珠江三角洲典型灰霾过程的边界层特征

刘 建，范绍佳，吴 兑，2，3*，吴 蒙，廖志恒，李浩文（.中山大学环境科学与工程学院大气科学系，广东广州 50275；2.暨南大学大气环境安全与污染控制研究所，广东 广州 50632；3.中国气象局广州热带海洋气象研究所，广东 广州 50080）

珠江三角洲典型灰霾过程的边界层特征

刘 建1，范绍佳1，吴 兑1，2，3*，吴 蒙1，廖志恒1，李浩文1（1.中山大学环境科学与工程学院大气科学系，广东广州 510275；2.暨南大学大气环境安全与污染控制研究所，广东 广州 510632；3.中国气象局广州热带海洋气象研究所，广东 广州 510080）

2014年1月初珠江三角洲（以下简称珠三角）地区出现严重的灰霾天气.利用广东省城市空气质量资料、中国气象局番禺大气成分站逐时PM10、PM2.5、PM1以及能见度数据、广东省946个自动站风向风速数据、广州基本站风向风速数据、2013～2014年东莞佛山大气边界层观测试验资料等，研究了珠三角2014年1月1～8日典型灰霾过程的边界层特征.结果表明：大陆冷高压变性出海是这次灰霾过程发生的主要天气系统.其使得珠三角地区受静稳天气控制，造成微风或静风状况以及低的边界层和逆温结构；6日珠三角主要城市空气质量呈现不同的变化，其原因主要是区域内风向的变化，5日上午珠三角为弱的偏北风，整个珠三角都为灰霾天气，而5日下午风向由偏北风转为偏南风，珠三角东南部地区空气质量改善，北部（内陆）地区的空气质量恶化；后向轨迹分析发现所有气流呈明显下沉作用，且5日20：00的后向轨迹簇来自陆面，6日20：00的后向轨迹簇来自海面，两者对珠三角的空气质量具有不同的影响.

珠江三角洲；灰霾；静稳天气；风温廓线；风矢量和；后向轨迹

随着工业的发展和城市化进程的加快，人类面临着越来越严重的大气污染.中国作为全球经济总量第二、发展速度最快的地区之一，由于大量的能源消耗，同样面临着空气质量恶化的威胁，其中灰霾污染是中国空气污染的主要形式［1-6］.灰霾是能见度小于10km，相对湿度小于90％时的低能见度现象［7］，其影响公众身体健康、生活生产以及交通运输等［8-11］.灰霾天气的形成除了受污染物排放源的影响，还受各种气象条件的影响，既有大尺度天气系统如台风外围天气、高压系统等，又有如海陆风、山谷风、城市热岛环流等局地环流的影响［12-18］.而边界层作为最贴近下垫面的大气结构，其内部的气象条件对灰霾过程的形成具有重要作用，风场决定了污染物的区域输送，大气边界层的高度决定边界层内的通风量以及污染物的垂直扩散稀释能力［19-30］.

中国的边界层研究主要集中在京津冀地区、长三角地区以及珠三角地区.其中徐祥德等［31-32］研究北京地区边界层特征发现城市区域中由非均匀次生尺度热岛分布产生的城市次生尺度环流影响局地空气污染物的分布特征，并且北京城市重污染过程与北京南部的排放源有显著的相关.苏福庆等［27，33］、吴兑等［4］均研究提出太行山、燕山等地形作用对华北平原的区域污染有重要作用.杨欣等［34］、唐宜西等［35］研究发现静稳天气导致静小风状况以及逆温结构是北京地区灰霾产生的主要原因，而高湿天气则会加剧污染程度.童尧青等［36］研究发现南京地区的霾天气受气象要素的影响，其中静小风、较高相对湿度有利于霾天气的出现.珠三角由于其独特的地理位置决定了其旱季主要受较弱的北风影响，雨季主要受强的东南季风影响［18］.范绍佳等［23-24］建立了珠三角大气边界层的概念模型，即珠三角大气边界层主要受来自南海暖湿气流和来自北方跨越南岭干冷气流以及珠三角上空下沉气流的控制，此外，当珠三角地区大范围系统风较弱时，其大气边界层还受局地海陆风、城市热岛环流和山谷风的共同影响.吴兑等［17］、邓雪娇等［37］研究发现珠三角区域灰霾污染的出现与区域静小风状况和较高的水汽通量有关.

