葫芦岛一次雾霾天气过程的阶段性特征及影响因素

李 琳， 于亚薇， 岳欣健， 李 峥， 钟志勇， 李明慧

(1.兴城市气象局， 辽宁 兴城 125100； 2.葫芦岛市气象局， 辽宁 葫芦岛 125000； 3.绥中县气象局， 辽宁 绥中 125200)

葫芦岛市地处辽宁省西部沿海，属大陆性季风气候，年均气温9.6℃，年均降水量576.8 mm，年均日照时数2 630.6 h，无霜期180.5 d。灾害性天气有强降水、大风、冰雹、大雾、霾等，其中雾霾是主要的气象灾害之一。如2019年1月11—13日葫芦岛地区发生了一次持续性雾霾天气过程，期间空气质量指数(AQI)持续上升，首要污染物为PM2.5，13日01:00市区监测PM2.5浓度达460 μg/m3，为严重污染水平。为类似雾霾天气的预报预警提供参考，利用高低空综合气象资料分析此次天气过程的变化特征。

1 资料来源与分析方法

1.1 资料来源

常规气象观测数据来源于葫芦岛市连山区国家气象站，主要包括能见度、气温、露点温度、相对湿度、风向和风速，均为逐小时数据。探空资料来源于辽宁省锦州市高空站每日2次(08时和20时)的探空资料。

1.2 分析方法

利用高低空综合气象资料分析雾霾天气过程期间PM2.5浓度、气象要素、逆温层的变化特征，进一步解释形成雾霾天气过程并持续的原因。

空气质量污染等级划分：从环境学角度定义，101≤AQI≤150为轻度污染(三级)，151≤ AQI≤200为中度污染(四级)，201≤AQI≤300为重度污染(五级)，AQI>300为严重污染(六级)；从气象学角度定义，相对湿度≤80%，能见度2.0～3.0 km时为中度霾，能见度小于2.0 km时为重度霾。

2 结果与分析

2.1 雾霾天气特征

从表1看出，2019年1月11—13日葫芦岛市连续3 d为重度到严重霾。此次区域性霾有2个明显特点，一是葫芦岛自东北向西南污染程度逐渐减轻，市区和兴城污染尤为严重，建昌山区受影响相对较小；二是这次过程是葫芦岛入冬以来最为严重的一次，污染水平高持续时间长，1月12日葫芦岛市区监测PM2.5最严重时段日均浓度314 μg/m3。

表1 2019年1月11—13日葫芦岛空气质量

注：数据来源于葫芦岛市气象台气象和环境保护数据中心。

2.2 环流形势

经高空500 hPa图分析，自2019年1月11日08时开始，整个东亚地区处于“两槽一脊”的形势，巴尔喀什湖和鄂霍茨克海域上空分别维持低槽系统，葫芦岛地区受槽后脊前的西北气流控制。700 hPa环流形势与500 hPa高空形势场大致相同，冷空气势力较弱，大气层结稳定。850 hPa低纬高压系统深厚，葫芦岛地区受西南偏西气流控制，有利于暖湿气团北上，到14日与东路冷空气交汇。

从图1看出，11日08时葫芦岛地区处于冷高压北侧偏西风场，风速小，有利于形成逆温层结，近地面偏西风将上游污染物输送至下游，污染物堆积加重。11日20时北部低压逐渐南移，12日08时低压系统占主导，该市受低压外围的均压场控制，形成静稳形势场。大气状况非常稳定，扩散条件差，有利于污染物的积聚和发展，迅速发展为重度霾，AQI长时间处于200以上，达到重度污染。14日冷空气开始影响辽西地区，大气稳定程度减弱，加速污染物的扩散。

图12019年1月11日08时500 hPa高度形势场(左)和12日08时地面气压场(右)

2.3 地面气象要素变化

大气颗粒物对可见光的散射和吸收是造成能见度下降的主要原因， PM2.5浓度与能见度呈负相关，质量浓度越高能见度越低。从表2看出，11日的平均能见度为2.0 km，12日4时下滑至2 km以下，出现重度霾；12日6—11时降至300 m，达到严重霾，直至18时后维持在5 km左右，重污染天气有所缓解；白天能见度显著大于夜间，最低值通常出现于夜间。霾过程期间日平均相对湿度较霾发生前明显增大，尤其是11日22时至12日13时，相对湿度维持在90%以上。

弱风环境有利于霾的形成，霾过程期间日风速平均为1.6～2.0 m/s，最小风力为0.8 m/s，表明风力较小是霾形成和维持的一个必要条件。期间偏北风占16%，偏东风占8%，偏南风占40%，偏西风占34%，静风(无风向)占2%。由此表明，造成PM2.5的主要风向是偏南风和偏西风，且12日严重霾时段的主要风向是西南风向，通常偏西南暖湿气流会带来南部的污染物。

表2 2019年1月11—13日葫芦岛地区的气象要素

3 结论

此次雾霾天气过程期间葫芦岛市受槽后脊前的西北气流控制，700 hPa环流形势与500 hPa大致相同，冷空气势力较弱，大气层结稳定地面，一直维持风速较小或静风状态，不利于污染物扩散和稀释。相对湿度和PM2.5浓度是决定能见度大小的2个关键因子，PM2.5浓度与能见度呈负相关关系，质量浓度越高能见度越低。