拐，說(shuō)明該層不穩(wěn)定，同時(shí)500 hPa有冷空氣侵入，逆溫層也未貼近地面，未來(lái)24 h內(nèi)可能出現(xiàn)降雪天氣，而此時(shí)空氣為此次過(guò)程中較好時(shí)段;至19日20：00（圖6f），850 hPa以下逆溫極強(qiáng)，且為順滾流，此時(shí)污染物濃度也較大，出現(xiàn)較嚴(yán)重的霾;至20日20：00（圖6g）850 hPa以下仍為逆溫，順滾流，但逆溫層未貼近地面，霾仍然存在，同時(shí)300 hPa附近出現(xiàn)超低溫層，預(yù)示未來(lái)將有冷空氣，霧霾天氣可能減弱;至21日8：00（圖6h），地面風(fēng)速加大，θ曲線(xiàn)高空有多處向左折拐，大氣開(kāi)始不穩(wěn)定，霧霾天氣趨近結(jié)束。

3? 結(jié)論與展望

本研究利用常規(guī)氣象資料、污染物監(jiān)測(cè)資料以及高空氣象探空資料對(duì)2016年12月17—22日錦州市出現(xiàn)一次持續(xù)性霧-霾天氣過(guò)程的高低空環(huán)流形勢(shì)、地面氣象資料特征、空氣污染物濃度以及大氣邊界層穩(wěn)定度進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

1）緯向型配合地面鞍型場(chǎng)形成此次為期5 d的霧-霾過(guò)程，氣壓梯度小，風(fēng)速小，使得污染物不能擴(kuò)散，在錦州市聚集。污染物濃度和相對(duì)濕度的變化是決定能見(jiàn)度大小的關(guān)鍵因子，當(dāng)相對(duì)濕度小于90%時(shí)，PM2.5濃度對(duì)能見(jiàn)度影響強(qiáng)于相對(duì)濕度;隨著濕度增大，能見(jiàn)度降低，相對(duì)濕度對(duì)能見(jiàn)度的影響力加強(qiáng)，在霧-霾消散中，兩者的作用相同。

2）逆溫層的存在使污染物擴(kuò)散起到了抑制作用，加重了大氣污染。同時(shí)分析V-3θ圖中滾流效應(yīng)得出霧發(fā)生時(shí)有逆滾流效應(yīng)，霾發(fā)生時(shí)有順滾流效應(yīng)。

3）利用國(guó)標(biāo)法確定大氣穩(wěn)定度分類(lèi)，穩(wěn)定度類(lèi)別對(duì)混合層厚度影響較大，是決定混合層厚度的最主要因子，再根據(jù)羅氏法計(jì)算出大氣邊界層內(nèi)混合層厚度，分析出能見(jiàn)度和PM2.5濃度變化滯后于混合層厚度變化，在此次過(guò)程中發(fā)生霧-霾時(shí)大氣層結(jié)處于穩(wěn)定狀態(tài)，大氣湍流得不到發(fā)展，湍流能達(dá)到的高度愈低，混合層厚度就愈低，此時(shí)污染物不容易擴(kuò)散只能在大氣下層堆積，形成高濃度，造成危害。并且發(fā)生霾時(shí)厚度小于發(fā)生霧時(shí)厚度。

4）整個(gè)過(guò)程中污染物濃度出現(xiàn)兩次暴發(fā)過(guò)程，過(guò)程1中污染物加劇是由于偏南風(fēng)將污染物向錦州市輸送，過(guò)程2中由于過(guò)程1的污染物沒(méi)有消除，并且還因本地鍋爐排放的污染物快速吸濕而加劇了污染物濃度。

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