本文利用高时间、高空间分辨率的地面风场数据，结合高质量的垂直风温数据，在水平和垂直两方面同时分析了2014年1月1～8日珠三角一次典型灰霾过程的地面风场特征和垂直的风温结构特征，揭示珠三角边界层在灰霾形成过程的作用.

1 数据与方法

本文利用的数据为广东省环保公众网（http：//www.gdep.gov.cn/）的AQI数据；广州热带海洋气象研究所番禺大气成分站的PM10、PM2.5、PM1以及能见度数据；广东省946个自动站以及广州站的风向风速数据；和2013年冬季东莞佛山大气边界层观测实验数据.文中还利用美国NOAA的HYSPLIT-4模式研究污染输送的后向轨迹，采用的数据为NOAA再分析数据，精度为1°×1°.

AQI（空气质量指数）是定量描述空气质量状况的无量纲指数.其综合考虑了PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3的污染作用，且当AQI＞100时表明空气质量已经超标.

风矢量和流场图为一定区域内n小时风矢量和分布图，其中一个风矢量代表n小时约60km2范围内空气流动的综合效果.风矢量和流场图能表征一定区域内的流场特征和大气输送能力［4，12，17］.

2013～2014年冬季东莞佛山大气边界层观测实验时间为2013年12月8日～2014年1月8日，东莞的观测地点为东莞市气象局，佛山的观测地点为三水气象局.观测方法为双经纬仪小球测风法，探空仪为北京大学地球物理系工厂生产的温度单要素探空仪，每天观测8次，分别为06：00，08：00，10：00，14：00，16：00，18：00，20：00以及23：00，如果需要将在02：00进行加密观测.观测期间，探空气球的升速约为200m/min，经纬仪测风数据时间间隔为20s，温度数据时间间隔为1s.具体分析时，首先采用矢量法计算不同高度的风向风速，然后再采用插值方法将垂直风场的数据处理到50m分辨率，而温度资料只进行质量控制不做其他处理，其垂直分辨率约为3m.最后，利用盛裴轩等［38］的边界层演变理论确定各个时刻的边界层高度.

HYSPLIT-4为拉格朗日混合单粒子轨道模式，由美国国家海洋和大气管理局（NOAA）开发用于计算和分析大气污染物输送、扩散轨迹的专业模型.该模型能较好的模拟出污染过程中污染物质的输送路径，常用作污染过程的后向轨迹分析［39-40］.本次研究中设置后向轨迹的起点为广州热带海洋气象研究所番禺大气成分站（23.0°N，113.35°E），高度分别设定为200、500、1000m，且起始时间分别为2014年1月5日20：00（北京时间）以及6日20：00（北京时间）.

图1 1月份珠三角主要城市AQI变化Fig.1 Time series of AQI of main cities in PRD during January

图2 1～8日广州PM10、PM2.5、PM1以及能见度的变化Fig.2 Time series of PM10，PM2.5，PM1and visibility in Guangzhou during 1～8January

