武汉地区连续两次严重雾霾天气成因分析

武汉地区连续两次严重雾霾天气成因分析 33 5 第 卷 第 期 高 原 气 象 Vol〃 33 No〃 5 2014 10 年 月 PLATEAU METEO,OLOGY October，2014 〃 ,J,〃 ,2014,33 ( 5) : 1411 , 1420,doi: ,,郭英莲王继竹刘希文武汉地区连续两次严重雾霾天气成因分析高原气象 10〃 7522 / j〃 issn〃 10000534〃 2013〃 00079〃 - 武汉地区连续两次严重雾霾天气成因分析 ， ， 郭英莲王继竹刘希文 ( ,430074)武汉中心气象台武汉 : 、、NCEP 、MODIS 摘要利用环境污染物监测资料气象实况资料再分析资料火点监测和气溶胶光学 ,2012 6 11 , 12 ( ) 15 ( ) 厚度资料以及轨迹模拟模式等对 年 月 日过程?和 日过程?武汉地区连续两 。,700 次严重雾霾天气的成因进行详细分析结果明此次过程主要为地面秸秆燃烧形成的污染物随 hPa ,、、,以下的水帄气流进入武汉地区在局地水汽增加近地层维续上升下沉运动联合配置以及低层 。、、、逆温和盆地地形共同作用形成雾霾天气水帄流场转变气流抬升增强相对湿度减小下沉气流触 、。地逆温层顶下降均有利于能见度逐渐转好过程?和过程?的不同在于过程?结束后污染物没有完 ,。全沉积局地污染物吸湿造成过程?提前开始 : ; ; 关键词秸秆燃烧雾霾成因分析 + : 1000-0534( 2014) 05-1411-10 : P427〃 1 3 : A文章编号中图分类号文献标志码 doi: 10〃 7522 / j〃 issn〃 10000534〃 2013〃 00079 - 类型人为热源排放对该区域主要污染物分布的贡献 1 引言 ,8, 。分析了上海 及对能见度造成的影响靳利梅等 ,9 , 11, ,,近年来随着都市化进程的快速发展人类活 。雾和霾日数的气候特征及变化规律吴兑等 ,动向大气中排放的污染物大量增加导致都市灰霾 、对珠江三角洲霾天气造成的能见度下降霾天气近 ,1,,1,。20 80 天气增加吴兑等指出 世纪 年代后中国 霾地层输送条件及造成霾天气的气溶胶特征等方面进 ,21 ,日明显增加到 世纪大陆东部大部分地区几 乎。行了详细分析 ， 100 ,， 150 ,都 天其中大城市区域 天具有霾日 增上述研究针对中国东部沿海以及北京等发达城 ,加变化趋势的站点主要分布在中国的东部和南 部,市的雾霾特征从各方面进行了详细分析但针对我 、、、、、包括华北黄淮江淮江南江汉华南和西 南地。国中部地区的雾霾研究较少一方面已有研究表明 ,2, ,12,。区东部饶晓琴等对我国中东部一次大范 围霾,近几年中国中部地区霾天气也很频繁另一方 ,3, 。天气进行了分析史军等基于华东六省的 地面,面中部地区来自各个方向的影响气流众多极易受 、气象数据以及土地利用数据气溶胶光学厚度 数据、。到东部北部等霾高发区的气溶胶输送影响因 1961 , 2007 对 年间华东雾和霾日数的变化特 征及成,此对中部地区霾天气的研究和预报同样有着重要 ,4, 。因进行了分析颜鹏等分析了秋冬季北 京上甸。的意义 ,5,。 2012 6 11 , 12 15 文 秀 等子雾霾期间气溶胶的光学特 性魏对年 月 日和 日湖北东部出现了 , ,、、河北霾分布与地形和风速关系进行了分析得出山严重的雾霾天气此次过程主要为山东江苏安 ,6,。 、间盆地霾频数显著高于周边地 区孙 燕 等对徽河南等地秸秆燃烧造成的污染物随气流输送到 ,6, 。( ) 南京及周边地区一次严重烟霾天气进行了 分析吕。湖北东部武汉地区造成能见度下降孙燕等,7, 梦瑶等利用改进的空气质量预报系统 对南京一、、从空气污染状况大气环流背景微观气象要素特 ,征以及影响天气系统的热力和动力场结构等对南京 次典型天气条件形成的污染过程进行了模 拟分析了 周边地区一次焚烧秸秆造成的严重烟霾天气进行了 、城市人为热源城市建筑物效应和不同 : 2012-11-20; : 2013-05-03收稿日期定稿日期 : ( 2014Z03) ; ( BK20130111)资助项目湖北省气象局科技发展基金重点项目江苏省自然科学基金项目 : ( 1983 , ) ,,,,、〃 E-mail: 103232924@ qq〃 com作者简介郭英莲女山西晋中人工程师主要从事短时短期预报研究 33 高 原 气 象 卷 1412 2〃 2 HYSPLIT ,HYSPLIT ( Hybrid Single Particle 模式简介 综合分析并利用 HYSPLIT4 NOAA 是美国 研制的分析大气输Lagrangian Integrated) 模式反演了此次过程影响南 ,13, ,送情况的轨迹模式是一种欧拉和拉格朗日型混合 。