滿洲里地區高污染天氣過程概念模型

摘要：普查滿洲里市首要污染物以及霧、霾、煙的分布情況，根據首要污染物濃度與氣象條件的關系，歸納出有利于或不利于首要污染物擴散的天氣形勢，綜合分析天氣形勢、邊界層結構等大氣擴散條件對空氣污染的影響，分析高污染天氣和靜穩型天氣的典型形勢場、氣象要素分布、特征物理量、出現和持續時間得出相應的概念模型。

關鍵詞：高污染天氣；典型形勢場；概念模型

中圖分類號：X5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）03-0210-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.113

Abstract： the investigation of Manchuria primary pollutants and fog， haze and smoke distribution， according to the relationship between the primary pollutant concentration and meteorological conditions， summed up the favorable or unfavorable weather situation of primary pollutant diffusion， a comprehensive analysis of the weather situation， the boundary layer structure of atmospheric diffusion conditions on the effects of air pollution， high pollution and weather analysis static type of weather situation and meteorological elements typical field distribution， characteristics of physical quantity， and the duration of the corresponding conceptual model.

Key words： high pollution weather； typical situation； conceptual model

1 滿洲里高污染天氣分布

根據統計2013至2015年滿洲里市空氣質量 API>100的共16天；出現中度以上霾，或中度及以上的煙、霧、霾或其混合物，最低能見度小于3公里或持續出現3天及以上定為高污染天氣過程，1957年至2015年共選取29次。

高污染天氣過程分布特征 ：

API大于100的高污染天氣過程均出現在3至5月份，多出現在風力較大的天氣背景條件下，正值春季，主要是風力大，揚沙帶來的空氣污染，這與PM10監測的特點（顆粒較大）十分吻合。

霾類型高污染（靜穩）天氣分布特征：對滿洲里國家基準站1957年建站至2016年觀測資料進行統計分析（下同）表明，60年來滿洲里市共計出現霾278次，平均每年出現4.6次。全年12個月每月均有出現，其中1月份出現最多，9月份出現最少見。煙類型高污染（靜穩）天氣分布特征：在靜穩天氣條件下，當生產生活產生的煙不能及時擴散時，便產生了煙。出現煙589次，平均每年9.8次，最長的一次煙連續11日出現。煙主要出現在1月和12月。霧類型高污染（靜穩）天氣分布特征：霧也是在靜穩天氣條件下產生的一種天氣現象。共出現霧142次，平均每年2.3次，以11月份出現最多。

2 滿洲里高污染（靜穩）天氣模型

對29個高污染天氣過程進行天氣學分析，結合氣象要素特征，建立高污染天氣過程概念模型。從地面天氣形勢和高低空配置形勢兩方面進行分型。

2.1 地面分型

選取北緯55°～北緯45°、東經110°～東經125°為關鍵區，對高污染天氣過程的地面天氣圖進行天氣環流分型。將滿洲里市高污染天氣過程分為四種類型。

2.1.1 貝湖冷高底部型

貝加爾湖冷高壓中心穩定在北緯55°附近，本站受其底部向東北擴散的弱氣壓區影響（10個緯距小于4條等壓線），受高壓以南氣旋活動影響，在高壓底部經常出現氣旋性環流弱輻合區。高空中高緯度大陸以經向環流為主，500hpa本站持續處于低渦底部偏西氣流區域；850hpa弱西北氣流，風場形成明顯的氣旋環流，溫度場呈暖性結構。主導風向通常為西北風，風速3m/s左右，通常出現多層逆溫，逆溫強度2℃/100m。一般無降水，出現霾。

2.1.2 低前高后弱氣壓區型

中高緯度大陸自西向東依次分布著高-低-高系統，本站受低壓前部和高壓后部弱氣壓區影響，10個經緯距2條等壓線，風場有弱輻合區形成。高空500hpa中高緯度大陸呈一槽一脊波動，槽位置偏北偏西，位于貝湖附近，受脊后偏西氣流影響，弱暖性結構；850hpa受弱西北氣流影響，風場有反氣旋環流，溫度場呈明顯暖性結構。地面向上，逆溫層厚度達300米左右，逆溫強度達到2-3℃/100m。風速1-5m/s，以東北和西北風為主導，一般無降水，出現霾。

2.1.3 北部冷高壓南下影響型

本地北部冷高壓南下，長軸呈南-北向，上游有低壓活動，本站處于高壓后部弱氣旋性環流區，10個經距3條等壓線，地面風場有弱輻合。上層大氣擴散能力很弱，地面稍有擾動就將氣溶膠顆粒輸送到一定高度滯留，而無法擴散出去。高空500hpa本地處于高壓脊區域，受偏西氣流影響，風場呈現出反氣旋環流，弱暖性結構；850hpa脊區，暖溫脊，風場明顯反氣旋環流。由于地面輻射降溫而中高層增溫明顯，使得逆溫層更厚，強度更大，大氣層結更加穩定。出現強逆溫，至地面向上，逆溫層厚度達1km左右，逆溫強度達到了1-3℃/100m，多有雙層逆溫。風速1-4m/s，以偏東風為主導，無降水，出現霾[1]。