2 结果与分析

2.1 污染过程描述

2014年1月，珠三角主要城市均受到较严重的灰霾过程影响.1～7日，珠三角主要城市的AQI均大于100，其中广州在1月6日的AQI高达205，处于严重污染状态（图1）.以广州为例，1～7日广州PM10、PM2.5、PM1的平均浓度分别为116.2，86.7，75.4μg/m3，PM2.5/PM10的值高达74.6％，平均能见度仅为5.0km，这与先前关于珠三角地区低能见度事件主要与细粒子污染有关的研究结果一致［11，41-42］.1～3日污染物（PM10、PM2.5、PM1）逐渐积累，能见度恶化，其中3日处于污染物浓度峰值，4、5日污染状况有所缓解，能见度上升.1月6日的PM10、PM2.5、PM1的平均浓度分别为137.1，104.4，93.0μg/m3，均为这次灰霾过程中的最大值，6日的平均能见度也只有3.0km（图2）.由图2发现，5日和6日珠三角不同城市的AQI呈现出不同的变化，以广州、佛山、东莞为代表的珠三角内陆城市于6日AQI明显增大，而以珠海、中山及江门等珠三角东南方向沿海城市的AQI于6日却有明显地下降.直至8日整个珠三角灰霾过程才结束.

2.2 天气形势

污染过程的形成受污染物的排放影响外，还受较大尺度天气系统的影响.珠三角灰霾过程的形成主要受副热带高压、热带气旋、入海变性高压以及低压槽等影响［12-13，43］.由1～8日的天气形势图（图略）可知，2014年1月珠三角地区出现的这次灰霾污染过程主要受大陆冷高压变性出海的影响.1日和2日冷高压中心分别位于东海和日本海，珠三角地区等压线稀疏，受均压场控制，风速较小，风场的清除能力较低，污染物逐渐积累.3～6日珠三角地区受冷高压脊线控制，在下沉气流的作用下容易形成下沉逆温，抑制污染物的垂直扩散，污染物逐渐积累.7～8日有冷锋横扫广东省，整个珠三角受北风控制.由于北风的清除作用，污染物浓度下降，7～8日整个珠三角AQI也随之下降，8日灰霾过程结束.

图3 1月1～8日48h的风矢量和Fig.3 Sum of wind vectors for 48h during 1-8 January

2.3 边界层特征

2.3.1 水平流场特征 一般来说，稳定的风向表现为较直的轨迹，这时矢量风速度和标量风速度相近；然而当风向有明显变化时，矢量风速度明显要小于标量风速度，所以矢量风速度比标量风速度更能反映出整个风场的循环过程［44］.风矢量和能较好地反映出区域流场状况，一般较大的风矢量和对应着区域扩散能力较好，污染物浓度也较低，反而较小的风矢量和对应着区域内形成气流停滞区，污染物会逐渐积累［4，12，17］.图3所示为整个广东省1～2日、3～4日、5～6日以及7～8日48h的风矢量和流场图.由图3可以发现1～2日珠三角区域48h的风矢量和低于200m/s，这表明整个珠三角区域主要受静小风控制，污染物逐渐积累.3～4日48h的矢量和流场图表现出明显的北风，其中珠江口西岸48h的风矢量和也明显增大至500m/s左右，同时对比图发现4日珠三角区域的污染状况得到缓解，AQI和广州地区的颗粒物浓度都有所下降.珠三角地区于5～6日的48h风矢量和小于400m/s，并表现出一定的偏东风，其将携带暖湿气流到珠三角，于此同时广州、佛山、东莞等地区的污染加剧.7～8日48h风矢量和流场图表现出北风，所以在北风的清洁作用下，整个珠三角地区的AQI呈现明显的下降趋势.所以，当整个珠三角地区受静小风控制时，容易形成灰霾过程，这与吴兑等［4］利用风矢量和方法研究环首都圈的近地层输送特征的研究结果一致.且偏东风所携带的暖湿空气会显著加剧珠三角区域的污染程度，这与气溶胶的吸湿增长有关［15］.相反，当区域风矢量和较大时，即当区域风场污染物清除能力加强时，污染物浓度也会明显下降.

