第３３卷第２期 ２０１７年４月 气象与环境学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＥＮＶＩＲ０ＮＭＥＮＴ ＶＯ１．３３ ＮＯ．２ Ａｐｒｉｌ ２０１７ 徐红，庆，何斗太，等．１９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期霾天气气候特征［Ｊ］．气象与环境学报，２０１７，３３（２）：８７—９４． ＸＵ Ｈｏｎｇ，ＣＨＥＮ Ｊｕｎ・ｑｉｎｇ，ＨＥ Ｄｏｕ—ｔａｉ，ｅｔ ａ１．Ｃｌｉｍａｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈａｚｅ ｗｅａｔｈｅｒ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ ｆｒｏｍ １９８０ ｔｏ ２０１５ ａｔ Ｓｈｅｎｙａｎｇ ｒｅｇｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１７，３３（２）：８７—９４． １９８０－－－２０１５年沈阳地区采暖期霾天气气候特征 徐红 庆 何斗太 程攀。 王文４ 朱玲 晁华 顾正强 （１．东北区域气象中心，辽宁沈阳１１０１６６；２．北部战区空军气象中心，辽宁沈阳１１００００；３．中国人民 ９４６７５气象站，浙江杭州３１００５３；４．南京信息工程大学，江苏南京２１０１４４） 摘要：利用１９８０－－２０１５年沈阳地区地面气象观测资料，对近３６ ａ沈阳地区采暖期霾天气的年、日变化及气象要素的变化 特征进行了分析。结果表明：１９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期霾日数呈平稳增加的趋势，霾天气主要出现在上午的０７—１１时，夜 间和午后霾天气较少出现；霾天气持续时间多为７ ｈ以内。沈阳地区采暖期霾天气发生时，地面相对湿度较高，主要集中在 ７０．０％ ０．０％之间；地面风速主要为３．０ ｍ・ｓＩ１以下且以静风为主，风向以偏东风为主。利用地面气象观测资料计算的混合 层高度对不同等级霾天气的指示效果较好：重度霾天气混合层高度主要集中在０－一４０ｏ ｍ高度层内，中度霾天气混合层高度主 要集中在０—６ｏ０ ｍ高度层内，轻度霾天气混合层高度主要集中在２００—６００ ｍ高度层内。加强天气条件监测和预测可以有效 预测霾天气，并采取有效应对措施减轻霾天气的影响。 关键词：采暖期；霾；逆温；混合层高度 中图分类号：Ｘ５１ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５０３Ｘ．２０１７．０１．０１１ 引言 霾是指悬浮在空中，肉眼无法分辨的大量微小 尘粒、烟粒或盐粒的集合体，使空气混浊，水平能见 前倾槽结构和逆温层结为霾天气的形成提供了有利 的条件，大气混合层高度的变化对霾的生消具有较 好的指示作用。张小曳等 分析了雾霾天气与气溶 胶的关系，指出目前中国雾霾天气发生的主要原因 为严重的气溶胶污染。付友生 对沈阳地区雾霾天 气成分的特征分析发现，沈阳地区雾霾天气ＰＭ：． 占 度降至１０ ｋｍ以下的一种天气现象。“雾霾”包含了 两种天气现象，即雾和霾。雾和霾相互联系，相互影 响，二者主要依据相对湿度进行区分 －２１。ＰＭ 。和 ＰＭ 。的百分比（８３．２％）大于非雾霾天气ＰＭ ． 占 ＰＭ：等气溶胶颗粒由直接排入空气中的一次粒子与 ＰＭ 。的百分比（２８．４％），说明雾霾天气的主要污染 空气中的气态污染物通过化学转化生成的二次粒子 物为ＰＭ：目前，多数研究将雾和霾作为一个整 组成，是形成霾天气的主要贡献者 Ｊ。近年来，随着 体，霾和雾除相对湿度存在差别外，温度露点差、逆 中国工业化和城市化进程不断加快，各地区霾天气 温强度及大气混合层高度均存在一定的差异 ， 呈增多的趋势，京津冀、珠江三角洲和东北平原地区 雾的主要成分为小水滴，呈乳白色；霾的主要成分为 为中国３个明显的霾天气多发区＿４ Ｊ。沈阳地区地 ＰＭ： 等固体小颗粒，呈灰色或黄色。因此，霾天气的 处东北平原，冬季寒冷漫长，下垫面易冷却形成逆 危害性更大，更需注意和研究。