2016年秋季黑龙江省两次灾害性（雾、霾）天气产生的气象条件对比分析

2017-05-17高赛男翟墨刘立岩

黑龙江气象 2017年1期

关键词：逆温层对流层大雾

高赛男,翟墨，刘立岩

（1.绥化市气象局，黑龙江绥化152000; 2.黑龙江省气象科学研究所，黑龙江哈尔滨150030）

2016年秋季黑龙江省两次灾害性（雾、霾）天气产生的气象条件对比分析

高赛男1,翟墨2，刘立岩1

（1.绥化市气象局，黑龙江绥化152000; 2.黑龙江省气象科学研究所，黑龙江哈尔滨150030）

本文利用常规地面、高空观测资料针对2016年绥化市10月15日的区域性大雾天气和11月4—5日的区域连续性霾天气进行大尺度环流背景、气象要素、水汽条件、动力条件、空气质量指数（AQI）以及雾、霾天气演变情况等多方面进行比对分析，研究结果表明：雾与霾发生时对流层中低层都会存在逆温层，且在一定的环境条件下二者可以相互转化；AQI变化趋势可以作为对雾和霾预报的着眼点。

逆温层;风向辐合;相互转化;烧荒;AQI

1 引言

雾是悬浮在近地面大气中的大量细微水滴（或冰晶）的“可视”气溶胶聚合体，大气相对湿度大，能见度急剧恶化，大气静稳，雾区与晴空区有明显边界，厚度一般在几百米以下，是一种常见的灾害性天气，其形成过程非常复杂，世界各国学者至今也未完全解开其物理过程之谜团，雾的预报一直以来都是预报工作者面临的极大挑战。

霾即是灰霾，是悬浮在大气中的大量微小尘粒、硫酸，硝酸，有机碳氢化合物等粒子的集合体，使空气混浊、能见度降低，大气相对湿度低，比较干燥，通常情况下，可以从能见度、相对湿度、颜色区分雾与霾，如下表：

表1 区分雾与霾的方法

雾与霾发生时近地层多存在逆温层，大气层结处于极其稳定的状态，对流层底层上升运动大幅度减弱，促使大气垂直混合减弱，进而导致近地面的污染物不易向高空扩散，在底层聚集，诱发呼吸道类疾病的同时促使大气能见度降低，影响交通，严重威胁人民生命财产安全。因此，从预报的角度出发，分析总结每一次雾、霾天气成因、积累经验是准确预报雾、霾天气，及时有效对公众服务进而降低雾、霾天气引发危害程度的前提。

张人禾［1］等研究结果表明雾霾区域内表面风速及其对流层中低层水平风垂直切变对雾霾天气过程具有动力影响；W itiw和LaDochy［2］研究结果表明城区雾霾发生频次减少与悬浮颗粒物减少趋势有关。吴兑［3］等研究结果表明当大气对流层中层出现较强的纬向环流、对流层低层出现较弱的高压脊控制下，并且出现较弱的表面风时，利于出现较重的霾天气；本文对2016年黑龙江省两次区域性雾、霾天气进行对比分析，力求寻找两种不同的灾害性天气发生时大气环流背景、气象条件等异同点，以期得出雾、霾天气预报着眼点，更好的服务社会各界。

2 实况

2.1 雾过程

2016年10月15日01时—10时(本文将此次过程称之为“雾过程”）黑龙江省齐齐哈尔、哈尔滨、伊春、绥化市大部分地区出现能见度＜500 m的大雾天气，安达、兰西等多个站点出现了能见度＜200 m的浓雾，省气象台与相关地市及县级气象台共同发布大雾黄色预警信号，当日绥化PM2.5迅速升高到82 μg/m3，AQI指数为110，空气质量达到轻度污染等级，接近中午大雾才逐渐消散，本次大雾天气过程的特点是大雾发生前全省无降水过程，大雾发生范围广，大气能见度低，持续时间长。

2.2 霾过程

2016年11月4—5日（本文将此次过程称之为“霾过程”），黑龙江省西南部地区出现罕见的持续性的能见度＜2 km的重度霾天气，引发全省大部地区AQI（空气质量指数）飙升，其中绥化、大庆、哈尔滨能见度不足1 km，AQI达到极值500，空气质量下降到严重污染等级，省气象台及相关地市、县级气象台及时发布霾黄色预警信号，随着霾的进一步发展，相关单位就具体情况将黄色预警信号升级为雾橙色预警信号。其中，绥化市气象台连续发布2次霾黄色预警信号，1次霾橙色预警信号，5日午后，伴随能见度逐渐提高，空气质量逐渐呈现转好趋势。

