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作者：張毅

霾天氣溶膠細(xì)粒子濃度增加，污染氣體增多，空氣質(zhì)量下降，對(duì)人體健康造成極大危害。近年來(lái)，我國(guó)城市出現(xiàn)霾日數(shù)越來(lái)越多，大氣污染成為我國(guó)發(fā)展城市化工業(yè)化過(guò)程中的一大難題。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)各大城市霾分布特征和影響因子做了大量研究：長(zhǎng)江三角洲地區(qū)在近30年霾日數(shù)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，能見(jiàn)度與API呈負(fù)相關(guān)，其相關(guān)性隨相對(duì)濕度的增加而增加；宜昌地區(qū)霾從20世紀(jì)70年代中后期開(kāi)始迅速增加，霾天主要集中在冬季和初春時(shí)節(jié)、夏季降水頻繁霾出現(xiàn)較少，霾日多的月份對(duì)應(yīng)著連續(xù)無(wú)降水日較多；常爐予等利用WRF模擬了影響南京地區(qū)主要污染物濃度的外源及其主要輸送路徑；姚青等

針對(duì)天津4次連續(xù)霧霾天氣過(guò)程探討了相對(duì)濕度對(duì)氣溶膠濃度譜分布和大氣能見(jiàn)度的影響；南京霾日數(shù)呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，靜小風(fēng)、較高相對(duì)濕度有利于霾天氣出現(xiàn)；濟(jì)南地區(qū)霾發(fā)生的天氣形勢(shì)主要有冷高壓型、低壓槽型等。霾天氣的形成同風(fēng)、日照、太陽(yáng)輻射、降水等因素有著密切的關(guān)系。

    目前使用能見(jiàn)度、天氣現(xiàn)象和相對(duì)濕度來(lái)綜合判定霧霾，相對(duì)濕度<80%的能見(jiàn)度惡化現(xiàn)象為霾，相對(duì)濕度>90%的能見(jiàn)度惡化現(xiàn)象為霧，相對(duì)濕度介于80%-90%的能見(jiàn)度惡化為霧和霾的混合物，其主要成分是霾。2010年中國(guó)氣象局發(fā)布了氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)( QX/T 113-20 L0)對(duì)霾的觀測(cè)和等級(jí)預(yù)報(bào)考慮了大氣成分指標(biāo)，2013年中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)范。AQI指數(shù)能客觀地反映當(dāng)前的空氣質(zhì)量。

    2013年秋冬季以來(lái)，武漢市也出現(xiàn)了大范圍的霧霾天氣。1 0月環(huán)境保護(hù)部對(duì)外發(fā)布的空氣質(zhì)量相對(duì)最差的前10位城市，武漢榜上有名。進(jìn)入12月以來(lái)，武漢市連續(xù)出現(xiàn)霧霾天氣，據(jù)統(tǒng)計(jì)連續(xù)出現(xiàn)大霧日數(shù)為1997年來(lái)最多，居省會(huì)城市榜首，武漢市空氣質(zhì)量備受關(guān)注。鑒于AQI指數(shù)沒(méi)有長(zhǎng)期的歷史數(shù)據(jù)，且無(wú)精細(xì)考慮小時(shí)雨量、相對(duì)濕度與AQI變化相關(guān)性的研究，本文針對(duì)2013年10月30日武漢的一次重霾天氣來(lái)探討10月30日到ll月3日期間AQI指數(shù)逐小時(shí)演變及其相關(guān)的氣象因子特征。

1數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

    空氣質(zhì)量指數(shù)AQI數(shù)據(jù)由湖北省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站提供，包括武漢市10個(gè)空氣質(zhì)量自動(dòng)站2013年10月30日零時(shí)到11月3日23時(shí)的逐小時(shí)數(shù)據(jù)。收集與空氣自動(dòng)站距離相近的自動(dòng)氣象站雨量、相對(duì)濕度的逐小時(shí)數(shù)據(jù)，及武漢國(guó)家氣象站的高空探測(cè)數(shù)據(jù)。