京地区污染物的扩散轨迹张红等对郑州市一 ,,型的计算模式具有多种物理过程和不同类型排放 次由秸秆焚烧引起的严重霾天气进行了分析结果 ,、源可以进行较完整的输送扩散和沉降过程模 、发现水帄气流逆温层结和地形是造成这次霾天气 ,,拟并能处理多种气象输入场被广泛应用于大气 。,发生的主要原因关于秸秆燃烧造成的霾天气目 ,14,GDAS 。,污染物输送研究本文采用该模式及 再 前大部分研究均为单次过程而本次过程为短时间 。,,内先后出现的两次过程因此基于以上研究对 11 15 24 h 分析资料计算 日和 日武汉雾霾天气的 ,后向轨迹对造成武汉地区雾霾天气的污染源进行 此次雾霾过程形成的本质原因和特征进行详细分 ,。析以期为今后区域输送性雾霾天气的分析和预报 分析 。提供一定参考 3 污染来源 2 HYSPLIT 资料选取和 模式简介 2012 6 11 , 12 15 ,年 月 日和 日湖北东部短时 。2〃 1 间内连续两次出现严重雾霾天气从武汉市江夏气 资料选取 ( 1 ) ( ht象观测站地面能见度的时间序列图 中可以看 - 选用中华人民共和国环境保护部数据中心 tp: / / datacenter〃 mep〃 gov〃 cn / ) ,11 11: 00( ,) ， 3 提供的空气污染指 出从 日 北京时下同开始能见度 API; ( http: / / km,12 14: 00 ( ) ,数 湖北环境监测中心站一直持续到 日 简称过程?能见 www 〃 hbemc〃com 〃 cn / ) ， 300 m ( 11 提供的空气污染物浓度数度最低时武汉地区的鄂州能见度 日 PM 、、 二氧化氮二氧化硫 20: 00 ) 。 ， 3 km 15 10 第 二 次 能 见 度 的 低 谷 在 日 ,据包括可吸 入颗粒物 3 ; 、、种中国气 象局提供的地面能见度风场温度08: 00 , 16 05: 00 ( ) ,日 简称过程?最低能见度为 、 天气露点差〃 ( ) 。12km,鄂州分析武汉东 高于过程?的能见度 3 h 现象等 一次的定时地面观测资料和一天两次的 , ( 1 ) 图 可以发现湖梨园站的污染物浓度时间序列; 湖北省逐时地面自动观测站提 高空实况风场资料对应两次低能见度时段均出现了可吸入颗粒物浓度 , 3 。( 其他高空形势场数据包 供的地面相对湿度资料 PM 601 mg ? m ,日 浓度最高达到 10 ,11的高峰、) NCA, 垂直速度和相对湿度来自 中心的 10 10 ; 15 16: 00 括风场是 日相近时段的 倍以上日 最高达 ,3 ? × 1?。NASA ODIS M再分析资料提供的 卫星火 112 20: 00?m ,14 3 。而 日 约为 日的 倍379 mg到 。HYSPLIT 模式来 点监测图和气溶胶光学厚度图, 15 05: 00 ,PM 日 能见度增加的时段 对 应浓度 10 ( http: / / ready〃 arl〃 noaa〃 gov / HYSPLIT〃 php) 。 自 9 , 16 1 2012 6 图 年 月 日武汉东湖梨园污染物浓度和江夏能见度时间序列 Fig〃 1 Time series of pollutants concentration at Liyuan of east lake and visibility at Jiangxia in Wuhan from 9 to 16 June 2012 5 : 郭英莲等武汉地区连续两次严重雾霾天气成因分析 期1413 ,3 ,150 mg,?m 10 , 15 ， 5 km 、700虽然有所下降但仍为 左右属于污 从 日 能见度天气现象和 。、hPa ( 2) ,9 08: 00 ,二氧化硫二氧化氮两项空气污染物浓度偏 实况流场图 中可以看出在 日 之 前染,15,、,。, 安徽省北部江苏省中北部以及山东省南部地 区已弱且高峰滞后于低能见度的出现由此可见 PM 的突然增加是造成两次雾霾天气能见度下降 ， 5 km 。10 14: 00 ， 出现能见度 的烟霾天气日 开始 10 。PM 5 km ,20: 浓度的增加一方面可能为 的烟霾区域逐渐向西扩展到河南北部 区域10 的重要原因之一 00 700 hPa 850 hPa , 受 和 偏东北风影响烟霾区转,气溶胶数密度增加另一方面可能为气溶胶吸湿增 ,16,。。11 08: 00,700 在过程 ?