辽宁地区一次中到重度霾天气过程分析

胡鹏宇 徐爽 王赛頔 张帅

摘 要：2017年11月1日夜间到2日傍晚，辽宁省部分地区出现中到重度霾天气。应用自动站观测资料、Micaps实况数据以及沈阳市环保局空气质量监测数据资料，对此次霾天气过程进行了分析，结果表明：此次中到重度霾天气过程形成的天气形势为500hPa平直西风气流和海平面均压场，近地面层存在逆温层，风力小且相对湿度小；黑龙江省和吉林省秸秆焚烧污染物的长距离输送是此次霾天气过程形成的主要原因；后期的大风过程对污染物的清除效果显著，导致霾天气过程结束。

关键词：霾；AQI；逆温层；辽宁地区

中图分类号 P458.120 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）10-0144-03

1 引言

近年来，霾天气出现的频率、持续时间以及强度均呈现明显增加的趋势。这一现象引起了我国诸多学者的广泛关注，研究结果发现：霾受人为因素和自然因素的共同影响，霾源的排放属于人为因素，天气条件的影响则属于自然因素。霾颗粒物会随风迁移，影响周边地区[1]。空气污染与能见度、温度、地面风向风速、近地层逆温和降水量等诸多气象因子密切相关[2-3]。白先达等[1]利用桂林地区4个观测站50年的观测资料分析认为，霾天气出现时的基本天气特征为：地面静风或弱风，空气湿度小，近地面存在逆温层；对应的天气形势为：高空西风气流平直或弱高压脊前环流，地面弱高压或变形场，副热带高压区，锋前暖区，近地层逆温，高空大气层结稳定。除去局地霾源和气象要素的影响，部分城市和区域很大程度上还受沙尘暴、秸秆焚烧等污染物长距离输送的影响[4]。唐仁茂等[4]针对一次持续10d的重雾霾天气过程的深入分析发现，霾天气过程发生在高压天气系统和静风条件下，辐射降温形成的稳定逆温边界层结构有利于污染气溶胶的积累和雾霾的形成和发展，尤其是来自南方持续不断的湿平流使雾霾天气得以长时间持续和发展。

2017年11月1日夜间到2日傍晚，沈阳、大连、鞍山、抚顺、本溪、辽阳、铁岭地区出现中度到重度霾天气，其中铁岭地区AQI指数曾一度达到500，直至2日午后受偏北大风的影响，AQI指数迅速回落，污染物浓度明显下降，污染过程趋于结束。本文应用自动站观测资料、Micaps实况数据和沈阳市环保局空气质量监测数据资料对此次霾天气过程进行了分析。

2 污染气象条件分析

2017年11月1日夜间至2日白天，辽宁地区高空500hPa为平直的西风气流，海平面气压场上处在高压系统后部，受稳定持续的均压场控制（图1）。从图2可见，污染过程期间沈阳地区近地层呈现逆温状态，层结稳定，相对湿度较小，地面和逆温层顶温度差最高达7.9℃，逆温强度大，不利于污染物在垂直方向的扩散。污染过程期间，东北地区的风速均较小，平均风速在2m/s左右，辽宁中东部地区存在弱的偏北风與东南风之间的辐合，地面辐合线的存在不利于污染物的扩散，导致污染过程持续（图3）。

3 雾霾过程污染物浓度变化特征

图4给出了2017年11月1—2日沈阳市环境监测站逐小时气态污染物（O3、NO2和SO2）浓度变化曲线。从图4可以看出，O3的变化趋势与NO2和SO2的变化趋势差异较大，后者的变化与PM2.5、PM10和AQI变化趋势较为一致。SO2浓度变化与AQI指数呈现较好的正相关性，但浓度峰值出现较AQI指数早1～2h，在2日9时达到峰值，浓度超过60μg/m3以上；NO2始终维持在1个较高的数值，无明显规律性的变化，其在2日清晨略有减小，随后又再次增长，过程最大峰值出现在2日11时（99mg/m3）；O3是光化学产物，其浓度呈现明显的日变化。自2日12时起，随着偏北大风的出现，NO2和SO2浓度迅速下降至低值。

AQI指数自1日20时开始逐渐增大，在2日05时起迅速增加，并在11时前后达到峰值。相应的，PM2.5和PM10的变化趋势与AQI指数变化一致，可见PM2.5和PM10是AQI指数的主要来源。伴随着偏北风的增大，PM2.5、PM10的浓度迅速减小，AQI指数也随之下降，此次污染过程趋于结束。

4 污染物来源分析

研究发现[4]，污染物的高浓度积累除了跟天气系统及气象条件密切相关以外，还与局地源和污染长距离输送有关。据中国气象局卫星气象中心卫星遥感火点监测结果显示，2017年11月1日全国的火点共191个，主要分布在黑龙江、吉林、内蒙古自治区、河北、山西、湖北和安徽7个省，其中包括黑龙江省157个火点，吉林省25个火点和内蒙古自治区2个火点（表1）。表2显示2017年11月2日全国的火点共186个，主要分布在黑龙江、吉林、内蒙古自治区、甘肃、山西和安徽6个省，其中包括黑龙江省164个火点，吉林省17个火点和内蒙古自治区1个火点。11日夜间至2日白天，吉林和黑龙江省焚烧秸秆火点数较多，在弱的气压场和逆温层的共同作用下污染物浓度不断累积，吉林和辽宁地区上空为弱的偏北风，并存在气压场辐合，尽管辽宁地区未有火点被监测到，但随着气流的移动，仍有大量污染物粒子聚集在辽宁地区上空。

5 污染物来源分析

2017年11月2日11时后，随着高压系统逐渐东移，冷空气不断南下，整个东北地区逐渐转为偏北风，且风力显著增大。2日14时辽宁地区上空极大风速达4～5级，部分地区的最大风速甚至达到6级。在偏北气流的作用下，辽宁地区上空的污染物浓度显著下降，此次霾天气过程趋于结束。

6 结论

（1）此次中到重度霾天气过程形成的天气形势为500hPa平直西风气流和海平面均压场，近地面层存在逆温层，风力小且相对湿度小。

（2）黑龙江省和吉林省秸秆焚烧污染物的长距离输送是此次霾天气过程形成的主要原因，过程前期污染物缓慢积累，PM10、PM2.5、SO2、NO2等焚烧特征污染物浓度急剧升高。

（3）后期的大风过程对污染物的清除效果显著，是此次霾天气过程结束的主要原因。

参考文献

[1]白先达，谭宇，王存真，等.桂林霾天气变化趋势及天气特征[J].气象科技，2015，43（5）：905-910.

[2]王飞，朱彬，康汉清，等.影响南京地区的两次典型空气污染过程分析[J].环境科学，2012，33（10）：3647-3655.

[3]韩永清，孙兴池，李静，等.雾霾天气个例气象条件对比分析[J].气象科技，2017，45（1）：171-177.

[4]唐仁茂，李德俊，柳草，等.一次重雾霾天气成因及湿清除特征分析[J].气候与环境研究，2017，22（6）：699-707.

（责编：张宏民）