由图4也可以发现，1～5日上午，广州地区的主导风向都是偏北风，其中4日随着弱冷空气的到来，北风风速明显加大，最大风速可达6m/s以上.5日下午至7日有明显的风向转变，即由偏北风转东南风，且风速较小.再结合图2中广州地区PM10、PM2.5、PM1以及能见度的变化，发现1～8日广州灰霾过程的形成与广州的风速有密切相关.在污染过程的前期，风向以偏北风为主，1～3日广州地区的风速均小于3m/s，即广州地区主要受弱北风或静风影响，此时风场对污染物的输送作用较弱，污染物将逐渐积累，AQI，PM10、PM2.5以及PM1浓度逐渐增大，空气质量持续恶化；而4日在较大北风的清除作用下，广州地区污染物浓度有所下降.在污染过程后期，较低的风速又使得污染物在广州地区积累，其中6日平均风速又下降到1.75m/s，同时，由于风向的变化，偏东风携带的暖湿气流也明显加剧了广州地区的污染程度，加上冷锋前的回暖期的作用，使得6日广州地区的污染物浓度达到此次灰霾过程中的最大值.7日晚冷锋抵达广州，在较强的北风的作用下，8日污染物浓度明显下降，灰霾过程结束.

图4 广州1月1～8日的风矢量变化Fig.4 Time series of wind vectors in Guangzhou during 1～8 January

2.3.2 垂直风场特征 图5所示为东莞佛山大气边界层观测试验期间2014年1月1～8日每日10：00和20：00的风廓线图.由图5可知，珠三角地区在整个灰霾期间，不管是边界层高层还是边界层低层，风速均比较小.不过也发现，珠三角地区垂直风场出现三层结构，上层和下层风速相对较大，而中层风速较小.1～2日，珠三角底层以偏东风为主，往上逐渐转变为东南风，最后转变为西南风，风向呈现顺时针切变.3～4日珠三角地区整个边界层的风向以偏北风为主，其中4日边界层底层吹东北风，高层吹西北风，风向呈现逆时针切变.5～7日清晰地发现珠三角地区底层吹东南风，高层顺时针切变为西南风.而到8日珠三角又开始出现偏北风.珠三角地区风向垂直切变的位置也有明显变化，东莞地区风向切变的位置最大出现在1500m左右，而最低的高度仅为500m左右；同时，佛山地区风向切变的出现最高高度1500～1750m，而最低高度不到500m.风向切变高度的下降可能与下沉气流加强有关［45］.污染前期珠三角地区近地层风速的垂直切变较小，这表明此时边界层基本为动力稳定的或者弱不稳定的［26］，而稳定的边界层不利于污染物的垂直稀释扩散［37］.而7～8日随着冷空气的到来，珠三角地区近地层风速随高度迅速增大，风速垂直切变较大，边界层动力稳定性被破坏，污染物的垂直扩散作用得到加强，期间污染物浓度也明显下降，至8日灰霾过程结束.

图5 东莞、佛山1月1～8日每日10：00和20：00风廓线Fig.5 Wind profiles of Dongguan and Foshan during 10：00 and 20：00 1～8 January 2014

