香格里拉大氣本底站能見度變化特征淺析

楊祿麟

（香格里拉區域大氣本底站，云南 迪慶674400）

1 引言

自20世紀70年代以來，由于世界各大城市的空氣污染程度日益嚴重，導致城市大氣能見度降低，嚴重影響了城市居民的正常生活，而且低能見度的出現更會給人們帶來諸多不便和各種危害，常常是造成陸、海、空交通和飛機起降重大事故的重要原因，成為公眾和環保部門關注的問題之一。環境大氣中能見度的降低通常是由大氣中顆粒物、水滴和污染氣體的增加引起的，有關研究也表明，水汽、霧滴本身會增強光的吸收和散射，因而會對大氣能見度降低有貢獻。能見度是指示某些天氣現象（如霧、霾、煙、輕霧、沙塵暴等）及大氣潔凈度的重要指標。

在區域大氣本底站開展對大氣水平能見度的測量，可以為控制區域性污染以及研究污染物的遠距離輸送及來源提供科學依據。

2 資料和方法

2.1 采樣環境

香格里拉區域大氣本底站（28.01°N，99.44°E，海拔3580m）位于云南省迪慶藏族自治州香格里拉縣城正北30km處，在滇、藏、川三省區交界。地處于西南暖濕氣流背風坡，降水量的年內分布干濕季分明。干季，當年11月至翌年4月，由于受強勁的南支干暖西風氣流控制，輻射降溫劇烈，晴天多，降水量只占全年的10%～40%。濕季5～10月，因主要受西南暖濕氣流的控制和高原波動的影響，其降雨量占全年的40%～90%，降水主要集中在7～8月。主導風向多為南風或西南風，年平均風速1.9m/s，年平均氣溫5.2℃，年降水量614mm。氣候特征屬于季風氣候區，是東亞季風和南亞季風的交匯處。香格里拉區域大氣本底站建成于2009年，該站周圍5km范圍內無村莊和工廠等明顯污染物排放，是世界氣象組織全球大氣觀測網（WMO/GAW）的成員站。

2.2 觀測方法

自2007年7月起，香格里拉區域大氣本底站開展了大氣水平能見度的連續觀測。觀測儀器采用Vaisala公司生產的FD12型能見度儀，是一種前散射測量儀器。該儀器通過測量小體積空氣對光的散射系數來測量氣象能見度，其每次測量的周期是15s，是目前中國氣象局沙塵暴站網普遍采用的一種能夠進行全自動觀測的能見度儀測量儀器。自觀測以來，儀器運行穩定，數據獲取率較好。

2.3 數據處理

資料數據采集按默認頻率15s，利用數據統計的方式對觀測數據進行基于穩健局部回歸篩選。首先，人工剔除由于系統故障及其他因素導致的明顯的不合理數據，然后計算并做好數據剔除，直至剩余數與均值差異全部小于合理差值為止，剩余的數據即為本底數據。本底數據被認為排除了局地條件和人為活動的直接影響，具有已基本混合均勻的大氣組成特征，從而能更好地代表區域平均大氣能見度狀況。

3 結果和討論

2011年數據中有1997280條有效數據，數據有效率達到96%。通過人工篩選并留用數據958694條，占觀測數據的48%。本文分析是對數據進行質量控制并計算小時平均，按四季及日、月、年為單位繪制圖像，獲得數據能夠反映本底大氣能見度變化特征。

3.1 香格里拉地區大氣能見度各時間尺度上的變化特征

3.1.1 日變化和季變化

香格里拉區域大氣本底站2011年日變化能見度顯著（圖1），不同季節表現出基本相似的規律，但又有所不同。就日變化而言，春秋兩季基本和全年平均變化相同，夏季日變化呈現明顯的峰、谷變化曲線，6～7時左右能見度最低，過后能見度開始持續增大，至17～19時達到最大值，隨后再逐漸降低。冬季能見度是在11～12時處于低谷，其余時間能見度都比這一時刻高。晚間的20～24時、0～5時可見度屬于高清時間段。能見度的這種日變化反映了近地層污染物的分布狀況及其變化。這主要是由于夜間大氣層結較為穩定，邊界層中常有逆溫層存在，抑制了空氣中粒子的向上擴散，而早晨因炊事、交通等人類活動較為集中，造成大氣污染源排放量增大，加劇了空氣受污染的程度，另外夜間至清晨空氣相對濕度較大，風速小，容易生霧，這些都導致了夜間和清晨能見度較低。日出后，隨著太陽輻射加強，空氣相對濕度減小，逆溫層逐漸被抬升而消失，大氣垂直交換加強，而午后動量下傳，地面風速通常是一天之中最大的時段，空氣中污染物容易擴散，因此午后的大氣能見度通常是最好的時段。

