2021年佛山地区一次短时...M_(2.5)污染过程分析_黄立炜.pdf

第 卷第 期 年 月 广 东 气 象 收稿日期：作者简介：黄立炜（年生），男，本科，助理工程师，主要从事天气预报工作。：黄立炜，吴蒙，叶智明，等 年佛山地区一次短时 污染过程分析 广东气象，（）：年佛山地区一次短时 污染过程分析黄立炜，吴蒙，叶智明，曾海媚，黄志聪（佛山市高明区气象局，广东佛山；佛山市气象局，广东佛山）摘 要：利用地面气象观测资料、空气质量监测数据、再分析资料和风廓线雷达探测资料，对冷空气影响下 年 月初佛山地区出现的一次短时污染天气过程进行分析。结果表明：冷锋前的偏北风对污染物起传输作用，冷锋后较强偏北风对污染物的清除作用显著。低空逆温层的厚度增加、高度的下降抑制垂直运动，致使污染物更容易累积在近地面层，加剧了污染形成；利用风廓线雷达分析本地风场，可以较为准确地判断逆温层的高度，并能发现逆温层出现时间比达到中等污染时间提早了约 ；对低层风场的风向、风速进行研判能够预测污染物的移动，为下游提前预警提供指示作用。关键词：环境气象；污染；冷空气；逆温层；风廓线雷达；佛山地区 中图分类号：文献标志码：随着经济社会的发展以及人们对宜居环境需求，空气质量问题愈发受到大众的关注，对珠三角 地 区 污 染 天 气 的 研 究、预 报 越 来 越 必要。处于珠三角腹地且制造产业发达的佛山地区，污染问题备受众多专家学者关注。干季的污染天气，一方面受生产生活产生的污染排放影响；另一方面冷空气南下时，风向、风速、逆温层高度等气象条件的变化也对污染物的传输、扩散造成影响。风廓线雷达是探测大气边界层垂直风场分布的重要手段，具有时空分辨率高、连续性和实用性好的特点，已有不少学者将风廓线雷达应用在污染气象条件研究中。本研究利用地面气象观测资料、空气质量监测数据、风廓线雷达资料和 再分析资料对佛山近年来比较严重的一次污染天气过程进行分析，探讨气象条件对空气质量的影响，为区域空气质量预报和联防联控提供参考。资料和方法本研究主要使用的资料包括：佛山市国家气象站地面气象观测资料，主要采用三水区国家气象站数据进行分析；佛山市内 个国控监测站（湾梁、华材职中、南海气象局、顺德苏岗、容桂街道办、高明孔堂、三水监测站、三水云东海）的数据，其中污染过程判断主要采用三水云东海监测点 质量浓度观测数据；三水风廓线雷达资料和清远探空资料；再分析资料，观测时间为 年 月 至 日（图）。图 佛山地区国家气象站和环境监测站分布 结果与分析 污染物的质量浓度变化 年 月 日，受冷空气南下影响，佛山地区出现了一次短时天气污染过程，其中主要污染物为 。从图 可以看出，该次污染过程对佛山北部、西部地区影响较大。从时间上分析，在 日：（北京时，下同）之前，佛山地区 质量浓度普遍在 ；日：至：，佛山西部、北部地区 质量浓度普遍上升至 以上，部分地区甚至在 以上，达到中度污染水平；在 日：之后，佛山地区 质量浓度普遍降至 以下，污染过程结束。图 年 月 日：日：佛山地区 质量浓度空间分布 气象要素利用 再分析资料及国家自动站进行分析，年 月 日广东省受强冷空气影响，广东省内大部分市县日平均气温 下降 。冷空气于 日开始对佛山地区造成影响，偏北风加大、气温下降、地面气压上升，三水国家站在 日录得全市最低气温.，较 日同时下降 。冷空气南下可使上游地区的污染物向佛山地区堆积。图 是三水国家气象站的风向风速和三水云东海环境监测 质量浓度变化，从图 中可以看出，在 日：至：，偏北风风力在 级，质量浓度在 浮动。