由图5发现，珠三角地区5日和6日有明显的风向转变，同时珠三角主要城市的污染状况也有明显的不同变化（图1），为了清晰地了解这个转变过程，图6所示为2013年东莞佛山大气边界层观测试验时5～6日东莞、佛山每天8个时次的风廓线.5日上午东莞地区近地层还是以东北风为主，而至5日下午，风向开始转变，东南风开始生成.刚开始近地层的风速较小，到晚上23：00风速明显增大.6日，全天近地层的风向都为东南风，风速也比5日下午时的风速大.同时，佛山地区于5日下午也出现风向的转变，由东北风转为东南风，风速也有一个增大的过程，但是相对于东莞地区来说其风速偏小.5日上午东莞地区风向垂直切变主要在1250m左右，同时佛山地区的风向垂直切变位置在1500～1750m，而下午时风向切变位置明显下降，其中在23：00东莞、佛山的风向切变位置下降至不到1000m；6日时东莞、佛山地区的风向切变位置都几乎维持在750～1000m处.这表明珠三角地区的下沉气流可能已加强［45］，这可能导致珠三角地区污染程度加重.对比珠三角地区的AQI变化可发现，当珠三角地区受偏北风控制，且风速不是很大时，整个珠三角都将处于污染状态；而当风向转为东南方向时，珠三角东南部的污染状况将缓解，珠三角北部（内陆）地区的污染将加重.在珠三角，主要的污染物排放集中在广州、东莞、佛山等地，当出现较小的偏北风时，风速不足以将所有污染物清除，反而较小的风速将部分污染物往下风向的珠海、中山、江门等地输送，导致这些地区的污染形成.当风向转为偏南风时，风将珠三角东南部地区的污染物输送至珠三角内陆城市，造成这些地区的污染加重.同时东南气流携带的暖湿空气也加速了这些城市的空气质量恶化.

图6 东莞、佛山1月5～6日逐日风廓线Fig.6 Wind profiles of Dongguan and Foshan during 5～6 January 2014

2.3.3 垂直温度场特征 逆温层结，尤其是贴地逆温会显著地抑制污染物的垂直扩散.图7为东莞1～8日20：00的温度廓线.1～5日东莞地区均存在贴地逆温，高度在100m左右，其中1日的逆温强度明显更大，其使得污染物被压缩在近地层.6日由于缺乏底层温度数据，没法判断是否有贴地逆温的存在.7～8日东莞地区底层大气没有明显的逆温结构存在.

图7 东莞1～8日20：00温廓线Fig.7 Temperature profiles of Dongguan during 20：00 1-8 January 2014

图8 1～8日东莞混合层高度Fig.8 Mixing layer height of Dongguan during 1～8 January 2014

边界层高度对污染过程的形成有重要作用，其决定污染物的垂直扩散能力.低的边界层同样抑制污染物往上扩散稀释，从而污染物将被压缩在近地层，污染过程也随之形成.图8为东莞地区1～8日边界层高度的变化.在这次灰霾过程中，除了下午的边界层高度可以达800～1000m以上，最高可达1600m（一般出现在16：00），其他时段的边界层大部分都低于600m，尤其是日落至日出这段时间的边界层高度大部分不到400m，其中日落到凌晨期间边界层高度不足200m.

总的来说，逆温结构和边界层高度对这次灰霾过程的形成有重要作用.污染前期贴地逆温的存在和较低的边界层高度使得珠三角地区污染物垂直扩散过程受到抑制，污染物在近地层积累后形成灰霾天气.在灰霾过程后期，以东莞为代表的珠三角地区贴地逆温结构消失，再加上北风的清除作用，灰霾过程结束.

2.4 后向轨迹分析

为了研究污染过程中6日珠三角内陆污染物异常增加，而珠三角东南部沿海地区的空气质量好转的原因，利用HYSPLIT-4模式以及GDAS数据库分析番禺大气成分站2014年1月5日20：00和6日20：00 的72h后向轨迹.由图9可以发现，所有气流都呈现出明显的下沉作用，其对珠三角地区污染物的堆积具有重要影响.其中1月5日20：00的500m以及1000m的72h后向轨迹主要经过广东、江西、湖南及湖北等地，200m的后向轨迹主要经过广东、福建等地.气流会将这些地区排放的污染物携带至珠三角，从而有助于珠三角区域污染过程的生成.1月6日20：00所有高度的后向轨迹都主要经过海上，其中200m高度的后向轨迹经过我国华东地区，其有可能将该地区较高浓度的污染物输送至珠三角.同时，由于气流来自海面，气团表现为暖湿状态，会使得珠三角地区增暖增湿，气溶胶的吸湿增长过程也会得到加强，反而使得污染状况加重.