出现前其突然增 向南扩展到河南中南部区域到 日 张造成的质量增加hPa 850 hPa 、,5 ,和 风向从江苏安徽北部 进入湖北东部加到 倍以上而对应时段相对湿度的增加并不明 浓度的增加主要 ， 5 km 10 与能见度 的区域从东北方 向进入湖北省相一,PM 显因此过程?中武汉地区 ,。为气溶胶数密度的增加由于本地没有污染源的显 致 API 从三省省会城市的空气污染指数 的时间 ,,著增加说明主要为外来气溶胶数量增加即有污 PM , 。过程?时 浓度增长缓慢10 ( ) ,分布图略中可以看出南京站的污染高峰超前武 染物输入武汉地区2 ,,PM 10 最大为前一时段的 倍以上能见度先下降,12 。武汉出现两次污染高峰分别于 汉和合肥两天。浓度才开始增加 。高于同时间合肥和 233 16 139日 达 到 和 日 达 到 , 15 ， 5 km ( ) 、700 hPa 2 2012 6 10 图 年 月 日 的能见度数字天气现象和 实况流场 ( a) 10 08: 00,( b) 11 08: 00,( c) 15 08: 00,( d) 15 20: 00日 日 日 日 Fig〃 2 Visibility below 5 km ( digital) ,w eather phenomena and 700 hPa flow field from 10 to 15 June 2012〃 ( a) at 08: 00 on 10,( b) at 08: 00 on 11,( c) at 08: 00 on 15,( d) at 20: 00 on 15 33 高 原 气 象 卷 1414 3 2012 6 11 11: 00( a) 15 08: 00( b) 24 h 图 年 月 日 和 日 江夏 后向轨迹模拟 ?为合肥 Fig〃 3 The simulated backward trajectory after 24 h in Jiangxia at 11: 00 on 11( a) and at 08: 00 on 15( b) June 2012〃 : Hefei? 4 2012 6 9 11: 15( a) 15 10: 40( b) MODIS 图 年 月 日 和 日 极轨卫星火点监测图 ?为武汉 Fig〃 4 Fire point of MODIS polar orbit satellite at 11: 15 on 9( a) and at 10: 40 on 15( b) June 2012〃 : Wuhan? 。。南京的空气污染指数合肥站的两次污染高峰与武 肥到武汉的污染物输送过程 ,API ,NASA MODIS 。汉相一致强度偏弱由于 为逐日数据即合 从美国 的 极轨卫星火点监测 ， 24 h 4) ,9 、、、 的 图 可以发现从 日开始在山东江苏安徽肥与武汉分别出现高值的时间可能存在 ( ,16 , 河南境内已有大量的火点存在一直持续到 日,HYSPLIT GDAS 误差利用 轨迹模式以及 再分析 6 。结合实际 月为麦 14 日开始火点数量略有减少11 11: 00 ( ) 资料模拟的 日 武汉江夏污染物的后向 ,,收的季节农村大量燃烧秸秆产生烟等空气污染 ( 3) ,轨迹图 中可以看出影响武汉能见度的污染源 ,, 1500 m 。因此造成武汉地区雾霾天气的污染物主要来 高度的后向 物,1000 主要来自东北方向且 ,,轨迹确实经过合肥因此存在污染物从南京经合 、、。安徽河南一带的秸秆燃烧 自江苏 5 : 郭英莲等武汉地区连续两次严重雾霾天气成因分析 期1415 ( ) ,11 08: 00 , 汽通量辐合图略来看过程?在 日 4 雾霾形成条件 12 02: 00 ,日 内低层相对湿度增加温度露点差较 , 20: 00 925 hPa ,雾形成的重要物理过程是冷暖空气相遇空气 在武汉附近 存 ,11 08: 00 低且 日 。,达到饱和凝结而成当空中吸湿性粒子很多时能 ,12 08: 00 在水汽通量辐合而到 日 后整层水汽减 ,,,。在空气尚未达到饱和时就吸收空气中水汽形成雾 少且水汽通量表现为辐散能见度开始上升过程 ,17,。、、、滴霾则是空气中的灰尘硫酸硝酸有机碳 ,15 20: 00 ?始终存在水汽通量辐合日 武汉地 区 浓氢化合物等非水成物组成的气溶胶系统造成的视程 925 hPa ,水汽通量辐合达到最大该时刻污染物 。。障碍而真实大气中雾滴大多以气溶胶作为凝结 度也达到最大对应武汉站高空的相对湿度场时序 ,17,,核 造成 霾 的 气 溶 胶粒子大多又是吸湿性粒( 6a) 800 hPa 图 表现为过程?中 以下相对湿度 在 ,6,, 12 ,; 12 , 13 日增加能见度下降日受高层 下。子气溶胶粒子的浓度和大小以及雾滴的数密 11 ,17,20% ,。