承德市一次持續性霧霾天氣過程的分析

張曉輝

摘 要 利用常規觀測資料、NECP（1°×1°）再分析資料及河北省環境監測中心提供的資料，分析2014年2月21—25日承德市霧霾天氣過程。結果表明：此次霧霾天氣，前期以霾為主，中期以輕霧為主，后期白天為輕霧、霾交替，夜間以霧為主；高空偏西氣流和地面弱氣壓場是導致霧霾天氣持續的天氣背景；逆溫層產生和維持，持續較小垂直交換系數、低層垂直速度、風速，都是霧霾持續和發展重要原因；低層弱偏西風、偏南風，使霧霾加劇。能見度與風速、氣壓呈正相關，與相對濕度、PM2.5濃度及氣溫呈負相關；霧霾發生前氣象要素特征差異明顯，可為霧霾天氣預報提供參考依據。

關鍵詞 霧霾；階段性特征；垂直交換系數；垂直速度；能見度

中圖分類號：P427.2 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.27.052

霧霾天氣是一種重要氣象災害，隨著社會經濟逐步發展，霧霾天氣頻繁發生對人體健康和生態環境都會造成嚴重影響。2011年霧霾天氣入選中國十大天氣氣候事件，反映出社會公眾對霧霾天氣關注程度的顯著提高。

2014年2月21—25日，承德市出現了持續霧霾天氣過程，大氣污染嚴重，對人們生活及健康帶來嚴重影響。因此，本文采用氣象常規觀測資料、NECP（1°×1°）再分析資料及河北省環境監測中心提供的資料，對持續霧霾天氣分析，揭示此次霧霾天氣過程嚴重性、罕見性和發生發展機制，力圖找到預測承德市霧霾天氣的有效方法[1-2]。

1 霧霾天氣過程概述

2014年2月21—25日，承德市出現了一次持續霧霾天氣過程。根據最新調整的霧霾觀測標準（能見度<10.0 km，相對濕度<65%時記為霾；相對濕度≥65%時，能見度在1.0～10.0 km記為輕霧，相對濕度≥85%時，能見度

<1.0 km記為霧）分析這次過程天氣現象。由圖1看出，20日承德能見度開始明顯下降，21—25日能見度基本維持在2 km左右；21日相對濕度在65%以下，因此21日白天承德市以霾為主；21日夜到23日夜承德相對濕度維持在65%～85%，22、23日承德市東北部出現弱降水，相對濕度增大，21日夜到23日承德以輕霧為主；24—25日承德市區白天相對濕度在65%左右，到了夜間相對濕度>65%，個別時段>85%，同時能見度<1.0 km。因此，24—25日承德市白天為輕霧與霾交替出現，夜間以霧為主。26日冷空氣入侵，相對濕度明顯減小，能見度增加，承德市霧霾天氣趨于消散。由此得到，過程開始承德市相對濕度相對較小，以輕霧、霾交替為主；過程中期由于弱降水產生，相對濕度增加并維持，承德市以輕霧為主；過程后期，隨著降水結束，晝夜氣溫變化導致白天相對濕度較小而夜間空氣相對濕度較大，白天為輕霧和霾天氣交替出現，夜間以霧為主。

2 環流背景分析

據2月21—26日500 hPa平均高度場資料顯示，中高緯度歐亞大陸上空為一槽一脊形勢，烏拉爾山存在一低槽，貝加爾湖以東地區為一寬廣高壓脊，承德市主要受西風氣流控制；21—26日逐日500 hPa高度場和850 hPa溫度場（圖略）上，承德上空受偏西氣流控制，高空環流形勢穩定；850 hPa有暖脊東移，致使中層大氣增溫明顯，為逆溫層出現創造了良好條件。可見，穩定環流形勢是連續霧霾天氣出現的重要天氣背景。

分析21—26日海平面氣壓平均場，承德市主要受弱氣壓場控制，氣壓梯度很小，近地層水平風速很弱，基本在2 m/s以下，承德市近地層上處于靜穩天氣形勢中，制約污染物水平擴散，利于大范圍霧霾天氣發生。

3 物理量場分析

3.1 大氣層結特征

分析張家口市21—26日探空資料，21日08：00—25日20：00，近地面層存在逆溫層，26日08：00逆溫層消失，承德市霧霾天氣趨于消散。配合21—27日溫度和相對濕度剖面圖（圖2），21日，925 hPa以下承德市相對濕度較小，以霾為主；22、23日承德市上空濕層較厚，東北部出現弱降水，而承德市出現輕霧，0 ℃層位于地面附近；24—25日濕層明顯變薄，相對濕度變小，0 ℃層升高，位于850 hPa附近，較24日以前溫度隨高度增加，因此污染物在地面停滯積聚，加劇空氣污染程度，過程后期能見度進一步降低，出現<1 km的情況。

3.2 垂直交換系數

垂直交換系數主要表征垂直方向湍流交換的劇烈程度，指數低，則表示垂直方向湍流交換偏弱，當垂直交換系數<15 000時，易發生霧霾天氣。通過計算，21—26日承德市霧霾期間垂直交換系數均<15 000，因此垂直方向湍流交換偏弱，不利于污染物垂直擴散。