圖1 香格里拉本底站2011年能見度日變化曲線

各個季節出現峰值的時間基本一致，但出現谷值的時間有所差別，春、秋及全年的最小值出現在7時左右，而夏季的最小值為6時左右，冬季最小值出現在12時左右。夏季日變化幅度最大。能見度冬季最高，秋季次之，然后是春季，夏季最低（圖2），分別為43.5，41.6，39.8，34.5。香格里拉這種季節變化特征主要原因是香格里拉區域大氣本底站海拔3580m，高原氣候夏季溫度高，大氣活動旺盛，降水大，常出現輕霧現象，對能見度造成一定影響。而冬季氣候以干燥晴朗的天氣為主，所以冬季能見度平均值最高。

圖2 2011年季節變化趨勢

3.1.2 月變化

香格里拉2011年能見度月變化趨勢如圖3所示，能見度有明顯的月變化特征。從月份上看，能見度最大值出現在11、12月份，為45.29km、46.32km，最小值出現在8月份，為27.37km。

3.2 香格里拉地區大氣能見度的頻率分布

以香格里拉本底站2011年能見度小時數據為基礎，統計年、春和采暖期不同濃度區間（以2.0km為間隔）出現的天數，并除以總天數來反映2011年能見度分布情況，得到香格里拉2011年能見度的平均頻率分布數據（圖4），香格里拉本底站2011年最大能見度在49km左右，占全年比例很大，達到16.4%，其次集中在39～47km范圍內，占全年的47.7%，1～35km，占全年的36.0%。

圖3 2011年月變化趨勢

圖4 香格里拉本底站2011年能見度頻率分布

3.3 觀測結果的影響因素

3.3.1 地面風對觀測結果的影響

對觀測期間不同季節小時風向（水平風）平均對應的風速及濃度進行統計觀測，并將算術平均求解出來，得到16風向對應的雜質氣體風速及濃度載荷情況。香格里拉大氣本底站四季16風向大氣中各雜質氣體的濃度載荷和地面風速分布的趨勢相類似，四季雜質氣體的濃度隨著地面風速的增大而降低。在冬春季節，本站雜質氣體的濃度變化的決定因素可能是地面風，這是因為此時生態系統的呼吸作用減弱的緣故。西南方向來向地面風能夠明顯降低本站雜質氣體的四季濃度，在夏秋季節，本站雜質氣體的濃度變化更加受到地面風的顯著影響。而該扇區也具有較大的平均風速，說明近地面源及地面風綜合控制著香格里拉大氣本底站的能見度。

3.3.2 氣團傳輸對觀測結果的影響

研究四季每小時對應的氣團等熵后向軌跡，以對不同季節氣團傳輸對本站雜質氣體觀測結果的影響進行探究。在進行72h后向軌跡聚類并對各簇內軌跡對應雜質氣體小時濃度進行計算的過程中，運用美國國家海洋大氣局（NOAA）HYSPLIT后向軌跡模式，將其和NCEP/NCAR氣象資料有機結合起來。西南方向是該站四季主要氣團的來源方向，該站雜質氣體濃度的主要影響因素并不是夏季氣團傳輸，而是在春、夏、秋來自緬甸、印度方向的氣團的影響下降低。由于該站駐地陸地植被生態系統在冬季時排放減少，因此導致氣團傳輸決定著該站雜質氣體的濃度。

4 結論

（1）由于季節不同，日變化最明顯的是夏季，其次為冬季。而春秋兩季日變化特征基本和年平均特征相同，呈現峰、谷變化曲線，夏季早晨（5～7時）可見度為20km，屬于一天中可見度最低時間段，但17～19時可見度為40km，夏季可見度日變化幅度最大。不同季節的同一時間段，可見度也有差別，例如冬季和夏季就相差20km。

（2）月變化特征與我國大部分城市和地區不同，大部分城市是冬季能見度最低，夏季最高。香格里拉大氣本底站則是春天的2月，冬季的11月、12月最高，秋季的8月可見度最低。

（3）香格里拉能見度頻率分布特征很有規律，香格里拉本底站2011年最大能見度在49km左右，可見度在39km之外的占全年比例最大，達到64%。

（4）地面風和氣團傳輸對香格里拉大氣本底站能見度的觀測結果具有直接而深刻的影響，需要做好有針對性的計算分析。

總之，香格里拉大氣能見度的日變化、季節變化特征明顯。夏季能見度最低為25km左右，冬季能見度最高為49km左右；一日之中，夏季日變化明顯，早晨最低，午后最高。通過全年頻率分布顯示，香格里拉大氣能見度質量良好。

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