传干空气影响迅速减小到 左右能见度逐渐 上度和大小均影响能见度的变化因此雾霾天气 700 hPa 。过程?中 以下相对湿度基本稳定在 ,的形成一方面具有雾形成的温湿环境条件另一方 升, 60% ,16 20: 00 40% 。 之间日 后减小到 以下50% 。面具有霾形成的水帄输送和垂直累积条件 ( 7a) ,从武汉江夏站地面相对湿度图 可以看出 4〃 1 冷暖平流和水汽 雾霾天气中能见度最低时段的相对湿度均存在先增 加6 9 , 15 , 月 日湖北省始终位于东北冷涡底部 ,， 80% ,后减小的一个波峰过程最低时均 最高 时,东北冷涡带动弱冷空气转动南下武汉地区的两次 ， 90% 。13 , 14 ,均 日雾霾天气消失相对湿度与 能。 12 h 雾霾过程均出现在两次弱冷空气过后的 内,,16,,见度呈负相关关系与文献相一致且当雾 霾过12 h 而且两次雾霾过程发生前 武汉地区均出现了 , 程的相对湿度出现一个波峰然后逐渐下降时能见。因此先从冷暖帄流和水汽条件入手进行 弱的降水,2,。、度将趋于好转由于相对湿度受辐射城市 热岛。 分析 。,等影响存在一定日变化因此将相对湿度减 去对,, 从整层温度帄流分布来看两次过程发生前 9 , 17 ,( 应时刻 日的帄均值消除日变化影响得 出图 850 hPa 925 hPa 低能见度区均位于 和 的冷暖帄流 7c) ,11 , 12 15 日和 日两次雾霾过程发生时 空气相( 5) ,交界附近的暖帄流区图 且冷帄流需来自偏北 10% ,对湿度比帄均值略高 但比前一日出现 降水时均,。冷暖帄流交界附近存在冷暖空气混合暖空气 方10% 。低 ,,降温冷空气增湿从而有利于雾滴形成和气溶胶 ,综上分析得出此次过程为东北冷涡底部弱冷 。、粒 子吸湿从整层的相对湿度温度露点差以及水 ,,空气渗透南下造成冷暖空气混合空气湿度相对 ,,增加水汽凝结或气溶胶粒子吸收水汽造成能见 。: 度下降其要素特征雾霾发生区位于冷暖帄流零 线 ,; 900 , 700 hPa 附近且需冷帄流来自偏北方向当 50% , 60% 相对湿度位于 之间时有利于雾霾天 气的 ; 出现和维持当相对湿度明显降低时有利于雾 霾天气 ; 的消失地面相对湿度减去日变化影响高于 帄均值 10% 。时有利于雾霾天气的出现 4〃 2 水平输送条件 虽然冷暖空气的交汇和水汽条件可以解释雾的 ,形成和气溶胶吸湿但是气溶胶粒子浓度急剧增加 且在武汉地区达到最强仍需要从水帄输送条件和垂 。直累积条件进行分析 5 2012 6 11 850 hPa ( , 图 年 月 日 温度帄流阴影区单,11 08: 00 ， 由上述分析可知日 前的地面观测 , 1 ,1 : ? ?s ) ( ,: m?s )位和风场矢量单位 5 km 700 hPa 850 hPa 能见度区与 和 流场存在很好 ?为江夏 12 20: 00 ,850 hPa 。同样 日 以后随着 进 的一致性, 1 Fig〃 5 Temperature advection ( the shaded,unit: ? ?s ) ,入湖北的气流转为偏南风来自低能见度区的气流 , 1 and wind field ( vector,unit: m?s ) on 850 hPa ,、。15 08: 00 850 hPa减少湖北安徽能见度好转 日 on 11 June 2012〃 : Jiangxia? 33 高 原 气 象 卷 1416 、11 11: 00 15 08: 00 ( ) 以下气流再次转为从安徽江苏到湖北东部的东北 料模拟的 日 和 日 武汉江夏污 。雾霾天气区域开始从江苏北部经安徽中北 ( 3) ,染物的后向轨迹图 也可以发现影响武汉能见 偏北风 ,( 度的污染源主要来自东北方向且污染近地层高 、、、、, 部湖北东部湖南江西一直扩展到广西广东 500 m ) 1500 m ， 5 km 11 度 左右的污染物来源主要来自 以 但能见度 的区域与 日的过程相同到湖北 。。16 08: 00 ,、过程 江苏上空 日 以后安徽,850 hPa 下的污染物水帄输送与 流场一致长江一线为止 24 h ,,,?的 输送距离比过程?的要短与水帄风速偏 的气流转为偏西风武汉地区能见度已经转好但 。 20: 00 湖北东部上空霾和轻雾天气现象一直持续到 小密切相关( 6b) ,10 。