3.3 邊界層條件

分析承德上空21—27日逐日垂直速度，21—26日邊界層，垂直速度絕對值都很小，特別是925 hPa以下垂直速度基本為零，說明承德市邊界層沒有強烈上升或下沉運動，天氣相對靜穩。22—23日，在850 hPa附近存在垂直速度負值區，該層有弱上升運動，承德東北部產生弱降水，承德市區為陰，相對濕度較大，以輕霧為主；24—25日整層垂直速度均為很小正值，有弱下沉運動，使大氣垂直擴散能力繼續下降，污染物濃度增加，低層能見度降低，污染強度達最強，說明弱下沉運動有利于污染物積累，有利于霧霾持續和發展。26日，850～700 hPa出現負垂直速度，而在500 hPa附近正垂直速度較前期加強，此時霧霾趨于消散，說明低層有上升運動而中層下沉運動加強，導致大氣垂直擴散能力加強，污染物濃度降低，低層能見度升高，霧霾消散。

3.4 風場

分析21—27日風向、風速剖面（圖略），21—25日925 hPa以下風速很小，在2 m/s以下，而且較多時次為靜風，大氣擴散能力極弱；21日白天低層為偏西風，以霾天氣為主；22、23日低層風轉為偏東風，承德東北部出現弱降水，市區相對濕度增大，由前期霾轉化為輕霧且維持；24—25日低層以弱偏西風或偏南風為主，對承德市西部、南部污染物向承德市輸送起到一定作用，承德市能見度降低，24—25日白天輕霧、霾交替持續出現，夜間以霧為主。26日冷空氣入侵，低層出現偏北風，污染物迅速擴散，持續霧霾過程結束。endprint

4 地面氣象要素與PM2.5濃度

4.1 地面氣象要素及PM2.5濃度對能見度影響

霧霾天氣過程中，能見度與地面氣象要素和氣溶膠濃度密切相關。分析這次霧霾天氣過程中，能見度與風速、相對濕度、PM2.5濃度、氣溫和氣壓均具有較好相關性。能見度與風速、氣壓呈正相關，與相對濕度、PM2.5濃度及氣溫呈負相關，與PM2.5相關性最好，其次是相對濕度。由于整個霧霾天氣過程中氣壓場較弱，氣壓梯度較小，風速穩定<2 m/s，為整個霧霾天氣過程形成提供相對穩定且水平輸送較小的天氣背景條件，因此，氣壓和風速對能見度影響相對較小。

4.2 霧霾出現前后地面氣象要素差異

霧霾出現前后，地面氣象要素特征存在明顯差異，霧霾出現前一天，地面氣壓增強，24 h變壓>0，氣溫下降，而相對濕度減小，風速很小；霧霾出現后，氣壓場呈減弱趨勢，氣溫明顯回升，相對濕度隨晝夜溫差變化而上下波動，風速依然很小；霧霾結束后，地面氣壓明顯升高，氣溫則大幅回升，相對濕度迅速減小，風速增大。說明霧霾來臨前，地面氣壓升高，風力較小，相對濕度減小，氣溫有所下降；而隨著高壓的侵入，風力加大，相對濕度減小，氣溫迅速升高，霧霾趨于消散。

5 討論

第一，本次霧霾天氣具有明顯階段性特征，前期相對濕度小，以霾為主，中期東北部出現弱降水，相對濕度增大，以輕霧為主；后期由于晝夜溫差變化，導致白天為輕霧和霾天氣交替出現，夜間以霧為主。

第二，高空受偏西氣流影響、地面受弱氣壓控制且水平風速較小，為承德市連續霧霾天氣過程提供了穩定環流背景場；850 hPa暖脊東移，使低層產生逆溫層并維持，抑制大氣垂直運動，導致污染物在低層停滯積累，霧霾天氣得以維持和發展。

第三，較小垂直交換系數、低層垂直速度、風速使污染物垂直和水平擴散能力降低，都是造成霧霾天氣持續的重要原因；低層較弱偏西風、偏南風使霧霾強度加強。

第四，霧霾發生過程中，能見度與風速、氣壓呈正相關，與相對濕度、PM2.5濃度及氣溫呈負相關，能見度與PM2.5相關性最好，氣壓和風速對能見度影響相對較小。

第五，霧霾發生前，地面氣溫、氣壓、濕度、風存在明顯差異，可為判斷霧霾發生提供依據；穩定的環流形勢，逆溫層的產生和穩定維持，持續較小的垂直交換系數、低層垂直速度、風速，都是判斷霧霾持續和發展的重要理論依據；冷空氣入侵，中低層垂直運動加強，逆溫層消失，地面氣象要素出現明顯差異，對霧霾的消散有指示意義。由于承德市出現持續霧霾天氣很少，在霧霾預報相關方面經驗不足，對于適用本地霧霾的預報指標，還有待進一步研究。

參考文獻

[1]王叢梅，楊永勝，李永占，等.2013年1月河北省中南部嚴重污染的氣象條件及成因分析[J].環境科學研究，2013（7）：695-702.

[2]袁慧敏.2014年2月23—26日呼包鄂地區霧霾天氣過程分析[J].內蒙古氣象，2016（1）：6-11.

（責任編輯：劉昀）endprint