值得指出的是，本研究中霾过程，海伦站点出现霾转雾的情况，11月4日，绥化的海伦站点能见度和相对湿度显示该站为霾天气，但是相对湿度明显大于其台站，次日晨，能见度进一步降低的同时，相对湿度升高到90%以上，天气现象由霾转为雾。

3 成因分析

3.1 大尺度环流背景

雾过程：从高空500 hPa环流形式上看，黑龙江省西南部大部分地区高空受弱脊控制；地面处于高压后部低压前部的均匀气压场中，这是本次大雾天气的形成与维持的大尺度环流背景。

霾过程：连续多日全省处于高空低涡底部，受稳定的偏西气流控制；黑龙江省西南部地区地面受低压控制。

3.2 气象条件

3.2.1 大气层结

雾过程：08时的探空资料显示(图1)，（绥化无探空站，本研究调用哈尔滨、伊春、齐齐哈尔台站探空数据）对流层整体呈现上干下湿状态，底层有明显的逆温层结，表明对流层中低层大气层结稳定。但是从T-lnP图可以看到，逆温层比较薄；逆温层的形成源于两方面：一方面是14日夜间地面辐射降温，使地面温度低于高空温度，形成逆温；另一方面中低层有暖平流:从实况15日08时的925 hPa温度场可以看出，暖舌深入黑龙江省西南部，此外，T-lnP图中显示风向随高度顺转，说明有暖平流；逆温层的存在，抑制底层大气的上升运动，大气处于静稳状态，底层污染物难以向更高的大气中扩散，在近地层积累，为大雾天气的产生与维持提供非常有利的气象条件。

霾过程：08时哈尔滨探空资料显示整层大气上湿下干(图2)，对流层中低层存在两个逆温层，且较低的逆温层较厚，大气处于静稳状态，T-lnP图中显示风向随高度顺转，说明有暖平流，

图1 10月15日08时(a)925 hPa温度场、(b)哈尔滨探空

3.2.2 水汽条件

雾过程：通常情况下，大雾发生的前期会有降水，而本次大雾天气发生前期，黑龙江省无明显降水，从15日02时起黑龙江省西南大部分地区的相对湿度迅速升高到90%以上，1000 hPa的比湿平均达到6 g/ kg以上，西南部有明显湿区，这说明近地层有西南暖湿气流大量向黑龙江省输送，这为大雾的发生和持续提供了充足的水汽条件；

图2 11月4日08时(a)925 hPa温度场、(b)哈尔滨探空

霾过程：本次霾发生前期无明显降水，地表干燥，对流层中低层无水汽输送，因此相对湿度在45%上下浮动，700、850 hPa观测显示强盛的干冷西北气流，925 hPa上温度露点差达到8℃；1000 hPa比湿平均不到2 g/kg，对流层中低层大气十分干燥状态。

3.2.3 风力条件

雾过程：15日02—10时黑龙江省大部分地区风力较小，维持在3-5 m/s的偏南微风，难以将水汽与污染物吹散，且吉林省当日也出现区域性大雾天气，即大气流动性小，极利于大雾天气的产生与维持。地面风一致为偏南风，平均风力小于4 m/s，不利于大雾天气消散。

霾过程：11月4—5日黑龙江省西南部地区平均风力在2 m/s，相比较雾过程，大气流动性更小极利于霾天气的产生与长时间持续；此气象条件不利于近地层污染物向周围地区扩散；地面观测资料显示地面风向有弱辐合，为污染物抬升提供动力条件，使霾的厚度增加，促使其发展和维持。

3.3 AQI（空气质量指数）

雾过程：两次灾害天气过程时间相差20 d，本次雾发生于供暖初始时期，由供暖而排放的污染物相对较少；10月15日AQI为110，属于轻度污染等级；污染物相对较少，因此在适宜的气象条件下消散得较快；

霾过程：本次霾发生于11月，全省全面供暖，外加农民开始焚烧秸秆还田,秸秆不充分燃烧，近地层大气弥漫大量烟烬，这些不完全燃烧颗粒物是造成本次黑龙江省重度霾天气的重要因素之一，且霾发生前期全省也无明显降水，污染物大量积累，大庆、绥化AQI一度达到500，对稳定的气象条件十分敏感，AQI迅速增加的时间转折点与大气能见度大幅度降低的时间转折点非常一致；烧荒活动减少后，空气质量指数很快得到好转，能见度逐渐增加。