从武汉站的高空风场时序中可以看出 为止HYSPLIT GDAS 利用 轨迹模式以及 再分析资 02: 00 700 hPa,日风向由西南风转为偏东风 到 11 ,1 6 2012 6 9 , 18 ( a,: % ) ( ,: m?s ) 、图 年 月 日江夏相对湿度单位和水帄风场风羽单位 ,1 ( ,: Pa?s ) ( b) 垂直速度阴影区单位时间演变 , 1 Fig〃 6 Temporal evolution of relative humidity( a,unit: % ) ,w ind field ( barb,unit: m?s ) and , 1 vertical velocity( the shaded,unit: Pa?s ) ( b) at Jiangxia from 9 to 18 June 2012 7 2012 6 9 , 17 ( a) 、( b) 、图 年 月 日江夏相对湿度和能见度风向和能见度以及能见度 ,H ( c) 和温度露点差的时间演变 Fig〃 7 Temporal evolution of relative humidity and visibility( a) ,w ind direction and visibility( b) ,visibility, ,H and temperature-dew point spread( c) at Jiangxia from 9 to 17 June 2012 5 : 郭英莲等武汉地区连续两次严重雾霾天气成因分析 期1417 08: 00 3 h ,700 、。日 过程?开始前 转为东北偏北风上游经过安徽江苏等烟霾源区由于污染物的聚 ,1 ,集和输送需要一定的时间因此造成武汉地区的雾 ?s 。12 20: 00 日 能见度 hPa 12 m风速最大达到 20: 00 ,。霾天气在 已经开始酝酿且这种水帄流场配 过程?开始前的 开始好转时风向转为东偏东南风 合较低的对峙高度的形势在武汉地区一直维持到 12 h( 14 20: 00 ) ,日 风向再次由偏南风转为东北风,1 12 14: 00,。过程?开始 日 与雾霾天气的出现对应700 hPa 8 m?s 。后期雾霾天气逐渐消 风速约为 。 14 20: 00 700 hPa 16 08: 00 前的 日 同样出现了这种配置失对应 风向从 日 开始逐渐转为 。两次过程 气溶胶在空中的维持机制还可以从大气层结的 ,850 hPa 偏南风以下逐渐转为偏东风,。稳定程度进行分析同时大气层结的稳定程度也是 发生时均对应中低层出现偏北风,18 , 20,9 , 17 、。分析 日海帄面气压地面风速与能见度 雾霾天气形成和维持的重要条件之一分析 ,9 , 16 11 ,,可知整体雾霾区基本位于地面均压场中地面风 武汉站探空资料可以发现日之间除了 日 ,1 4 m?s 20: 00 16 20: 00 ,,270? , 360?速始终维持在 以下之间风向 和 日 武汉站低层不存在逆温其他 ,( ) ， 5 km , 时刻均有逆温层的存在逆温层以下一般为大气混 即西北风与 能见度存在明显的对应关系 ,,3 , 6 h ( 7b) 。合层其湍流运动明显不利于低层气溶胶粒子向 且对应风向比低能见度早 出现图 从 8 ,图 可以看出地面西北风有利于污染物从低层经 。T , log P CIN逆温层以上发展从 图的对流抑制能 ( ) ,大别山西部的山谷进入武汉江汉帄原地区而下 游,可以看出两次过程均随着雾霾过程的出现逐渐增 。11 08: 00 ( 9) ,刚好受幕阜山的阻挡 。大从 日 开始图 逆温层高度逐渐下 由于水帄风场的辐合区以及正涡度区与低能见 ,12 20: 00 ,降到 日 达到最低对应逆温层降到最低 ,度区之间没有明显的对应关系水帄输送条件分析 。时能见度好转过程?同样存在逆温层高度的下 700 hPa 850 hPa 仅能说明 和 风场经过污染源区将 。降逆温层顶降低与气溶胶粒子可以改变贴地逆温 ,17,,污染物输送到下风方向的武汉地区上空风速对污 。,层结构有关伴随逆温层顶的下降逆温层顶 。染物水帄输送快慢起决定性作用除了前文提到的 ,,的温度逐渐增加这与污染物浓度增加吸收长波 ,21,,水汽条件有利于气溶胶粒子吸湿降低能见度以及 ,。辐射造成近地层温度升高有关两次过程均 地形对污染物的阻挡作用有利于气溶胶粒子浓度增 30? 在逆温层顶下降且温度超过 以后雾霾天气开 ,加低能见度的持续和加强还需要低能见度区存在 。 始减弱消失。有利的垂直累积条件 ,( 8 ) ,, 另外武汉图 北有大别山南有幕阜山4〃 3 垂直累积条件 1000 m ,海拔均在 左右高于过程中下沉气流的下 ,污染物水帄输送的过程中存在沉积运动但当 ,,边 界高度即受周围地形阻挡影响污染物通过下 , 底层存在弱的抬升运动时则会延缓污染物的沉积 ,从而使气溶胶粒子漂浮在一定高度有利于雾霾天 , 。( 6b) 从垂直速度的变化图 可以看出气的持续950 , 700 hPa 0 ,0. 