气象条件及风廓线雷达数据在大气污染分析中的应用

徐腊梅

（新疆石河子气象局，新疆 石河子 832000）

1 形势场分析

2019年12月2 日至4日石河子出现了重度污染天气过程，AQI指数分别为230、296、360和287。从高空形势可以看出，石河子地区高空持续受强盛的高压脊控制，处于蒙古高压底后部，中心强度1 042.5～1045.0 hPa，本地大气环境稳定，不利于污染物扩散，污染指数持续偏高。

2019年12月24日至25日，石河子受低槽影响，西风侵入，有降雪，AQI指数良到轻度污染，28日高压脊逐渐建立，地面处于蒙古高压底后部，稳定的大气环境使得污染物积聚，AQI指数升至208，出现重度污染（见图1）。

图1 2019年12月28日高空地面形势实况

2 气象要素分析及应用

通过气象要素海平面气压、降水量、极大风向风速、温度、2分钟风向风速、最小能见度、露点温度和相对湿度等与AQI 指数的关系发现，AQI指数与能见度、风速和温度具有较好的负相关关系，而与风向、湿度和气压的相关性较弱。其中气压与AQI具有一定的正相关，说明气压大的情况下，AQI趋向偏高；湿度和降水量具有弱的负相关性，当湿度和降水相对更大时，AQI有更小的趋势。

能见度小，雾浓；风速越小，扩散条件越差；地面温度越低，逆温层更明显，这些都会使得AQI增大[1-2]；同时地面温度高，利于削弱高低空逆温强度，另外，促进上升运动，提升扩散程度，使得AQI值下降。一般风速大，利于污染物扩散，AQI减小[3-4]，但在易起风沙的春夏季，风速越大，风沙越明显，PM10增大，AQI会增大。见表1。

表1 气象要素与AQI之间的相关系数

分析2011—2018年石河子市相对湿度变化，发现1～3月相对湿度略有减小，11月变化不大，12月略有增加（见表2）。最小相对湿度以增加趋势为主，1月和12月增湿相对明显。

表2 相对湿度变化

分析逆温层变化发现，逆温层顶高度一般低于500 hPa高度，多在600～850 hPa高度上。一般逆温层顶越高，逆温厚度越厚，逆温强度越强，AQI指数越大（见表3）。污染排放环境变化不大的情况下，AQI受逆温层厚度和强度影响大。对2017年11月至2018年3月进行逆温条件研判AQI指数检验，准确率达到80%以上。此分析结果可以应用于人工消雾工作的预判。

表3 逆温强度与AQI指数的关系

经过以上气象条件与污染情况的分析，可以得到以下应用结论：（1）通过对当前和未来一段时间天气形势、逆温层、气象要素变化分析，可以对同时段大气污染发生发展情况做以研判，从而为应对污染采取措施提供一定的理论参考依据。（2）通过对当前和未来一段时间天气和污染事件的历史个例进行查询，寻找相似个例，进行类比研判，从而得出污染预判结论。

3 风廓线雷达数据分析及应用

通过风廓线雷达，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钟级的风向风速的变化，可以直观地反映出上升下沉运动和动力下传过程（见图2～4）：2019年12月18日风廓线雷达上，地面以东风为主，风力2 m/s，500 m风速4 m/s，此日的AQI值为98，较昨日62上升了36。2020年01月11日，800 m以下为偏东风，500～800 m风速为5～7 m/s，450 m以下为2～3 m/s，此时东风强，且延伸高度高，AQI指数由昨日的278上升至306。2019年12月23日，地面到1 000 m高度为偏西北风，风速4 m/s，高空扰动，使得AQI由107降至58。

图2 2019年12月18日风廓线雷达数据实况

图3 2020年01月11日风廓线雷达数据实况

图4 2019年12月23日风廓线雷达数据实况

风廓线雷达数据分析表明：（1）在高低空一致东风的情况下，逆温存在，风速越大，高度越高，逆温越强；（2）从低空到高空，东风由小到大，一般反映在弱波动过去，逆温逐渐建立加强；（3）西风带下扰动进入，AQI指数下降。因此在污染天气预警中，可以根据高低空风向判断逆温的增强和减弱，垂直方向上研判扩散的强弱，从而进一步研判AQI的升降。