哈尔滨一次灰霾天气污染物浓度变化及气象条件分析

牛忠清,张苗苗,张惠君，王恒宇

（1.黑龙江省人工影响天气办公室，黑龙江 哈尔滨150030；2.黑龙江省气象台，黑龙江 哈尔滨150030）

1 引言

灰霾是指大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中， 使水平能见度小于10 km 的空气普遍浑浊现象，霾使远处光亮物体微带黄、红色，使黑暗物体微带蓝色。 由于能见度的降低和大气中颗粒物的增加，对交通运输和人体健康造成了很大影响。

哈尔滨作为省会城市，近年来随着经济的快速发展、城市化进程的加快，空气污染日益严重。 2014年10月22日开始， 哈尔滨遭遇一次持续性灰霾天气，当日部分区域的空气质量指数峰值逼近“爆表”，给人们的工作和生活带来严重影响。 哈尔滨市主城区几乎全部笼罩在灰霾中，城市空气中伴有呛人的气味。本文对本次过程的污染物变化特征进行分析， 同时结合天气形势及常规气象资料分析了此次过程产生的可能影响因素。

2 资料

本文使用哈尔滨站地面逐时气象观测资料， 主要包括能见度、 气温、 风向、 风速； L 波段探空观测数据每天2 次(08时和20时； 北京时间)； 大气污染物资料来源于青悦空气质量历史数据库（http://air.epmap.org/）。

3 结果与讨论

3.1 灰霾天气过程概述

根据《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》（HJ633—2012）规定：空气污染指数分为6 档，划分为0－50、51－100、101－150、151－200、201－300 和大于300 六档，对应于空气质量的六个级别，从一级优，二级良，三级轻度污染，四级中度污染，直至五级重度污染，六级严重污染。 指数越大，级别越高，说明污染越严重， 对人体健康的影响也越明显。 2014年10月22-24日， 黑龙江省哈尔滨地区出现了持续的灰霾天气。 21-24日哈尔滨AQI 指数的时间变化特征显示，21日白天哈尔滨地区空气质量状况均为良好，21日晚19:00 开始AQI 指数出现上升，出现轻度污染，之后AQI 指数持续上升，其中22日08时-23日05时、23日23时-24日21时这两段时间API 指数达300 以上，为严重污染，首要污染物为可吸入颗粒物，25日高空槽线划过，有降水生成，指数下降到100 以下，空气恢复优良状况。 而22日19时-23日02时、24日12时-24日20时AQI 指数为500， 呈现持续“爆表”状态，可见这两段时间为此次空气污染过程最严重的时间段， 这与大气成分站测得颗粒物高峰时段相符。

3.2 污染物浓度变化特征（PM2.5,PM10）

此次灰霾过程， 可吸入颗粒物质量浓度有很大变化。 灰霾持续期间出现污染严重的两个时间段，分别为22日19时-23日02时和24日12时-24日20时， 这两个时间段PM10、PM2.5质量浓度均超过500 ug/m3， 且在空气污染过程最严重的两个时间段出现了两次峰值，一次出现在22日20时，PM10 和PM2.5质量浓度达到了888 ug/m3和804 ug/m3，另一峰值出现在24日19时， 大小分别为816 ug/m3和727 ug/m3。

可吸入颗粒物的来源主要有供暖燃煤、 冶金排放、垃圾焚烧、汽车机电工业排放源、机动车尾气等。每年10月20日哈尔滨市开始冬季供暖， 燃煤量大大增加，由此产生的煤烟污染也开始向空气中排放，与此同时， 从环境保护部发布的2014年10月13日-10月19日全国秸秆焚烧火点卫星遥感监测情况显示，黑龙江省火点个数较前一周增加262 个，处于上游的内蒙古地区较上周增加42 个。 这些都可能增加空气中污染物的浓度， 而灰霾形成的决定性控制因素就是气象条件， 因此下面从天气形势、 水汽条件、 温度层结等方面对此次持续的灰霾天气进行分析。

3.3 灰霾持续期间气象要素特征分析

3.3.1 灰霾天气过程期间天气形势

大气对污染物的扩散能力取决于高低空环流形势配置。 从10月21日08时灰霾发生前500 hPa 高空形势(图略)上可看出，欧亚中高纬环流呈两槽一脊纬向型，随着系统的东移，到22日08时，哈尔滨地区位槽后脊前，距中心较远，到20时随着系统继续东移，哈尔滨地区处于较平直的偏西气流控制下，盛行下沉气流，这种形势一直维持到24日20时，没有明显的槽脊活动， 冷空气主体偏北， 冷空气活动较弱。 且700 hPa 也以偏西风气流为主，污染物水平扩散条件并未改善。 研究表明，地面气压场中的高压均压或低压均压均有利于灰霾天气的形成与维持。 此次过程前期地面受高压后部影响，随着其东移，23日06时-22时这一期间地面风速有所加大， 空气质量指数有所降低，后期地面低压逐渐移入，哈尔滨市位于地面低压的前部，24日14时地面有T 量降水生成，20时哈尔滨市位于低压中心，哈尔滨市周边均出现降水，空气状况逐渐好转。

3.3.2 地面要素特征分析

在这次灰霾过程中， 近地面多数时间维持西南风向，风速大都维持在4 m/s 以下，风速较小。大气的水平扩散能力弱，不利于污染物向外输送，大量污染物在原地堆集便形成了霾。

从相对湿度和温度露点差的变化来看， 霾的相对湿度≤70%， 普遍较低， 温度露点差则较大,22日08时-23日20时地面温度露点差一直保持在7 ℃以上,由此可见，霾由干尘粒构成，其要求的空气湿度条件较低，而地面空气干燥，空气中的污染物难以扩散，利于灰霾产生。

3.3.3 大气层结特征分析

大气污染主要取决于大气本身的扩散稀释能力， 大气的稀释能力的强弱直接与当时大气的稳定状况有关。 研究表明，稳定的大气层结对湍流有抑制作用，减弱大气的扩散能力，利于灰霾的产生，尤其在出现逆温时，各种污染物难以扩散，导致灰霾形成加重。 2014年10月22日08时-24日20时探空温度廓线在近地层虽然没有出现逆温， 但气温垂直递减率较小，大气层结较稳定。 这种比较稳定的大气垂直结构，减弱了大气湍流交换和热力对流，阻碍了污染物质向上扩散稀释，导致低空污染物不断积累，造成污染物浓度的持续升高。

综合以上分析， 推断此次灰霾过程可能主要是由于稳定天气下本地污染物叠加外来输送污染物逐步积聚而形成。

4 结语

本文对2014年10月22日-24日哈尔滨市区持续性灰霾天气进行了研究分析，得出以下一些结论:

（1）灰霾过程持续时间较长，绝大部分时间能见度低于10 km，空气质量指数（AQI）最大时达到500，首要污染物为可吸入颗粒物；

（2）此次过程主要受偏西气流控制的环流形势下，环流较平直，过程前期地面受高压场控制，后期位于低压前部，灰霾期间风力较小，空气湿度条件较低，地面空气干燥。

（3）灰霾时近地层虽然没有出现逆温，但气温垂直递减率较小，大气层结较稳定。