图9 HYSPLIT气流后向轨迹及轨迹高度变化Fig.9 Back trajectory clusters from HYSPLIT model

3 结论

3.1 大陆冷高压变性出海导致在珠三角地区形成静稳天气，产生的微风或静风风场条件、低边界层以及逆温结构使得污染物在珠三角地区近地层逐渐积累，空气质量恶化，最后导致灰霾过程的发展.

3.2 珠三角受风速较小的偏北风影响时，风场将广州、东莞、佛山等地的部分污染物将输送至珠三角东南沿海地区，整个珠三角地区几乎都表现为污染状况；当北风风速较大时，风场对珠三角区域的污染物具有明显的清除作用.

3.3 珠三角受偏南风影响时，风场将珠三角东南部地区的污染物输送至珠三角内陆地区，且偏南气流携带的暖湿空气使得珠三角地区增暖增湿，气溶胶的吸湿增长过程加强，从而珠三角东南部地区的污染状况得到改善，珠三角内陆地区的污染加剧.

［1］吴 兑.吴兑：一种新的灾害性天气——灰霾［J］.环境，2008，7：38-39.

［2］吴 兑.灰霾天气的形成与演化［J］.环境科学与技术，2011，34（3）：157-161.

［3］吴 兑.近十年中国灰霾天气研究综述［J］.环境科学学报，2012，32（2）：257-269.

［4］吴 兑，陈慧忠，吴 蒙，等.三种霾日统计方法的比较分析［J］.中国环境科学，2014，34（3）：545-554.

［5］杨 欣，陈义珍，刘厚凤，等.北京2013年1月连续强霾过程的污染特征及成因分析［J］.中国环境科学，2014，34（2）：282-288.

［6］赵普生，徐晓峰，孟 伟，等.京津冀区域霾天气特征［J］.中国环境科学，2012，32（1）：31-36.

［7］吴 兑.再论都市霾与雾的区别［J］.气象，2006，32（4）：9-15.

［8］Wu D，Tie X X，Li C C，et al.An extremely low visibility event over the Guangzhou region： A case study［J］.Atmospheric Environment，2005，39（35）：6568-6577.

［9］Tie X X，Wu D，Brasseur G.Lung cancer mortality and exposure to atmospheric aerosol particles in Guangzhou，China［J］.Atmospheric Environment，2009，43（14）：2375-2377.

［10］黄 健，吴 兑，黄敏辉，等.1954—2004年珠江三角洲大气能见度变化趋势［J］.应用气象学报，2008，19（1）：61-70.

［11］吴 兑，毕雪岩，邓雪娇，等.珠江三角洲大气灰霾导致能见度下降问题研究［J］.气象学报，2006，64（4）：510-517，538.

［12］陈欢欢，吴 兑，谭浩波，等.珠江三角洲2001—2008年灰霾天气过程特征分析［J］.热带气象学报，2010，26（2）：147-155.

［13］陈训来，范绍佳，李江南，等.香港地区空气污染的典型天气背景形势［J］.热带气象学报，2008，24（2）：195-199.

［14］陈训来，冯业荣，范绍佳，等.离岸型背景风和海陆风对珠江三角洲地区灰霾天气的影响［J］.大气科学，2008，32（3）：530-542.

［15］李 菲，吴 兑，谭浩波，等.广州地区旱季一次典型灰霾过程的特征及成因分析［J］.热带气象学报，2012，28（1）：113-122.

［16］李颖敏，范绍佳，张人文.2008年秋季珠江三角洲污染气象分析［J］.中国环境科学，2011，31（10）：1585-1591.

［17］吴 兑，廖国莲，邓雪娇，等.珠江三角洲霾天气的近地层输送条件研究［J］.应用气象学报，2008，19（1）：1-9.

［18］吴 蒙，范绍佳，吴 兑，等.广州地区灰霾与清洁天气变化特征及影响因素分析［J］.中国环境科学，2012，32（8）：1409-1415.

