2015年11月黑龙江省中南部一次霾天气过程分析

王晓雪，郑泽芬，韩冰

(1.黑龙江省气象台，黑龙江哈尔滨150030；2.南平市气象局，福建南平353000)

2015年11月黑龙江省中南部一次霾天气过程分析

王晓雪1，郑泽芬2，韩冰1

(1.黑龙江省气象台，黑龙江哈尔滨150030；2.南平市气象局，福建南平353000)

利用地面观测资料、NCEP/NCAR再分析资料以及中国空气质量在线监测分析平台，分析了2015年11月5－8日黑龙江省中南部一次大范围持续性霾过程的特点及环流背景；诊断分析了该次过程中气象成因及动力条件。结果表明:霾过程持续期间，黑龙江省处于纬向型环流的控制之下，冷空气势力较弱；中南部整体处于地面高压内的均压场中，有利于静稳天气形势建立。中低层垂直交换弱、底层逆温、层结稳定使得污染物在近地面不断累积。直至8日20时后降水发生，霾开始消散。

黑龙江中南部；霾天气；气象条件

1 引言

随着我国经济不断发展，工业技术越来越发达，不可避免的，大气环境也迎来了前所未有的挑战。污染日数与日俱增，雾－霾天气频发。

霾是大量极细微的干尘粒均匀地悬浮在空中，使水平能见度小于10 km的空气普遍混浊现象。雾和霾可以相互共存、相互转化和相互作用，均是发生在静稳的天气下的近地面天气现象。霾的预报本质上是霾能见度的预报，决定于相对湿度和气溶胶浓度。气溶胶浓度要考虑源排放、区域输送、大气扩散条件、累积效应等因素。而通常做的预报只是气象条件的预报。近年来，对于雾-霾天气的研究已经逐渐变为热点。赵桂香[1]等分析指出，大范围霾出现前，整层空气都较为干燥，850 hPa相对湿度一般在30-50%，近地面层出现弱的逆转；逆温层的持续存在，有利于水汽和大气颗粒物在近地层的积聚，从而有利于雾霾的形成和持续；逆温层厚度越厚，霾的持续时间越长；雾霾出现前，风、气压、湿度、温度、能见度均有明显差异。

2 霾实况及大气污染状况

2015年11月5-8日黑龙江省中南部出现大范围霾天气，根据逐3 h地面常规实况观测数据统计，中南部26县市先后出现霾。一天中出现霾的测站最多的时间是20时，5-8日中7日20时霾发生的站数最多，共计17站，是霾最强的时段。所以截取7日20时进行重点分析。

由中国空气质量在线监测分析平台给出的黑龙江PM2.5实时分布图以及细颗粒物PM2.5观测数据可以看出，7日21时除了齐齐哈尔中度污染以外，整个黑龙江南部均达到了重度到严重污染，其中大庆市、绥化市、哈尔滨市最为严重，达到严重污染的级别。

分析空气质量指数（AQI）以及空气质量等级亦可以看出，除去齐齐哈尔，黑龙江省中南部地区，均已达到重度污染到严重污染。

3 天气形势特点

天气形势是霾发生的主要背景，天气形势的演变与霾的生消发展具有密切的联系。7日20时500 hPa上黑龙江省受较平直的西风气流控制，等温线相对稀疏，风场与等温线的交角很小，环流形势稳定。500 hPa高空槽主要位于河套地区，距黑龙江省较远，影响较小。850 hPa上黑龙江省中南部主要受反气旋环流控制，等压线较为稀疏，风速较小。海平面气压场上黑龙江省大部都位于一个高压底后部的均压场中，等压线稀疏，无明显冷空气。由地面风场和能见度的叠加图可以看出黑龙江省南部主要受偏东或偏东北风的控制，风力较弱，能见度低，大部地区不足10 km。由925 hPa风场和地形叠加图可以看出黑龙江省南部主要受偏东风的控制，位于西侧的大兴安岭地区海拔较高，由于地形阻挡作用，不利于污染物的扩散。这种晴空少云形势下夜间辐射条件较好，有利于地面的降温和水汽的凝结，总体上导致静稳天气形势稳定。

4 气象成因分析

4.1 静稳气象条件分析

大气层结稳定度是影响霾形成和发展的重要因素。哈尔滨站在925-1000 hPa高度上存在明显的底层逆温，逆温层对空气对流有强烈的抑制作用，造成大量水汽和气溶胶聚集在逆温层下面，不利于扩散。同时可以看出850 hPa以下没有明显的垂直风切变，风速小。污染物浓度与低层风场变化紧密相关，垂直交换弱、底层逆温、层结稳定使得污染物在近地面不断累积。

4.2 传输条件

传输条件至关重要，污染物和水汽传输聚集。在5日08时-8日08时整个哈尔滨均处于一个中层较干，低层较湿的状态，尤其是7日20时附近更为明显，上湿中干下湿，底层相对湿度大，有利于污染物吸湿增长，中层大气形成一个干暖盖，不利于污染物扩散。到了8日，整层相对湿度都转好，深厚的湿层有利于降水，霾过程结束。

同时，由此也印证了前文赵桂香[1]等人的研究结论，大范围霾出现前，整层空气都较为干燥。

4.3 地面气象要素

哈尔滨站温度、湿度、风级和PM2.5的相关分布也从另一方面佐证了霾出现前后，地面气象要素存在明显差异。PM2.5浓度峰值较高的区域集中分布在了-（3-8）℃、相对湿度50%-67%，风力1-2级区间。反之，当污染物浓度较小的时候，温度也相对较高，相对湿度更大，风力更强。

