一次极强霾过程分析

张琳　高雷娜　陈华凯

摘要 利用NCEP1°×1°逐6 h再分析资料，通过WRFV3.7.1模式针对12月22—23日德州市出现的一次极强霾过程进行分析，结果表明：①从大气形势分析，地面气压场弱，天气形势静稳，地面存在一条辐合带，PM2.5浓度增大；②冷锋南下，地面辐合线南压，污染物也随之往南移动；③混合层高度低，湍流弱，污染物难以向高层扩散，导致PM2.5浓度持续上升。

关键词 辐合带；混合层；PM2.5浓度；山东德州

中图分类号 P427.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）08-0225-02

霾是悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒的集合体，使空气浑浊，水平能见度降低到10 km以下的一种天气现象，霾天气发生时大气能见度低，空气质量恶化，对人类生活产生了重要的影响。2015年12月影响德州的冷空气较弱，气温偏高，风速偏小，天气条件静稳，有利于雾霾天气的发生，空气污染较为严重[1]。当月大雾和霾日数分别为8、25 d，是2010年以来的最多值。12月22—23日，华北平原地区出现一次极强的霾天气过程，德州市PM2.5浓度23日早晨超过1 000 μg/m3，在德州周边城市中，只有衡水同样出现了PM2.5浓度超过1 000 μg/m3的情况，邢台、济南虽然空气质量也达到了严重污染，但PM2.5质量浓度比衡水、德州仍明显偏小。此文使用NCEP1°×1°逐6 h再分析资料，通过WRFV3.7.1模式对此次过程进行了模拟，对大气形势、混合层高度和PM2.5质量浓度进行诊断分析，以期找到此类极重污染天气的一些特点。

1 PM2.5实况分析

华北地区此次重污染天气过程12月19日开始，持续整整1周时间，26日下午才明显减弱消散。衡水市（37.7°N，115.7°E）位于德州市（37.4°N，116.3°E）西西北方向，距德州市直线距离不足70 km。由图1可以看出，衡水市PM2.5质量浓度在22日06：00观测值为433 μg/m3，7：00开始出现明显增大，经过13 h的增长后于20：00达到927 μg/m3，21：00超过1 000 μg/m3，并持续至23日0：00，之后开始下降。德州市情况则有很大不同，23日0：00观测值366 μg/m3，1：00 PM2.5质量浓度开始迅速增大，4 h后于5：00观测值就达到了982 μg/m3，7：00达到极值1 000 μg/m3，之后出現了跳跃式的下降，9：00浓度仅有374 μg/m3。德州这种大起大落的观测数据与衡水缓慢增长下降形成了鲜明对比，同时发现衡水观测值开始下降的同时，德州的观测值则恰好开始猛增[2]。

2 天气形势分析

2.1 高空环流分析

由图2a、b可以看出，22日8：00 500 hPa为浅槽前的西西南风，850 hPa为南到东南风，风速比较小，存在暖平流。通常在这种情况下，天气形势趋于静稳，PM2.5质量浓度开始增大。但由前面分析可知，德州没有出现明显增大，衡水则开始缓慢增长。到23日8：00，500 hPa浅槽已经过境，整体转为槽后西西北风，850 hPa有弱冷空气南下，锋区已经压过德州，整体转为西北到北风，风速仍比较小（图2c、d）。一般来说冷空气会对污染物有清除作用，同样是冷空气已经影响，衡水PM2.5浓度有了较为明显下降，而德州却恰好处于污染峰值。

2.2 地面形势分析

由图3可以看出，22日14：00至23日2：00在河北中部始终存在一条辐合线，衡水恰好位于这条辐合线内。由于周围县市PM2.5浓度已经比较高，这条辐合线持续存在，污染物在此大量聚集，这可能就是衡水PM2.5浓度持续增高并突破1 000 μg/m3的原因之一。23日8：00，随着冷锋南下，辐合线也随之南压经过德州。辐合线经过德州的同时，污染物也随之而来，造成PM2.5浓度猛增，辐合线过后，PM2.5浓度则明显下降。

2.3 混合层高度分析

边界层中的空气明显受地面摩擦或热力作用的影响，因而在某个高度的稳定层下会出现显著的垂直混合，造成混合层。一般混合层顶为云底，位温、比湿等一些物理要素在混合层顶表现明显的不连续性。污染气象学定义混合层为湍流特征不连续界面以下湍流较充分发展的大气层，其厚度就是混合层厚度。它表征了污染物在垂直方向被热力湍流稀释的范围，即低层空气热力对流与动力湍流所能达到的高度。混合层高度越高，越有利于污染物垂直方向的扩散。

观测显示，21日20：00至23日20：00，云量均为8成以上，经帕斯奎尔表查算可得出大气稳定度为D级。

经过计算，22日1：00至23日23：00，衡水混合层高度平均为336 m，最低时仅有98 m；德州混合层高度则略高一些，平均为490 m，最低时为118 m。

2.4 时间剖面分析

由图4可以看出，衡水在23日2：00之前低层都为比较弱的上升运动，这与前面分析的衡水处于一辐合线内相符合。虽然有上升运动，但是由前面计算可知混合层高度非常低，污染物难以向高层扩散，PM2.5浓度持续上升。德州站则是很弱的上升下沉运动交错存在，说明德州没有明显的辐合，污染物暴增应该是由于锋面过境时，西北侧的污染带随之南下影响的结果。

3 结论

（1）地面气压场弱，存在一条辐合带，天气形势趋于静稳，导致污染物堆积，有利于 PM2.5浓度的增大。

（2）混合层高度低，湍流弱，污染物难以向高层扩散，导

致PM2.5浓度持续上升。

（3）随着冷锋南下，地面辐合线南压，在衡水堆积的污染物也随之往东南移动，导致德州污染物浓度暴涨[5]。

4 参考文献

[1] 童尧青，银燕，钱凌，等.南京地区霾天气特征分析[J].中国环境科学，2007（5）：584-588.

[2] 胡亚旦，周自江.中国霾天气的气候特征分析[J].气象，2009（7）：73.

[3] 高歌.1961-2005年中国霾日气候特征及变化分析[J].地理学报，2008（7）：761-768.

[4] 饶晓琴，李峰，周宁芳，等.我国中东部一次大范围霾天气的分析[J].气象，2008（6）：89-96.

[5] 赖芬芬，孙军.2015年3月大气环流和天气分析[J].气象，2015（6）：786.