［19］Pasch A N，Macdonald C P，Gilliam R C，et al.Meteorological characteristics associated with PM 2.5air pollution in Cleveland，Ohio，during the 2009-2010Cleveland Multiple Air Pollutants Study［J］.Atmospheric Environment，2011，45（39）：7026-7035.

［20］Liu X.G，Li J，Qu Y，et al.Formation and Evolution Mechanism of Regional Haze： a Case Study in the Megacity Beijing，China［J］.Atmos.Chem.Phys.，2013，13（9）：4501-4514.

［21］Valdenebro V，Gangoiti G，Albizuri A，et al.Build-up and decay of two ozone episodes through northern Iberia and southern France- An inter-regional transport analysis［J］.Atmospheric Environment，2010，45（8）：1591-1603.

［22］Feng Y R，Wang A Y，Wu D，et al.The influence of tropical cyclone Melor on PM10concentrations during an aerosol episode over the Pearl River Delta region of China： Numerical modeling versus observational analysis［J］.Atmospheric Environment，2007，41（21）：4349-4365.

［23］范绍佳，祝 薇，王安宇，等.珠江三角洲地区边界层气象特征研究［J］.中山大学学报（自然科学版），2005，44（1）：99-102.

［24］范绍佳，王安宇，樊 琦，等.珠江三角洲大气边界层特征及其概念模型［J］.中国环境科学，2006，26（S1）：4-6.

［25］李明华，范绍佳，王宝民，等.珠江三角洲秋季大气边界层温度和风廓线观测研究［J］.应用气象学报，2008，19（1）：53-60.

［26］刘熙明，胡 非，邹海波，等.北京地区一次典型大雾天气过程的边界层特征分析［J］.高原气象，2010，29（5）：1174-1182.

［27］苏福庆，任阵海，高庆先，等.北京及华北平原边界层大气中污染物的汇聚系统——边界层输送汇［J］.环境科学研究，2004，17（1）：21-25，33.

［28］王淑兰，张远航，钟流举，等.珠江三角洲城市间空气污染的相互影响［J］.中国环境科学，2005，25（2）：133-137.

［29］吴 蒙，范绍佳，吴 兑.台风过程珠江三角洲边界层特征及其对空气质量的影响［J］.中国环境科学，2013，33（9）：1569-1576.

［30］修天阳，孙 扬，宋 涛，等.北京夏季灰霾天臭氧近地层垂直分布与边界层结构分析［J］.环境科学学报，2013，33（2）：321-331.

［31］徐祥德，丁国安，卞林根，等.BECAPEX科学试验城市建筑群落边界层大气环境特征及其影响［J］.气象学报，2004，62（5）：663-671，715.

［32］徐祥德，周 丽，周秀骥，等.城市环境大气重污染过程周边源影响域［J］.中国科学（D辑：地球科学），2004，34（10）：958-966.

［33］苏福庆，高庆先，张志刚，等.北京边界层外来污染物输送通道［J］.环境科学研究，2004，17（1）：26-29，40.

［34］杨 欣，陈义珍，刘厚凤，等.北京2013年1月连续强霾过程的污染特征及成因分析［J］.中国环境科学，2014，34（2）：282-288.

［35］唐宜西，张小玲，熊亚军，等.北京一次持续霾天气过程气象特征分析［J］.气象与环境学报，2013，29（5）：12-19.

［36］童尧青，银 燕，钱 凌，等.南京地区霾天气特征分析［J］.中国环境科学，2007，27（5）：584-588.

［37］邓雪娇，李 菲，吴 兑，等.广州地区典型清洁与污染过程的大气湍流与物质交换特征［J］.中国环境科学，2011，31（9）：1424-1430.

［38］盛裴轩，毛节泰，李建国，等.大气物理学［M］.北京：北京大学出版社，2013.