    圖1是武漢市自動(dòng)氣象站與空氣質(zhì)量自動(dòng)站的位置分布圖，其中空氣質(zhì)量自動(dòng)站以漢字命名，自動(dòng)氣象站以字母加數(shù)字命名。除漢口江灘與QlOOO選址一致外，其他站點(diǎn)位置都相差較遠(yuǎn)，在此選取與空氣質(zhì)量自動(dòng)站距離相近的自動(dòng)氣象站雨量求平均來(lái)論AQI與相關(guān)氣象要素的關(guān)系。考慮到有些站點(diǎn)資料不連續(xù)，現(xiàn)選取武漢市資料相對(duì)完整的4個(gè)空氣質(zhì)量自動(dòng)站，包括漢陽(yáng)月湖、武昌紫陽(yáng)、東湖梨園和東湖高新來(lái)討論，對(duì)應(yīng)選取的自動(dòng)氣象站列表如表1。

    圖l中武漢國(guó)家氣象站(57494)所在地位于ll4。03'E、30036'N，海拔24 m，高空綜合探測(cè)儀器為L(zhǎng)波段測(cè)風(fēng)雷達(dá)。高空氣象探測(cè)雷達(dá)可獲取地面至30 km高空范圍內(nèi)各層次的風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度等氣象要素。該觀測(cè)站每天進(jìn)行2次探空觀測(cè)（07時(shí)和19時(shí)），觀測(cè)時(shí)間間隔為12 h。本文所用數(shù)據(jù)高空探測(cè)由湖北省氣象信息與技術(shù)保障中心提供，經(jīng)基站工作人員處理成等10 m間隔高度上的氣象要素值（距地面），包含2013年10月30日-11月3日的高空探測(cè)氣溫、風(fēng)向、風(fēng)速值。

2 AQI指數(shù)的演變特征

    2013年10月30日，武漢市出現(xiàn)嚴(yán)重霧霾天氣，能見(jiàn)度下降至l km，空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)“爆表”，在74個(gè)公布數(shù)據(jù)的城市中空氣質(zhì)量最差。圖2為武漢市武昌紫陽(yáng)、東湖梨園、漢陽(yáng)月湖和東湖高新4個(gè)空氣質(zhì)量站點(diǎn)AQI指數(shù)逐小時(shí)變化圖。4個(gè)站點(diǎn)的AQI指數(shù)小時(shí)變化曲線大致相仿，趨勢(shì)一致數(shù)值稍有差異。AQI指數(shù)日際變化明顯，10月30日AQI指數(shù)均維持在200以上，20時(shí)左右為極大值點(diǎn)，之后逐漸下降，到31日正午時(shí)分AQI指數(shù)降低到200以下，ll月1日正午AQI指數(shù)降低到100以下空氣質(zhì)量達(dá)到良。2日AQI指數(shù)保持在60左右，16時(shí)左右出現(xiàn)極小值，3日凌晨AQI逐漸增長(zhǎng)。

    10月30日到11月3日AQI指數(shù)整體上呈現(xiàn)增加一減小一增加的趨勢(shì)，值域范圍在269（漢陽(yáng)月湖10月30日20時(shí)）到40（漢陽(yáng)月湖11月2日16時(shí)）之間。下面就這此次AQI指數(shù)的演變來(lái)討論逆溫層、風(fēng)、降水與AQI指數(shù)的特征。

3氣象因子特征

3.1天氣形勢(shì)

    霧霾數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)（CUACE/Haze-fog）對(duì)10月29日地面風(fēng)速及PM2.5濃度的全國(guó)分布模擬如圖3(a)，29日PM2.5高濃度區(qū)分布在河北、河南、山東、江蘇境內(nèi)，武漢北部地面為東北風(fēng)，冷空氣帶著污染物由北向南輸送，而武漢南部為東南風(fēng)，使得污染物易在此堆積。圖3(b)為30日08時(shí)500hPa等高線和850 hPa風(fēng)場(chǎng)，500hPa高度武漢受高原槽東移影響，將有一次降水過(guò)程。