之间均对应 过程?和过程?中, 1 4 Pa?s ( ) ,的弱下沉气流正值为下沉有利于 气 900 hPa 以,溶胶粒子从高空沉积到近地面附近而, ， , 0〃 2 Pa ? s ( 下的近地面对应弱的上升运动1 ) ,下沉和上升运动的对峙使气溶胶粒子在近地 面 , 。过程?之后出现整层的弱上升运动有上空维持 ,利于污染物输送到高层从而使低层能见度有所 好 ,。( 16 14: 00 ) 过程?之后日 下沉气流到达地 面转( 即空中污染物 浓度有利于气溶胶粒子沉积到地面 ) ,。 能见度好转降低8 ( ,: m) 、11 14: 00 图 武汉周边地形高度彩色区单位日 地面( ) 计算垂直风速为零所在高度简称对峙高度,1 ( ,: m?s ) ， 5 km ( )风场风羽单位和 能见度数字 ( ) ,10 20: 00 的水帄分布图略可以看出从 日 开始 Fig〃 8 Terrain height around Wuhan( the colour area, unit: 850 hPa , 武汉地区上空已经出现低于 的对峙高度, 1 m) ,surface wind field( barb,unit: m?s ) and visibility ,850 hPa 且持续时间长同时 到达武汉地区的气流blew 5 km ( digital) at 14: 00 on 11 June 2012 33 高 原 气 象 卷 1418 9 2012 , 16 T , logP 6 11 图 年 月 日武汉站 图 ( a) 11 08: 00,( b) 11 20: 00,( c) 12 08: 00,( d) 12 20: 00,( e) 15 08: 00,( f) 15 20: 00日 日 日 日 日 日 Fig〃 9 T , logP at Wuhan station from 11 to 16 June 2012〃 ( a) at 08: 00 on 11,( b) at 20: 00 on 11, ( c) at 08: 00 on 12,( d) at 20: 00 on 12,( e) at 08: 00 on 15,( f) at 20: 00 on 15 13 10: 50( a) 15 10: 40( b) Terra 10 2012 6 图 年 月 日 和 日 卫星气溶胶光学厚度 Fig〃 10 Aerosol optical thickness observed by Terra satellite at 10: 50 on 13( a) and at 10: 40 on 15( b) June 2012 ,。12 h 沉气流进入武汉地区后很难通过帄流输送离开武 利的地形下形成霾天气的出现对应流场提前 ,汉地区只能通过沉积到地面来减少空中污染物浓 。霾天气的 ,以上出现与水帄风速大小有一定关系 。度这是造成武汉地区污染物浓度较高的原因之 出现在近地层需要有弱的上升气流和下沉气流的对 900 hPa ( ， , 0〃 2 以下有弱上升运动。一 ,峙即, 1 ,Pa? s ) ,900 , 700 hPa ( 0 , 0〃 4 综上所述此次雾霾过程主要为有利的水帄输 有弱下沉运动 , 1 Pa ? s ) 。,送条件配合局地的垂直维持运动和层结条件在有 当下沉气流及地或中低层以上升气流 为主时 5 : 郭英莲等武汉地区连续两次严重雾霾天气成因分析 期1419 。,霾天气减弱或消失低层逆温有利于雾霾天气的形 偏北气流进入武汉地区的天气形势下东北冷涡底 。、,成和维持逆温层顶高度下降温度升高预示着 部弱冷空气渗透南下导致水汽凝结和气溶胶粒子吸 。,。能见度趋于好转盆地地形会延缓低层污染物的帄 湿从而造成能见度下降同时低层上升下沉运动 。、、流扩散 对峙的维持低层逆温条件的维持以及地形的阻 4〃 4 。二度爆发原因 挡作用造成雾霾天气的持续 ( 2 ) ,此次雾霾发生区位于冷暖帄流交界附 近前文分析中指出过程?和过程?存在相似的环 ; 900 , 700 hPa 50% ,、 且冷帄流来自北方相对湿度为 污染物水帄输送和垂直累积等雾霾形 境水汽变化 。PM 60% ; 从 浓度的 之间地面相对湿度比多日帄均值高 10 成条件以及略有不同的消亡条件 10% ; ; 左右近地层弱上升和下沉气流对峙区低层 ,时序图可以看出过程?结束后其仍然维持在一个 ,22,》一中指出 ,。当相对湿度明显降低逆温层 ; 。《逆温区盆地地区相对偏高的水帄大气化学基础 、,,,顶高度下降逆温层顶温度升高预示着能见度趋 粒子尺度越小单靠重力沉降到地面就越困难说 。,于好转污染物水帄输送造成的雾霾天气其出现 , 明过程?