温度较低有利于空气中水汽凝结，使能见度降低，低层的辐射降温易形成逆温层，使大气稳定度增加，从而使水汽和污染物聚集在低层，水平风速小，垂直交换弱，有利于霾的形成。

4.4 降水影响

11月5-8日84 h雨量累加结果可以看出整个黑龙江地区都没有明显的降水发生，也为静稳天气形势的建立、污染物的累积提供了有利条件。到了8日20时以后，500 hPa上有短波槽自西向东影响黑龙江省偏南部地区，南部地区降水开始，大气稳定度下降，霾发生的站数减少，能见度有所好转，霾逐渐消散。可见降水对空气有一定清洗作用。

5 动力条件诊断

哈尔滨6日20时-8日08时850 hPa以下一直受偏东风的控制，水平风速小，均在6 m/s以下，扩散能力较差，同时垂直交换非常弱，大气的斜压不稳定减弱，使得近地面层的污染物、水汽和辐射降温作用不断积聚，给霾的维持提供了有利条件。8日20时随着冷空气入侵，逐渐转为偏北风的控制，低层与中层的风速切变、风向切变明显，垂直交换加强，有利于霾的消散。

除风场外，散度场在此次过程前后，也表现出比较明显的变化。8日08时之前925 hPa以下均表现为辐散，有利于反气旋等天气系统的发展，从而建立静稳的天气形势，使得霾发生并且进一步加强。8日午后整个中低层均表现为辐合，对应上升运动，降水开始，霾逐渐消散。值得关注的是，7日20时，低层辐散对应着中层辐合，低层下沉运动中层上升运动，上下层交换被抑制，不利于污染物向上发展，使得污染物在近地面一定厚度内聚集，能见度降低。

除夜间的辐射降温外，冷暖平流对于温度的垂直分布也有影响。5日08时中低层冷平流相对较强，到7日20时中低层是一个冷平流逐渐减弱的过程，减弱至近似零平流，说明冷暖空气交换较弱，近乎没有，该地区高空为暖平流而低空为冷平流，大气层结趋向稳定，不利于污染物的扩散。这也印证了7日20时霾相对较重的事实。8日08时以后哈尔滨站中低层开始转为暖平流控制，降水开始。

6 小结

本次霾过程持续4 d，7日发生霾的站数最多，程度相对最强。

（1）此次霾过程持续期间，500 hPa高度场受较平直的西风气流控制，等温线相对稀疏，风场与等温线的交角很小，环流形势稳定，锋区距黑龙江省较远，冷空气势力弱。海平面气压场上，黑龙江省大部都位于一个高压底后部的均压场中，等压线稀疏，无明显冷空气。

（2）气象成因上分析，逆温层对空气对流有强烈的抑制作用，造成大量水汽和气溶胶聚集在逆温层下面，不利于扩散。垂直交换弱、底层逆温、层结稳定使得污染物在近地面不断累积；上湿中干下湿的配置，使得底层相对湿度大，有利于污染物吸湿增长，中层大气形成一个干暖盖，不利于污染物扩散；温度较低有利于空气中水汽凝结，使能见度降低，低层的辐射降温易形成逆温层，使大气稳定度增加，从而使水汽和污染物聚集在低层，水平风速小，垂直交换弱，有利于霾的形成；整个黑龙江地区都没有明显的降水发生，也为静稳天气形势的建立、污染物的累积提供了有利条件。

（3）动力条件上分析，风场上看垂直交换非常弱，大气的斜压不稳定减弱，使得近地面层的污染物、水汽和辐射降温作用不断积聚，给霾的维持提供了有利条件；散度场上看低层辐散对应着中层辐合，低层下沉运动中层上升运动，上下层交换被抑制，不利于污染物向上发展，使得污染物在近地面一定厚度内聚集，能见度降低；温度平流场上看高空为暖平流而低空为冷平流，大气层结将趋向稳定。

［1］赵桂香,杜莉,卫丽萍,等.一次持续性区域雾霾天气的综合分析[J].干旱区研究,2011,28:871-878.

Analysis of haze weather process in south-central Heilongjiang Province in November 2015

WANG Xiao－xue1,ZHENG Ze－fen2,HAN Bing1
（1.Meteorological observatory of Heilongjiang province,Heilongjiang Harbin 150030; 2.Nanping meteorological bureau,Fujian Nanping 353000）

Analyze the characteristics and circulation background of a large－scale persistent haze process in the central and southern part of Heilongjiang province in 5－8 November 2015 using ground observation data,NCEP/ NCAR reanalysis data,and China air quality online monitoring and analysis platform,and the meteorological factors and dynamic conditions in the process are analyzed.The results show that,during the duration of the haze process,Heilongjiang is under the control of zonal circulation,while the cold air force is weaker;the central and southern parts of the ground in the high pressure of the pressure field which is conducive to the establishment of static weather conditions.Low－level vertical exchange weak,the bottom of the inversion,stratification stability makes the contaminants in the near ground continue to accumulate,until 8 o'clock on the 8th after the precipitation occurred,the haze began to dissipate.

The middle and south of Heilongjiang;haze weather;meteorological conditions

×16

A

1002－252X（2017）02－0001－03

2017－3－1

王晓雪（1991－），女，黑龙江省哈尔滨市人，南京信息工程大学，本科生，助理工程师.