本文重点研究 温，为霾天气的形成提供了有利的气象条件 Ｊ，加之 １９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期霾天气的气象条件和 沈阳市属于东北地区重工业城市，城市发展粗放，人 物理量特征，以期为沈阳地区霾天气的预报、监测及 口密集，特别是采暖期燃煤量显著增加，污染物排放 防治提供参考。 量较大，使城市霾天气日益加重 Ｊ。在２０１５年１１月 ． ． 。中国城市空气质量排名中，沈阳市因霾天气严重，排 １资料与方法 名为倒数第一。 １．１资料来源 大量研究表明【卜１３］，霾天气发生时小风、高湿及 利用沈阳地区两个军用机场气象站的逐时地面 逆温等稳定的气象条件是造成秋冬季空气污染较重 观测数据（机场１和机场２分别位于沈阳东部与西 的主要原因。饶晓琴等 对２００７年２月５日中国 部地区，以下简称站１和站２），气象要素主要包括气 中东部地区一次大范围霾天气进行综合分析发现， 温、露点温度、能见度、相对湿度、风速、风向及天气 收稿日期：２０１６—０３—０７；修订日期：２０１６—０５—３０。 资助项目：中国气象局气候变化专项（ＣＣＳＦ２０１３２１）资助。 作者简介：徐红，女，１９８６年生，工程师，主要从事气候资源开发与利用研究，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｎｑｘｎｙ＠１６３．ｃｏｒｎ。 通信作者：王文，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｗｅｎ＠ｎｍｓＬ ｅｄｕ．ｃａ。 ８８ 气象与环境学报 第３３卷 现象等，观测时段为１９８０－－２０１５年（其中２０１１年 天气（霰、冰雹）４类影响能见度的天气即为—个霾日。 ６—１２月站１数据缺失）。数据完整性较好，无缺测， 本文定义５ ｋｍ≤能见度＜１０ ｋｍ为轻微霾日， 能见度要素由专业人员观测记录并直接为飞行服 ３ ｋｍ≤能见度＜５ ｋｍ为轻度霾日，２ ｋｍ≤能见度 务，数据真实，质量高，适合以能见度为基础的霾天 ＜３ ｋｍ为中度霾日，能见度＜２ ｋｍ为重度霾日。 气研究。 根据中国环境监测总站发布的空气质量状况， １９８０－－２０１５年逐日０８时和２０时东亚地面天气 沈阳地区采暖期灰霾天气较重，本文重点分析采暖 形势资料及５００ ｈＰａ、７００ ｈＰａ、８５０ ｈＰａ东亚高空天气 期霾天气的特征及其天气形势。 形势资料。 ２结果分析 美国国家环境预报中心／美国国家大气研究中 心（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ／ ２．１天气背景 Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，ＮＣＥＰ／ 沈阳地区地处中纬度西风带，冬季地面和高空 气流来自内部和高纬度地区， ＮＣＡＲ）再分析资料（间隔６ ｈ）和全球（天气）预报系 均盛行偏北气流，下垫面极易冷却导致逆 统（Ｇｌｏｂａｌ Ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ，ＧＦＳ）数值预报模式的 使沈阳地区冬季气温较低，全球预报场资料（间隔３ ｈ），分辨率为０．２５。× 温层出现，再加上冷空气过后气团变性减弱，气压梯 ０．２５。，垂直为２６层。 １．２研究方法 度减小且风力较小，天气稳定，这种特殊的天气条件 极易形成霾天气。利用１９８０－－２０１５年逐日０８时、 单纯利用地面观测记录的天气现象分析霾天气 ２０时的东亚地区地面天气形势资料和５００ ｈＰａ、不客观，也缺乏可比性，因此采用能见度、相对湿度 ７００ ｈＰａ、８５０ ｈＰａ东亚地区高空天气形势资料，统计 和天气现象３个要素对霾现象进行综合判定 １ 。本 分析沈阳地区采暖期霾天气发生日０８时的高空和 文定义一日２４个观测时次中有４个时次能见度 地面天气形势，依据沈阳地区所处的大尺度环境，可 ＜１０ ｋｍ且相对湿度＜９０．０％，并排除雨天（毛毛雨、 以将沈阳地区采暖期霾天气高空天气形势分为高压 雨、阵雨）、雪天（雨夹雪、吹雪、雪、米雪、阵性雨夹 脊、平直西风带、蒙古高压下均压场和北上气旋４类， 雪、阵雪、雪暴）、沙尘天（浮尘、扬沙、沙尘暴）和其他 各分型天气形势及比例见表１。 