结束后武汉上空的气溶胶粒子脱水变小。为了说明气溶胶粒子在能见 。时间与水帄风速大小有一定关系雾霾过程二度爆 仍然有部分稳定存在Terra 卫星遥感 ,发的主要特点为过程?结束后污染物尚未完全沉 度较好的过程中仍然存在从美国 ,13MODIS ( 10) 气溶胶光学厚度图 中可以看出日 ,积局地污染物吸湿造成能见度下降比污染物通过 ， 5 km 时武汉地区上空的气溶胶光学厚度 ,能见度流场输送造成能见度下降要快因此二度爆发所需 〃 10,1115 日和 日出现霾过程 与仍达到了最高值。要的时间较短 。说明气溶胶污染物一直存 的气溶胶光学厚度相当:参考文献 。从过程?的后向轨迹也可以发 在于武汉地区上空 。 ,1, ,,,〃 1951—2005 吴兑吴晓京李菲等年中国大陆霾的时空变 化现污染源地趋向于转回武汉地区 〃 ,2010,68( 5) : 680 , 688〃,J,气象学报 ,1 ,PM 另外从图 中还可以看出过程?的 浓 10 ,,,,2, 〃 晓琴李峰周宁芳等饶我国中东部一次大范围霾天气的 分,度突然增加的过程对应能见度突然下降但过程? ,J,〃 ,2008,34( 5) : 89 , 96〃析气象 PM ,PM 在 浓度增加之前就开始逐渐下降浓度 10 10 ,6, ,3, ,,,〃 史军崔林丽贺千山等华东雾和霾日数的变化特征及成 因。开始增加时对应能见度却几乎不变孙燕等研 ,J,〃 ,2010,65( 5) : 533 , 542〃分析地理学报 ,究认为在未达到饱和情况下适当增加湿度有利于 ,4, ,,,〃 颜鹏刘桂清周秀骥等上甸子秋冬季雾霾期间气溶胶的 光,霾的形成且吸湿粒子吸湿凝结增大会使得能见度 ,J,〃 ,2010,21( 3) : 257 , 265〃学特性应用气象学报 。,更加恶化而当单位体积气溶胶粒子个数不变吸 ,5, ,,〃 魏文秀张欣田国强河北霾分布与地形和风速关系分析 ,PM 。湿质量增长后单位体积内 浓度会变大前 10 ,J,〃 ,2010,19( 1) : 49 , 52〃自然灾害学报 ,文分析指出过程?发生前有弱冷空气经过且武汉 ,6, ,,,〃 孙燕张备严文莲等南京及周边地区一次严重烟霾天气 的 ,地区出现弱降水从武汉上空相对湿度变化也发现 ,J,〃 ,2010,29( 3) : 794 , 800〃分析高原气象 20% 60% ,。从 左右增加到 左右因此过程?的爆 ,7, ,,,〃 吕梦瑶刘红年张宁等南京市灰霾影响因子的数值模拟 ,J,,〃 ,2011,30( 4) : 929 , 941〃发与聚集在本地的污染物再度吸湿增长与造成能 高原气象 ,8, ,〃 ,J,〃 。靳利梅史军上海雾和霾日数的气候特征及变化规律高见度下降密切相关 ,2008,27( 1) : 138 , 143〃原气象增刊 ,,综上所述雾霾天气的二度爆发除了具有与 ,9, ,,,〃 吴兑毕雪岩邓雪娇等珠江三角洲大气灰霾导致能见度 下,过程?相似的各种条件外由于过程?帄流输送聚 ,J,〃 ,2006,64( 4) : 510 , 517〃降问研究气象学报 ,集在武汉地区的污染物尚未完全沉积造成快速吸 ,10, ,,,〃 吴兑廖国莲邓雪娇等珠江三角洲霾天气的近地层输送 条。,湿发展成霾也由于污染物已经存在在过程?风 ,J,〃 ,2008,19( 1) : 1 , 9〃件研究应用气象学报 ,速小于过程?的条件下霾天气的出现却更快即比 ,11, ,,,〃 吴兑毕雪岩邓雪娇等珠江三角洲气溶胶云造成的严重 灰。通过风向风速计算的输送距离和时间要短 ,J,〃 ,2006,15( 6) : 77 , 83〃霾天气自然灾害学报 ,12, ,〃 ,J,〃 ,胡亚坦周自江中国霾天气的气候特征分 析气 象 5 结论 2009,35( 7) : 73 , 78〃 ,13, ,,( 1) 2012 6 11 , 16 〃 ,J,〃 张红邱明燕黄勇年 月 日之间先后出现两 一次由秸秆燃烧引起的霾天气分析气 ,2008,34( 11) : 96 , 100〃象 ,、、 次雾霾天气过程其形成原因主要为安徽江苏 ,14, Beverland I J,Crow ther J M ,Srinivas M S N,et al〃 The influ- 850 , 700 hPa河南等地秸秆燃烧等形成的污染物随 ence of meteorology and atmosperic transport patterna on the 33 高 原 气 象 卷 1420 chemical composition of rainfall in southeast England,J,〃 At〃 ,2011,31( 