吉林市一次重污染天气过程分析

摘要 大气污染物的空间分布以及随时间的变化，与气象条件密切相关。对2014年10月末吉林市一次重污染天气过程的分析表明：重污染时近地面层相对湿度较高，与AQI（空气污染指数）呈正位相；混合层高度和AQI呈反位相；近地面层逆温明显，易于形成重污染；重污染发生阶段合成场结果表现为高空为高度脊或暖脊控制，地面为高压控制。对寻求如何更好地预测大气污染的消散与持续时间，做好空气质量预报有重要意义。

关键词 重污染天气；过程分析；气象要素；吉林吉林

中图分类号 P458；X51 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）15-0231-02

大气污染问题变得越来越严峻，已经直接影响到了生态环境、经济发展和人类的身体健康。环境保护与经济可持续发展的协调是各国政府面临的难题[1]。空气污染和空气质量预报都与大气环流状况息息相关，针对重度污染天气的发生状况，结合大气环流及天气要素状况，做好空气质量预报是一项非常重要的课题。笔者从天气形势和气象要素2个方面，对2014年10月末吉林市一次重污染天气过程进行分析，力图从中找到预测吉林市空气污染的有效方法。

1 资料来源

本文所用污染物观测资料由吉林市市环境监测站提供，包括吉林市区6个观测站点（哈达湾、东局子、电力学院、化工学院、江南公园、九站）的空气污染资料。气象资料为同期吉林站的常规观测资料以及长春探空资料。

2 污染天气过程

天气实况见表1。2014年10月28日至11月1日吉林市出现一次连续的重污染天气。AQI（空气污染指数）维持在200以上，最高的达889，环境监测已达到爆表的程度，如图1所示。

从10月28日开始污染物浓度开始呈上升趋势，28―30日首要污染物为PM2.5，10月31日至11月1日首要污染物为PM10。

在这5 d中空气质量等级均超过国家空气质量标准5级，为重度污染，11月1日出现小幅降水，午后冷空气下沉，风力加大，污染下降到3级，结束了这次重污染的过程，这是吉林市在2014年最长的一次重污染过程。

3 气象要素分析

3.1 地面风

在气象条件中，静风是造成污染物高浓度最重要的气象条件之一。当风速很小时，不利于污染物水平输送，易造成污染物在局部浓度升高[2-3]。从表2可以看出，10月28日至11月1日吉林市的地面主导风向为南风，平均风力均在2级以下，风速最小只有1.0 m/s，表明大气水平扩散能力极弱。

3.2 相对湿度

综合评价就是要将多组不同的数据进行综合，因而可以借助于标准化法来消除数据量纲的影响。标准化公式为：

Yi=（Xi-X）/s

对相对湿度和AQI进行无量纲化处理，从图2可以看出，相对湿度与AQI的位相相同，高的相对湿度对应着高污染。这与前人对湿度的研究结果相一致：湿度除了能够间接影响大气中的化学反应速度外，对空气污染的直接影响并不大，在同等污染浓度情况下，湿度通过影响气溶胶的吸湿增长而对能见度（污染的表观）产生重要影响[4]。

3.3 大气稳定度

大气污染程度取决于污染物排放量及污染物的扩散能力。而大气污染物的扩散能力在很大程度上取决于大气的稳定程度，当大气稳定时，不利于污染物的扩散，大气污染程度高，当大气不稳定时，有利于污染物的扩散和稀释，大气污染程度低[5]。用逆温来看大气的稳定度，从图3可以看出，31日污染最重是逆温，地面与850 hPa的温度差达2 ℃以上，从图4可以看出，从10月27日8：00至11月1日8：00始终为逆温，这说明吉林市产生重污染是低层逆温所致。

3.4 混合层高度

本文计算了2014年10月28日至11月1日的逐日AQI和混合层高度，从图5可以看出，混合层高度持续低于800 m，大气湍流交换能力持续偏弱，导致重污染天气持续，混合层高度与污染呈反位相，即污染值越高，混合层高度越低。

混合层向上发展时，常受到位于边界层上边缘的逆温层底部的限制。与此同时也限制了混合层内污染物的再向上扩散。混合层高度越低越不利于污染物扩散。

式中，T为地面气温，Td为露点温度，单位为K；Uz为Z高度处的平均风速，单位为m/s；Z0为地面粗糙度，单位为m；f为柯氏参数，单位为s-1， f=2Ωsinφ，其中Ω为地转角速度，φ为地理纬度；P为帕斯圭尔稳定度级别（大气稳定度级别为A―F时，P值依次为1―6）。

3.5 天气形势

利用NCEP再分析资料分别作了10月28日至11月1日的500 hPa的高度和温度场的平均及地面气压场的5 d合成场如图6和图7所示。合成场结果显示：污染天气发生时高空处在高度脊和暖脊中，地面处在弱高压控制。

3.6 环境因素影响

本次重度污染过程发生在东北地区燃烧秸秆期间，并且部分地方已经开始取暖，使得大气中凝结核增多。

4 结语

发生重污染时近地面层相对湿度较高，大部分时间维持在80%以上，与AQI呈正位相。混合层高度和AQI呈反位相，污染越重混合层高度越低。大气层结稳定，近地面层逆温明显，易于形成重污染。重污染发生在稳定少变的大气环流背景下，合成场结果表现为高空为高度脊或暖脊控制，地面为高压控制。大气中凝结核增多易于重度污染的形成和维持[6]。

5 参考文献

[1] 罗森波，罗秋红，谢炯光，等.广州市大气污染与气象条件关系的统计分析[J].热带气象学报，2006，22（6）：567-573.

[2] 耿建生，丁爱萍，陈佩君.南通市一次连续空气污染过程的气象特征分析[J].广州环境科学，2006，21（3）：18-21.

[3] 程丛兰，李青春，刘伟东，等.北京地区一次典型大雾天气的空气污染过程物理量分布特征[J].气象科技，2003，31（6）：345-350.

[4] 蒋维楣.空气污染气象学[M].南京：南京大学出版社，2003.

[5] 吴鱿.南宁市一次较高空气污染指数过程气象条件分析[J].广西气象，2004，25（1）：40-43.

[6] 吴兑.灰霾天气的形成与演化[J].环境科学与技术，2011（3）：162-166.