3.2逆溫層

    逆溫層高空的氣溫比低空氣溫更高，是絕對(duì)穩(wěn)定的層結(jié)。圖4為2013年10月30日-ll月3日武漢市近地層溫度廓線，圖4上面一排為每天07時(shí)、下面一排為19時(shí)。30日07時(shí)5000 m高度內(nèi)有3層逆溫，近地面弱逆溫，300-700 m高度有較強(qiáng)的逆溫層，2 600-3000 m高度有深厚逆溫，19時(shí)l 500 m高度內(nèi)有3個(gè)小拐點(diǎn)，逆溫層厚度明顯減薄。對(duì)應(yīng)圖2來(lái)看，武漢30日空氣質(zhì)量最差，AQI指數(shù)都在200以上，20時(shí)達(dá)到極大值，隨后逐漸下降；2日500-1000 m高度存在弱逆溫，AQI指數(shù)下降到最低值；3日07時(shí)3 000 m高度以內(nèi)溫度廓線有3個(gè)拐點(diǎn)，19時(shí)在近地層200 m內(nèi)有個(gè)強(qiáng)的逆溫，l500、2800 m左右分別有溫度拐點(diǎn)，AQI指數(shù)逐漸升高。逆溫層使得大氣層低空的空氣垂直運(yùn)動(dòng)受到限制，使懸浮在大氣中的煙塵、雜質(zhì)及有害氣體難以向上空擴(kuò)散而被阻滯在低空和近地面，此時(shí)地面空氣質(zhì)量AQI指數(shù)顯著增加。

    AQI指數(shù)的增加對(duì)應(yīng)著逆溫層的加強(qiáng)，降低對(duì)應(yīng)著逆溫層的減弱。30日武漢上空逆溫層的減弱，對(duì)于污染物的擴(kuò)散是非常有利的。逆溫層是制約污染物擴(kuò)散的主要因素。

3.3風(fēng)

    風(fēng)對(duì)大氣污染物既有稀釋作用，又有輸送擴(kuò)散作用，城市近地層風(fēng)可帶動(dòng)空氣中懸浮顆粒往外輸送，改善城市空氣質(zhì)量。圖5為2013年10月30日-11月3日武漢市3 000 m高度內(nèi)風(fēng)垂直分布圖，圖中箭頭方向代表風(fēng)向，長(zhǎng)短只作大小比較不代表具體數(shù)值。30日07時(shí)1 000 m高度、19時(shí)2 500 m高度有兩個(gè)風(fēng)速低值區(qū)；31日3 000 m高度內(nèi)風(fēng)速都很小，07時(shí)1 500 m、19時(shí)2 500 m高度有2個(gè)風(fēng)速低值中心。2日近地層1 000 m高度內(nèi)風(fēng)速較大，1 000 m以上到3 000 m高度風(fēng)速都很小，3日近地層1 500 m內(nèi)風(fēng)速有減弱趨勢(shì)，以上到3 000 m高度內(nèi)風(fēng)速都小。

    靜風(fēng)或小風(fēng)，城市大氣空氣質(zhì)量AQI指數(shù)會(huì)顯著增大。由圖2兩個(gè)AQI指數(shù)出現(xiàn)極值時(shí)間段分析，近地層1 000 m高度以內(nèi)的風(fēng)速對(duì)AQI指數(shù)的影響較大。

3.4降水

    圖6(a)~(d)為漢陽(yáng)月湖、武昌紫陽(yáng)、東湖梨園和東湖高新4個(gè)站點(diǎn)AQI指數(shù)與降水的小時(shí)變化趨勢(shì)圖。圖6中10月30日4個(gè)站點(diǎn)均出現(xiàn)降水，7時(shí)降水開(kāi)始，10-12時(shí)最大，最大小時(shí)雨量1 mm左右，19時(shí)降水結(jié)束（東湖梨園和武昌紫陽(yáng)22時(shí)有小量級(jí)降水），各站雨量差別不大。武昌紫陽(yáng)和東湖梨園2個(gè)站點(diǎn)的相對(duì)濕度變化保持一致。30日相對(duì)濕度穩(wěn)步上升10時(shí)達(dá)到95%，之后稍有起伏，31日14時(shí)下降到75%，其他時(shí)刻相對(duì)濕度保持在80%以上。

    11月1日下午到2日全天出現(xiàn)降水如圖6，4個(gè)站點(diǎn)小時(shí)最大雨量不超過(guò)4 mm，2日凌晨降水量最大，各站雨量差別不大，11月1、2日降水AQI指數(shù)下降，2日15時(shí)達(dá)到一個(gè)極小值。2日相對(duì)濕度保持在80%以上，到3日凌晨相對(duì)濕度逐步下降，在50%-70%之間浮動(dòng)。