在 日：至 日：，风力逐渐加大 级以上，与此同时 质量浓度也随着风力的增大而不断升高，并录得过程最大 质量浓度 ，能见度最低 ，达到轻度污染水平。在 日：之后，风力维持在 级以上，而 质量浓度开始迅速回落至优良水平。由此可以得出，在冷锋过境之前，在偏北风对污染物起传输作用，大量的污染物从粤北地区向南输送、堆积，使佛山地区污染物质量浓度不断上升；而在冷锋过境后，偏北大风清除作用显现，佛山地区的污染物质量浓度迅速降低。图 年 月 日三水国家站风向风速和三水云东海监测站 质量浓度变化 对冷锋过境前 质量浓度与能见度、风速的相关系数进行计算分析得出 质量浓度与风速相关系数分别为.，具有明显的正相关；与能见度的相关系数为.，具有明显负相关；同时风速与能见度的相关系数为.，有明显负相关，表明该次过程中，冷锋前的偏北风不仅对使佛山地区污染物质量浓度的增加，同时对本地能见度造成影响。垂直风温结构由清远探空站（站号：）至 日垂直大气结构情况可以看出，在 日：（图略），锋面高度在 附近，而在 以下温度整体是随高度递减，仅在 附近出现了有浅薄的低空逆温层出现。到 日：，以下有多个浅薄的逆温层出现，逆温层出现第 期 黄立炜等：年佛山地区一次短时 污染过程分析 高度下降到 以下，逆温层的厚度由 左右延伸至 以上。逆温层的发展极大影响了垂直扩散运动，使污染物被抑制在近地面，造成近地面污染物质量浓度升高（图）。图 年 月 日：清远探空图 为了能够更好地判断佛山地区上空冷暖平流的变化情况，本研究使用了风廓线雷达数据并参考热成风原理。由热成风原理可知，热成风是高层地转风减去低层地转风的矢量差，即地转风随高度的变化；当地转风随高度顺转时，有暖平流；当地转风随高度逆转时，有冷平流。结合热成风原理，分析 日：至 日：三水风廓线资料，由图 可以看出，从 日：起，到 之间风向随高度顺转，有暖平流出现，表明近地面浅薄逆温层开始形成。日：至：，热成风顺转高度从 延伸至 ，暖平流显著，本地的低空逆温层逐渐加强，污染物垂直方向的抑制作用逐渐明显。日：至：，逆温层的起始高度虽然上升至 ，但在 以上有新的逆温层出现，近地面两个逆温层进一步抑制污染物垂直扩散。结合清远探空资料和污染物质量浓度数据，利用风廓线雷达数据能较为准确的判断出逆温层所在高度，且低空逆温层的出现时间比达到中等污染时间提早了约 ，因此风廓线雷达能为污染预报提供依据。（为各层热成风方向，随高度顺转为正，有暖平流，随高度逆转为负，有冷平流；风向杆为各高度实际风向风速（单位：）图 年 月 日三水风廓线雷达图 同时，在监测时间内，以下的近地面整体是东北风到偏北风，风力 至 级，部分时刻有 级，结合.节对污染物移动方向的分析，可以看出低层强盛且较一致的偏北到东北风对污染物的移动方向有显著影响。利用低层风速、风向来对污染物移动做预测，为下游地区提前污染预警有指示作用。结论）污染物的质量浓度在冷锋过境前偏北风逐渐增大期间上升，在冷锋过境后迅速下降。在冷锋经过佛山地区之前，风力渐增的偏北风将粤北地区污染物向佛山地区输送并堆积，使佛山地区污染物质量浓度增加，且 质量浓度与风速的相关系数为.，呈显著的正相关，表明冷锋前风速的逐渐增加与污染物质量浓度的提升有关联。冷锋过境后，较强的偏北风清除作用显著，佛山地区污染物质量浓度迅速下降。同时 与能见度有明显的负相关，相关系数为.。）低空逆温层的厚度增加，高度下降抑制垂直运动，污染物更容易累积在近地面层，加剧了污染形成。