表１ １９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期霜天气高空天气形势类型 Ｔａｂｌｅ １ Ｃｌａｓｓｉｉｃａｔｆｉｏｎ ｏｆ ｕｐｐｅｒ ｓｙｎｏｐｔｉｃ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ ｉｎ Ｓｈｅｎｙａｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｆｒｏｍ １９８０ ｔｏ ２０１５ 类型 比例／（％） 天气形势 １９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期霾天气地面天气 形势则对应可以分为长白山小高、均压场、东北地形 槽和倒槽４类，各分型天气形势及比例见表２。 由１９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期霾天气的高 表２ １９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期霾天气地面天气形势类型 Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｌａｓｓｉｉｃａｔｆｉｏｎ ｆ ｏｓｕｒｆａｃｅ ｓｙｎｏｐｔｉｃ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ ｉｎ Ｓｈｅｎｙａｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｆｒｏｍ １９８０ ｔｏ ２０１５ 类型 比例／（％） 天气形势叙述 第２期 徐红等：１９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期霾天气气候特征 ８９ 空和天气形势可见，小风、高湿及逆温等稳定的气象 条件是霾天气发生的必备条件，其天气形势特点为： 整体受冷气团控制，地面气压场弱，地面风速小，下 地面气温低于同纬度其他地区，且站１因更接近长 白山冷源，比站２地面气温偏低约１．０ ｏＣ。因此，采 暖期长白山冷源对沈阳地区的影响作用显著，可以 垫面较冷，逆温层强度大且不易被破坏，低层大气层 结稳定，不利于大气污染物的扩散和稀释。 ２．２地形作用 使沈阳地区下垫面降温冷却，易导致逆温层的形成 和维持，有利于产生霾天气。 ４４ｏＮ 沈阳地区采暖期霾天气的发生与地形密切相 关。沈阳地区位于辽宁省中部平原地区，沈阳地区 ４３。Ｎ ３５ ｋｍ以东逐渐延伸为丘陵地带，属于东北一西南 ４２。Ｎ 走向的长白山山脉，地势东高西低。冬季弱高压冷 气团控制沈阳地区时，近地面层盛行偏东冷气流，长 ４ｌ ｏＮ 白山冷源对沈阳地区的下垫面影响显著；下垫面受 冷降温极易导致逆温层出现，且越靠近长白山山脉， 冷源效果越明显（站１冬季采暖期地面平均气温低 于站２达１．２℃），从而造成沈阳地区霾天气空间分 布呈东多西少的特点（站１统计霾日数多于站２统 ４０。Ｎ 海拔 ３９。Ｎ 高度／ｍ ｒ＿］ｔ９００ １０ １１９ Ｅ １２０￣Ｅ １２１ Ｅ １２２。Ｅ １２３。Ｅ １２４ Ｅ １２５ＯＥ １２６。Ｅ Ｉ Ｉ Ｅ 彩色区域为地形，单位为ｍ；等值线为等温线，单位为℃；箭 为风场． 单位为ｍ．ｓ；＋为站１的地理位嚣：＋为站２的地理位髓 计霾日数）。沈阳地区采暖期霾天气出现时的地面 图１ ２０１５年１１月ｌ３日０８时东北地区地形、温度场和风场 Ｆｉｇ，１ Ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｅｒｒａｉｎ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ 天气形势中，长白山小高、均压场和东北地形槽３种 类型中均存在长白山冷源的影响作用。利用ＮＣＥＰ／ ＮＣＡＲ再分析资料分析２０１５年１１月１３日０８时东 北区域地面２ ｍ高度实况温度场、１０ ｍ高度实况风 场及东北地区地形叠加示意图可知（图１），东北地 ｗｉｎｄ ｆｉｅｌｄｓ ｉｎ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ ａｔ ０８：００ ｏｎ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １３。