    2次降水時(shí)間與AQI指數(shù)出現(xiàn)極值的時(shí)間段非常吻合，降水對(duì)于AQI指數(shù)的變化是有一定的影響。降水對(duì)應(yīng)AQ指數(shù)增大時(shí)刻，可能與降水增大了相對(duì)濕度有關(guān)，30日少量降水且持續(xù)時(shí)間短，使得相對(duì)濕度有個(gè)大幅度增加，此時(shí)主要是濕度增加導(dǎo)致顆粒物增多；然而2日降水對(duì)應(yīng)AQI指數(shù)降到極小值，當(dāng)日降水量大且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，此時(shí)降水清除了顆粒物。有對(duì)霾天氣的氣候特征研究表明：連續(xù)無(wú)降水日數(shù)比較多的月份，對(duì)應(yīng)該月的霾日一般也比較多，康漢青等，對(duì)南京北郊冬季大氣氣溶膠及其濕清除特征研究表明降雨、降雪和霧過(guò)程都對(duì)氣溶膠粒子有不同程度的清除，以上研究結(jié)合11月2日降水與AQI指數(shù)關(guān)系來(lái)看利用降水改善空氣質(zhì)量是值得考慮的。綜上，降水量級(jí)的大小以及降水對(duì)于相對(duì)濕度的影響，這兩方面是利用降水改善空氣質(zhì)量試驗(yàn)中應(yīng)考慮的重要因素，有待進(jìn)一步的積累研究。

4結(jié)論

    對(duì)2013年10月30日-11月3日武漢市幾個(gè)空氣質(zhì)量站點(diǎn)AQI指數(shù)逐小時(shí)演變及其相關(guān)的氣象因子特征的分析，得到此次過(guò)程的相關(guān)結(jié)論如下：

    (1)武漢市各站點(diǎn)的AQI指數(shù)數(shù)值上稍有差異，變化趨勢(shì)大致相同，且日際變化明顯。10月30日-11月3日AQI指數(shù)呈現(xiàn)增大一減小一增大的趨勢(shì)，變化范圍在40-269。

    (2)逆溫層是制約局地污染物擴(kuò)散的主要因素，AQI指數(shù)的增加對(duì)應(yīng)著逆溫層的加強(qiáng)，降低對(duì)應(yīng)著逆溫層的減弱，30日武漢上空逆溫層的減弱，對(duì)于污染物的擴(kuò)散是非常有利的。低風(fēng)速是制約污染物擴(kuò)散的另一因素，近地面1 000 m高度內(nèi)的風(fēng)速對(duì)AQI指數(shù)影響更為明顯。

(3)此期間高原槽東移帶來(lái)一次降水過(guò)程，降水對(duì)于AQI指數(shù)有一定的影響。在有利污染物擴(kuò)散的大氣條件下，降水帶動(dòng)氣溶膠粒子的濕沉降使得AQI指數(shù)下降，可考慮增加降水帶動(dòng)氣溶膠粒子的濕沉降改善空氣質(zhì)量。

5摘要：利用空氣質(zhì)量指數(shù)AQI數(shù)據(jù)，分析了武漢市2013年10月30日到11月3日AQI指數(shù)的演變特征，并結(jié)合自動(dòng)站雨量、相對(duì)濕度、高空探測(cè)氣溫、風(fēng)速數(shù)據(jù)探討r與霾天氣相關(guān)的氣象因子特征。結(jié)果表明，武漢市各站點(diǎn)的AQI指數(shù)變化趨勢(shì)大致相同，數(shù)值上稍

有差異，日際變化非常明顯；逆溫層和低風(fēng)速是制約污染物擴(kuò)散的兩大因素.30日武漢上空逆溫層的減弱，對(duì)于污染物的擴(kuò)散是非常有利的；降水對(duì)于AQI指數(shù)有一定的影響，在有利污染物擴(kuò)散的大氣條件下，可考慮增加降水帶動(dòng)氣溶膠粒子的濕沉降改善空氣質(zhì)量。