利用风廓线雷达分析本地风场，可以较为准确地判断逆温层的高度。在该次过程中利用风廓线雷达发现，逆温层出现时间比达到中等污染时间提早了约 ，且在佛山上空逆温层不断增强，抑制污染物垂直扩散，因此可利用风廓线雷达资料分析各层冷暖平流来判断逆温层高度、厚度的变化，为污染预测提供依据。同时，广东气象第 卷 对低层风场的风向、风速进行研判能够预测污染物的移动，为下游提前预警提供指示作用。参考文献：梁伟汉，杨亚钦，何国新，等 城市化对珠三角地区冬季大气环境的影响 广东气象，（）：夏冬，涂建文，陈均，等 珠三角地区 年 月一次重污染天气污染物的时空分布特征 广东气象，（）：夏冬，罗栩羽，赵娟 东莞旱季极端 质量浓度的天气类型分析 广东气象，（）：吴蒙，范绍佳，吴兑，等 广州地区灰霾与清洁天气变化特征及影响因素分析 中国环境科学，（）：吴兑，廖国莲，邓雪娇，等 珠江三角洲霾天气的近地层输送条件研究 应用气象学报，（）：陈慧娴 近 年佛山市大气能见度变化特征及气象影响因子 广东气象，（）：李浩文，张阿思，步巧利，等 年干季佛山一次重空气污染过程形成机理研究 环境科学学报，（）：陈辰，黄锦灿，陈慧娴，等 佛山地区一次重污染过程的气象影响因子研究 环境科学与技术，（）：王丽娟，刘晓慧，卢文，等 初冬一次冷锋输送过程对中国东部霾天气的影响 中国环境科学，（）：王天正，王成刚，曹乐 年冬季南京一次污染过程的天气形势分析 科学技术与工程，（）：郑丽君，黄京平，马中元，等 一次冷空气大风水平与垂直风场结构分析 江西科学，（）：，毕玮，陆雪，郭丽娜，等 风廓线雷达在重污染天气与逆温层关系研究中的应用 中国海洋大学学报（自然科学版），（）：徐文迪，赵茹仪，白艳娇，等 风廓线雷达资料在重污染天气中的应用 天津科技，（）：王开燕，朱建军，张振清，等 风廓线雷达资料在灰霾预报中的应用研究 环境科学与技术，（）：中国气象局 霾的观测和预报等级：中国气象局，朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等 天气学原理和方法 北京：气象出版社，（上接第 页）参考文献：史旭荣，逯世泽，易爱华，等 全国 年秋冬季气象条件变化对 影响研究 中国环境科学，（）：曹杨，王晨曦，赵晓莉，等 成都市 污染特征及其与地面气象要素的关系分析 中低纬山地气象，（）：肖致美，徐虹，高璟贇，等 天津市 复合污染特征及来源分析 环境科学，（）：陈婷，敖天其 年以来成都市 演变特征及与气象要素相关性分析 四川环境，（）：夏冬，罗栩羽，赵娟 东莞旱季极端 质量浓度的天气类型分析 广东气象，（）：袁志扬 不同强度降雨过程对东莞 质量浓度的影响 广东气象，（）：刘汉卫，臧增亮，首俊明，等 一次 化学污染过程的实况及气象要素影响分析 广东气象，（）：，贾册，王亚琼，杨啸 关中平原 浓度周期性变化规律及成因分析 干旱区研究，（）：田鹏山，褚艳玲，吴锋，等 深圳市东北部 的变化特征及潜在传输来源 广东气象，（）：陈丹青，师建中，肖亮洪，等 粤东三市 和 质量浓度分布特征 中山大学学报（自然科学版），（）：谢松元，凌良新，陈文锋 潮州市大气污染物与气象要素的关系 广东气象，（）：中华人民共和国环境保护部 环境空气质量标准 北京：中国环境科学出版社，中华人民共和国环境保护部 环境空气质量指数（）技术规定（试行）北京：中国环境科学出版社，第 期 黄立炜等：年佛山地区一次短时 污染过程分析