遼寧地區一次中到重度霾天氣過程分析

胡鵬宇 徐爽 王賽頔 張帥

摘 要：2017年11月1日夜間到2日傍晚，遼寧省部分地區出現中到重度霾天氣。應用自動站觀測資料、Micaps實況數據以及沈陽市環保局空氣質量監測數據資料，對此次霾天氣過程進行了分析，結果表明：此次中到重度霾天氣過程形成的天氣形勢為500hPa平直西風氣流和海平面均壓場，近地面層存在逆溫層，風力小且相對濕度小；黑龍江省和吉林省秸稈焚燒污染物的長距離輸送是此次霾天氣過程形成的主要原因；后期的大風過程對污染物的清除效果顯著，導致霾天氣過程結束。

關鍵詞：霾；AQI；逆溫層；遼寧地區

中圖分類號 P458.120 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）10-0144-03

1 引言

近年來，霾天氣出現的頻率、持續時間以及強度均呈現明顯增加的趨勢。這一現象引起了我國諸多學者的廣泛關注，研究結果發現：霾受人為因素和自然因素的共同影響，霾源的排放屬于人為因素，天氣條件的影響則屬于自然因素。霾顆粒物會隨風遷移，影響周邊地區[1]。空氣污染與能見度、溫度、地面風向風速、近地層逆溫和降水量等諸多氣象因子密切相關[2-3]。白先達等[1]利用桂林地區4個觀測站50年的觀測資料分析認為，霾天氣出現時的基本天氣特征為：地面靜風或弱風，空氣濕度小，近地面存在逆溫層；對應的天氣形勢為：高空西風氣流平直或弱高壓脊前環流，地面弱高壓或變形場，副熱帶高壓區，鋒前暖區，近地層逆溫，高空大氣層結穩定。除去局地霾源和氣象要素的影響，部分城市和區域很大程度上還受沙塵暴、秸稈焚燒等污染物長距離輸送的影響[4]。唐仁茂等[4]針對一次持續10d的重霧霾天氣過程的深入分析發現，霾天氣過程發生在高壓天氣系統和靜風條件下，輻射降溫形成的穩定逆溫邊界層結構有利于污染氣溶膠的積累和霧霾的形成和發展，尤其是來自南方持續不斷的濕平流使霧霾天氣得以長時間持續和發展。

2017年11月1日夜間到2日傍晚，沈陽、大連、鞍山、撫順、本溪、遼陽、鐵嶺地區出現中度到重度霾天氣，其中鐵嶺地區AQI指數曾一度達到500，直至2日午后受偏北大風的影響，AQI指數迅速回落，污染物濃度明顯下降，污染過程趨于結束。本文應用自動站觀測資料、Micaps實況數據和沈陽市環保局空氣質量監測數據資料對此次霾天氣過程進行了分析。

2 污染氣象條件分析

2017年11月1日夜間至2日白天，遼寧地區高空500hPa為平直的西風氣流，海平面氣壓場上處在高壓系統后部，受穩定持續的均壓場控制（圖1）。從圖2可見，污染過程期間沈陽地區近地層呈現逆溫狀態，層結穩定，相對濕度較小，地面和逆溫層頂溫度差最高達7.9℃，逆溫強度大，不利于污染物在垂直方向的擴散。污染過程期間，東北地區的風速均較小，平均風速在2m/s左右，遼寧中東部地區存在弱的偏北風與東南風之間的輻合，地面輻合線的存在不利于污染物的擴散，導致污染過程持續（圖3）。

3 霧霾過程污染物濃度變化特征

圖4給出了2017年11月1—2日沈陽市環境監測站逐小時氣態污染物（O3、NO2和SO2）濃度變化曲線。從圖4可以看出，O3的變化趨勢與NO2和SO2的變化趨勢差異較大，后者的變化與PM2.5、PM10和AQI變化趨勢較為一致。SO2濃度變化與AQI指數呈現較好的正相關性，但濃度峰值出現較AQI指數早1～2h，在2日9時達到峰值，濃度超過60μg/m3以上；NO2始終維持在1個較高的數值，無明顯規律性的變化，其在2日清晨略有減小，隨后又再次增長，過程最大峰值出現在2日11時（99mg/m3）；O3是光化學產物，其濃度呈現明顯的日變化。自2日12時起，隨著偏北大風的出現，NO2和SO2濃度迅速下降至低值。

AQI指數自1日20時開始逐漸增大，在2日05時起迅速增加，并在11時前后達到峰值。相應的，PM2.5和PM10的變化趨勢與AQI指數變化一致，可見PM2.5和PM10是AQI指數的主要來源。伴隨著偏北風的增大，PM2.5、PM10的濃度迅速減小，AQI指數也隨之下降，此次污染過程趨于結束。

4 污染物來源分析

研究發現[4]，污染物的高濃度積累除了跟天氣系統及氣象條件密切相關以外，還與局地源和污染長距離輸送有關。據中國氣象局衛星氣象中心衛星遙感火點監測結果顯示，2017年11月1日全國的火點共191個，主要分布在黑龍江、吉林、內蒙古自治區、河北、山西、湖北和安徽7個省，其中包括黑龍江省157個火點，吉林省25個火點和內蒙古自治區2個火點（表1）。表2顯示2017年11月2日全國的火點共186個，主要分布在黑龍江、吉林、內蒙古自治區、甘肅、山西和安徽6個省，其中包括黑龍江省164個火點，吉林省17個火點和內蒙古自治區1個火點。11日夜間至2日白天，吉林和黑龍江省焚燒秸稈火點數較多，在弱的氣壓場和逆溫層的共同作用下污染物濃度不斷累積，吉林和遼寧地區上空為弱的偏北風，并存在氣壓場輻合，盡管遼寧地區未有火點被監測到，但隨著氣流的移動，仍有大量污染物粒子聚集在遼寧地區上空。

5 污染物來源分析

2017年11月2日11時后，隨著高壓系統逐漸東移，冷空氣不斷南下，整個東北地區逐漸轉為偏北風，且風力顯著增大。2日14時遼寧地區上空極大風速達4～5級，部分地區的最大風速甚至達到6級。在偏北氣流的作用下，遼寧地區上空的污染物濃度顯著下降，此次霾天氣過程趨于結束。

6 結論

（1）此次中到重度霾天氣過程形成的天氣形勢為500hPa平直西風氣流和海平面均壓場，近地面層存在逆溫層，風力小且相對濕度小。

（2）黑龍江省和吉林省秸稈焚燒污染物的長距離輸送是此次霾天氣過程形成的主要原因，過程前期污染物緩慢積累，PM10、PM2.5、SO2、NO2等焚燒特征污染物濃度急劇升高。

（3）后期的大風過程對污染物的清除效果顯著，是此次霾天氣過程結束的主要原因。

參考文獻

[1]白先達，譚宇，王存真，等.桂林霾天氣變化趨勢及天氣特征[J].氣象科技，2015，43（5）：905-910.

[2]王飛，朱彬，康漢清，等.影響南京地區的兩次典型空氣污染過程分析[J].環境科學，2012，33（10）：3647-3655.

[3]韓永清，孫興池，李靜，等.霧霾天氣個例氣象條件對比分析[J].氣象科技，2017，45（1）：171-177.

[4]唐仁茂，李德俊，柳草，等.一次重霧霾天氣成因及濕清除特征分析[J].氣候與環境研究，2017，22（6）：699-707.

（責編：張宏民）