［39］Huang K，Zhuang G，Lin Y，et al.Typical Types and Formation Mechanisms of Haze in an Eastern Asia Megacity，Shanghai［J］.Atmos.Chem.Phys.，2012，12（1）：105-124.

［40］Huang X F，He L Y，Hu M，et al.Highly Time-resolved Chemical Characterization of Atmospheric Submicron Particles During 2008Beijing Olympic Games Using an Aerodyne High-resolution Aerosol Mass Spectrometer［J］.Atmos.Chem.Phys.，2010，10（18）：8933-8945.

［41］吴 兑，刘啟汉，梁延刚，等.粤港细粒子（PM_（2.5））污染导致能见度下降与灰霾天气形成的研究［J］.环境科学学报，2012，32（11）：2660-2669.

［42］吴 兑，邓雪娇，毕雪岩，等.细粒子污染形成灰霾天气导致广州地区能见度下降［J］.热带气象学报，2007，23（1）：1-6.

［43］邓雪娇，黄 健，吴 兑，等.深圳地区典型大气污染过程分析［J］.中国环境科学，2006，26（S1）：7-11.

［44］Banta R M，Senff C J，Alvarez R J，et al.Dependence of daily peak O3 concentrations near Houston，Texas on environmental factors： Wind speed，temperature，and boundary-layer depth［J］.Atmospheric Environment，2010，45（1）：162-173.

［45］林泽健.2006年7月珠江三角洲大气边界层结构观测研究［D］.广州：中山大学，2007.

Boundary layer characteristics of typical haze process in the Pearl River Delta region.

LIU Jian1，FAN Shao-jia1，WU Dui1，2，3*，WU Meng1，LIAO Zhi-heng1，LI Hao-wen1（1.School of Environmental Science and Engineering，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510275，China；2.Institute of Atmospheric Environmental Safety and Pollution Control，Jinan University，Guangzhou 510632，China；3.Guangzhou Institute of Tropical and Marine Meteorology，China Meteorology Administration，Guangzhou 510080，China）.China Environmental Science，2015，35（6）：1664～1674

A heavy haze weather occurred in Pearl River Delta（PRD）region during January 2014.Based on urban air quality data of Guangdong Province，hourly data of PM10，PM2.5and visibility from China Meteorological Agency Panyu atmospheric composition station，wind data of 946 auto stations and Guangzhou station，data from the boundary layer observation experiment in Dongguan and Foshan during the winter of 2013，boundary layer characteristics of a typical haze process in PRD during 1～8 January 2014 had been researched.It was found that，continental cold high was the major weather system at this haze process.It caused stability weather which produced breeze or calm wind condition，lower boundary layer and inversion structure occurred in PRD.Air quality of major cities in PRD had different variations during 6th January，mainly due to the change in wind direction over the Pearl River Delta region.In the morning of 5th January，the Pearl River Delta region was prevailing with weak northerly winds，it caused the entire Pearl River Delta suffer with haze weather.While on the afternoon，the wind direction had been changed that the northerly winds turned to southerly winds，it improved the air quality over the southeastern Pearl River Delta region.However，air quality of the northern（inland）region deteriorated.Backward trajectory analysis found that all airflow with obviously sinking process，and the trajectory clusters that began at 20：00 5th January were come from the land surface，while the trajectory clusters that began at 20：00 6th January were come from the sea.These two kinds of trajectory clusters have different effects on air quality in the Pearl River Delta.

Pearl River Delta；haze；stability weather；wind and temperature profile；sum of wind vectors；backward trajectory

X513

A

1000-6923（2015）06-1664-11

刘 建（1989-），男，江西赣州人，中山大学博士研究生，主要从事大气环境与大气化学方面研究.

2014-11-13

国家自然科学基金资助项目（41275017，41475004）；高等学校博士学科点专项科研基金项目（20120171110028）；国家“973”项目（2011CB403403）

* 责任作者，教授，wuduigz@qq.com