氣象條件及風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)在大氣污染分析中的應(yīng)用

徐臘梅

（新疆石河子氣象局，新疆 石河子 832000）

1 形勢(shì)場分析

2019年12月2 日至4日石河子出現(xiàn)了重度污染天氣過程，AQI指數(shù)分別為230、296、360和287。從高空形勢(shì)可以看出，石河子地區(qū)高空持續(xù)受強(qiáng)盛的高壓脊控制，處于蒙古高壓底后部，中心強(qiáng)度1 042.5～1045.0 hPa，本地大氣環(huán)境穩(wěn)定，不利于污染物擴(kuò)散，污染指數(shù)持續(xù)偏高。

2019年12月24日至25日，石河子受低槽影響，西風(fēng)侵入，有降雪，AQI指數(shù)良到輕度污染，28日高壓脊逐漸建立，地面處于蒙古高壓底后部，穩(wěn)定的大氣環(huán)境使得污染物積聚，AQI指數(shù)升至208，出現(xiàn)重度污染（見圖1）。

圖1 2019年12月28日高空地面形勢(shì)實(shí)況

2 氣象要素分析及應(yīng)用

通過氣象要素海平面氣壓、降水量、極大風(fēng)向風(fēng)速、溫度、2分鐘風(fēng)向風(fēng)速、最小能見度、露點(diǎn)溫度和相對(duì)濕度等與AQI 指數(shù)的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，AQI指數(shù)與能見度、風(fēng)速和溫度具有較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與風(fēng)向、濕度和氣壓的相關(guān)性較弱。其中氣壓與AQI具有一定的正相關(guān)，說明氣壓大的情況下，AQI趨向偏高；濕度和降水量具有弱的負(fù)相關(guān)性，當(dāng)濕度和降水相對(duì)更大時(shí)，AQI有更小的趨勢(shì)。

能見度小，霧濃；風(fēng)速越小，擴(kuò)散條件越差；地面溫度越低，逆溫層更明顯，這些都會(huì)使得AQI增大[1-2]；同時(shí)地面溫度高，利于削弱高低空逆溫強(qiáng)度，另外，促進(jìn)上升運(yùn)動(dòng)，提升擴(kuò)散程度，使得AQI值下降。一般風(fēng)速大，利于污染物擴(kuò)散，AQI減小[3-4]，但在易起風(fēng)沙的春夏季，風(fēng)速越大，風(fēng)沙越明顯，PM10增大，AQI會(huì)增大。見表1。

表1 氣象要素與AQI之間的相關(guān)系數(shù)

分析2011—2018年石河子市相對(duì)濕度變化，發(fā)現(xiàn)1～3月相對(duì)濕度略有減小，11月變化不大，12月略有增加（見表2）。最小相對(duì)濕度以增加趨勢(shì)為主，1月和12月增濕相對(duì)明顯。

表2 相對(duì)濕度變化

分析逆溫層變化發(fā)現(xiàn)，逆溫層頂高度一般低于500 hPa高度，多在600～850 hPa高度上。一般逆溫層頂越高，逆溫厚度越厚，逆溫強(qiáng)度越強(qiáng)，AQI指數(shù)越大（見表3）。污染排放環(huán)境變化不大的情況下，AQI受逆溫層厚度和強(qiáng)度影響大。對(duì)2017年11月至2018年3月進(jìn)行逆溫條件研判AQI指數(shù)檢驗(yàn)，準(zhǔn)確率達(dá)到80%以上。此分析結(jié)果可以應(yīng)用于人工消霧工作的預(yù)判。

表3 逆溫強(qiáng)度與AQI指數(shù)的關(guān)系

經(jīng)過以上氣象條件與污染情況的分析，可以得到以下應(yīng)用結(jié)論：（1）通過對(duì)當(dāng)前和未來一段時(shí)間天氣形勢(shì)、逆溫層、氣象要素變化分析，可以對(duì)同時(shí)段大氣污染發(fā)生發(fā)展情況做以研判，從而為應(yīng)對(duì)污染采取措施提供一定的理論參考依據(jù)。（2）通過對(duì)當(dāng)前和未來一段時(shí)間天氣和污染事件的歷史個(gè)例進(jìn)行查詢，尋找相似個(gè)例，進(jìn)行類比研判，從而得出污染預(yù)判結(jié)論。

3 風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用

通過風(fēng)廓線雷達(dá)，可以清晰地反映石河子市上空高低空垂直及水平方向上分鐘級(jí)的風(fēng)向風(fēng)速的變化，可以直觀地反映出上升下沉運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力下傳過程（見圖2～4）：2019年12月18日風(fēng)廓線雷達(dá)上，地面以東風(fēng)為主，風(fēng)力2 m/s，500 m風(fēng)速4 m/s，此日的AQI值為98，較昨日62上升了36。2020年01月11日，800 m以下為偏東風(fēng)，500～800 m風(fēng)速為5～7 m/s，450 m以下為2～3 m/s，此時(shí)東風(fēng)強(qiáng)，且延伸高度高，AQI指數(shù)由昨日的278上升至306。2019年12月23日，地面到1 000 m高度為偏西北風(fēng)，風(fēng)速4 m/s，高空擾動(dòng)，使得AQI由107降至58。

圖2 2019年12月18日風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)實(shí)況

圖3 2020年01月11日風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)實(shí)況

圖4 2019年12月23日風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)實(shí)況

風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)分析表明：（1）在高低空一致東風(fēng)的情況下，逆溫存在，風(fēng)速越大，高度越高，逆溫越強(qiáng)；（2）從低空到高空，東風(fēng)由小到大，一般反映在弱波動(dòng)過去，逆溫逐漸建立加強(qiáng)；（3）西風(fēng)帶下擾動(dòng)進(jìn)入，AQI指數(shù)下降。因此在污染天氣預(yù)警中，可以根據(jù)高低空風(fēng)向判斷逆溫的增強(qiáng)和減弱，垂直方向上研判擴(kuò)散的強(qiáng)弱，從而進(jìn)一步研判AQI的升降。