2.1.4 變性高壓和上游小低壓共同作用型

地面初為變性高壓區，后在低層暖平流減壓作用下，地面變性高壓西部外圍形成小低壓區，低壓前的偏南風有利于邊界層暖濕平流的輸送。天氣形勢穩定，水汽條件較好。高空500 百帕處于平直西風氣流區，且平直西風氣流區非常寬廣，控制我國大部分地區，中高空天氣形勢波動小。700-850 百帕出現偏南風，有暖濕平流。出現強逆溫，至地面向上，逆溫層厚度達1km左右。風速4m/s左右，以偏西風為主導，無降水，易出現霧。

2.2 高低空配置分型

高低空配置環流分型，對滿洲里市歷史上出現的29個高污染（靜穩）天氣過程統計分析，根據高低空配置及氣象要素特征，分為五種類型。

2.2.1 平直偏西氣流型

北緯50°南北20緯距內呈緯向環流，槽脊位置位于北緯55°以北，500hpa西北氣流，850hpa偏西氣流，低層一般有弱暖性結構和反氣旋環流。這種配置高層下沉氣流不明顯，低層為弱輻散下沉氣流，層結穩定程度較弱。地面通常有弱輻合，氣壓梯度較小。通常階段性、短時間出現較弱的霾，能見度多在3km以上；逆溫顯著 ；多西北風3m/s左右；無降水或微量降水。

2.2.2 脊前弱暖性結構型

北緯50°南北20緯距內呈經向環流，脊底部至北緯50°以南，槽（渦）位于北緯60°附近，500hpa、850hpa西北氣流，一般有弱暖性結構和反氣旋環流。高、低層均為下沉氣流，層結穩定程度高。通常出現霾可伴有輕霧，持續時間較長，可達10個小時左右，能見度多在3km以上；逆溫顯著，經常出現多層逆溫；多偏西、偏東風3m/s左右；無降水或微量降水[2]。

2.2.3 暖脊型

北緯50°南北20緯距內呈經向環流，脊底部至北緯50°以南，500hpa、850hpa均處于脊區反氣旋環流內，一般有溫度脊配合。高、低層均為下沉氣流，暖脊發展旺盛，層結穩定程度高，持續時間較長。通常出現霾或煙，可伴有輕霧和微量降水，持續時間較長，可達50多個小時左右，能見度可達3km以下；逆溫顯著，經常出現多層逆溫；多偏西、偏東風4m/s左右；無降水或微量降水。

2.2.4 脊前槽后型

北緯50°南北20緯距內呈緯向環流， 500hpa處于弱暖脊區，850hpa處于反氣旋環流內，一般有溫度槽脊波動。高、低層均為下沉氣流，低層有冷侵入，層結穩定程度高，冷暖交替利于產生霧及霧凇等。可出現霾、煙、霧或相伴出現，可伴有微量降水，持續時間較長，可達15個小時左右，能見度可達3km以下；逆溫顯著，經常出現多層逆溫；多偏西、偏東風0-5m/s左右；無降水或微量降水。

3 結論

3.1 近年來霾明顯增多

數據統計年度變化顯示，霾日數大多出現在2014年以后，究其原因，一是近年來城市規模擴大，機動車數量明顯增加其造成的氣溶膠粒子有所增加；二是霾的觀測手段由人工監測改為自動監測，監測密度大大增加，數據的監測范圍得到擴大。

3.2 高污染天氣是特定天氣背景和人類活動共同作用的結果

高污染天氣過程的產生，既是靜穩天氣的產物，也處處體現出人類活動的影響。滿洲里市空氣污染源主要有機動車排放、工業排放、取暖排放以及風沙影響等。首要污染物為PM10。逆溫是產生高污染天氣的重要條件（不包括風沙影響的高污染）。滿洲里地處草原腹地，地勢平坦，常年多大風天氣，風卷沙揚也往往造成空氣質量大幅度下降。高污染天氣往往出現在邊界層有弱輻合上升，中高層為弱下沉氣流，中低層風場呈現反氣旋環流且有暖性結構的形勢場下。

參考文獻

[1] 蔣維楣等.空氣污染氣象學教程[M]. 北京：氣象出版社，2004.

[2] 許小峰.現代氣象服務[M]. 北京：氣象出版社，2011.

收稿日期：2017-05-06

作者簡介：趙碧瑩，女，1999年畢業于湛江氣象學校，2007年南京信息工程大學成人本科畢業，2012年主持完成內蒙古氣象局青年科技項目，2017年主持完成呼倫貝爾市氣象局業務科技項目。