12) : 1943 , 1950〃-- ,J,中国环境科学 和机理分析 ,19, ,,,〃 mos Environ,1998,32( 6) : 1039 , 1048〃 刘健文郭虎李耀东等天气分析预报物理量计算基础 ,M,〃 : ,2005: 137〃,15, 〃 ,M,〃 : ,2010:北京气象出版社 张小曳大气成分和大气环境北京气象出版社 ,20, ,,,〃 刘熙明胡非邹海波等北京地区一次典型大雾天气过程 1 , 16〃 ,J,〃 ,2010,29 ( 5 ) : 1174 , 的边界层 特 征 分 析高 原 气 象,16, ,〃 PM 龚识懿冯加良上海地区大气相对湿度与 浓度和大气 10 ,J,〃 ,2012,25 ( 6 ) : 6281182〃 能见度的相关性分析环境科学研究 ,21, 〃 ,,,江在北京气象塔上测量城市边界层, 632〃 玉华王强张宏升等 ,17, ,,,〃 ,M,〃 : ,J,〃 ,2010,29( 4) : 918 , 928〃区性浓雾物理 李子华杨军石春娥等地北京气辐射特征高原气象 ,2008: 13 , 14,124 , 135〃象出版社 ,22, ,〃 ,M,〃 : ,2003:秦瑜赵春生大气化学基础北京气象出版社 ,18, ,,,〃 128 , 135〃 朱佳雷王体健邢莉等江苏省一次重霾污染天气的特征 Cause Analysis of Two Continuous Serious Fog and Haze Weather in Wuhan Area GUO Yinglian, WANG Jizhu, LIU Xiwen ( Wuhan Central Meteorological Observatory,Wuhan 430074,China) Abstract: Based on the environmental pollutants monitoring data,meteorological observation data,the NCEP re- analysis data,the MODIS fire monitoring and aerosol optical depth data,using trajectory simulation model, 〃 ,the forming reason of the two continuous serious fog and haze weather was analyzed which occurred in etc during 11 , 12 ( process I) and 15( process II) June 2012〃 The result shows that the pollutant which form Wuhan with the straws burning was transmitted into Wuhan area by airflow blow 700 hPa〃 The fog and haze weather is formed in the local moisture increase,continued joint configuration of rising and sinking movement near the ground,as well as the combined effect of the low -level inversion and basin topography〃 The transformation of the horizontal flow field,updrafts enhanced,relative humidity decreased,sinking airflow arrived the ground, the top of the inversion layer decreased are all conducive to visibility gradually turned better〃 The difference and ween process I and process II is that the pollutants after the end of the process I did not fully deposition,the bet ocal pollutants hygroscopic caused the process II start earlier〃 l Key words: Straws burning; Fog and haze; Cause analysis