２０１５ ２．３采暖期霾天气变化特征 ２．３．１采暖期霾日数年变化 １９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期中度及以上和重 度及以上霾日数的变化趋势基本一致，呈平稳增加 的趋势；特别是２０００年后，随着工业发展和城市化 进程加快（２０００－－２０１０年１０ ａ间沈阳地区市区范围 区高空形势为蒙古高压下均压场，地面受长白山小 高压控制；由地面２ ｍ高度气温的分布可知，长白山 地面气温均低于周围平原及沿海地区，形成以长白 山为冷源中心的气温分布特征；山区地面气温低，平 原地面气温高，较易形成冷源吹向暖源的气流，造成 扩大了５倍），站１和站２采暖期霾日数总体呈跳跃 式增加；站１霾日数略多于站２，说明沈阳地区受长 白山脉冷源的影响，采暖期霾日数呈东多西少的分 布特征。中度霾可以造成能见度明显降低，污染物 平原地区下垫面冷却，１０ ｍ高度实况风场也较好地 证实了这一点。沈阳地区在南东冷气流的作用下， 浓度较大，对人类活动的影响较大，以下分析中霾是 指中度及以上的霾天气。 ——蓖度及以上；…一线性趋势（重度及以｝：）——重度及以上；…一线性趋势（重度及以ｌ ） 图２ １９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期站１（ａ）和站２（ｂ）霾日数年变化 Ｆｉ晷２ Ａｎｎｕａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｈａｚｅ ｄａｙｓ ａｔ ｓｔａｔｉｏｎ １（ａ）ａｎｄ ｓａｌｔｉｏｎ ２（ｂ）ｉｎ Ｓｈｅｎｙａｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ ｆｒｏｍ １９８０ ｔｏ ２０１５ 气象与环境学报 第３３卷 ２．３．２采暖期霾日数日变化 １９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期霾天气主要出现 在上午的０７—１１时，凌晨和午后为霾天气少发期， 入夜以后霾天气出现的日数比下午和凌晨略增加， 但也远少于上午出现的霾日数（图３）。 根据气象条件和扩散条件，逆温为霾天气形成 纛３０ ｆ Ｉ ｌ ｌ ｌ ｉ ｉ￣ｌ Ｉ Ｉ ｌ ｉ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ １ ０ ……… 北京时间 北京时间 图３ １９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期站１（ａ）和站２（ｂ）霾日数的日变化 Ｆｉｇ，．３ Ｄｉｕｒｎａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆｈａｚｅ ｄａｙｓ ａｔ ｓｔａｔｉｏｎ １（ａ）ａｎｄ ｓａｔｔｉｏｎ２（ｂ）ｉｎ Ｓｈｅｎｙａｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ ｆｒｏｍ １９８０ ｔｏ ２０１５ 的关键因子，逆温一般出现在夜间和早晨。一日之 中，凌晨时近地面层气温最低，此时逆温层进一步加 厚，各种污染物积聚至最大浓度；同时气温的降低又 使相对湿度增大，空气中的气溶胶颗粒、水滴及各种 附着物使能见度下降至１０ ｋｍ以下，按照观测标准， 低能见度天气现象记录为雾。日出以后，近地面层 受热升温，相对湿度减小至霾天气的观测标准 （９０．０％以下），低能见度天气现象记录为霾，此时也 将续时Ｊ日Ｊ／ｈ 是一日之中观测到霾天气出现最多的时间。随着近 站１：…一站２ 图４ １９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期站１和站２不同持续 地面层气温进一步升高，近中午逆温层被破坏，污染 时间霜天气年平均出现次数 物扩散至近地面层以上，能见度转好，霾天气消失。 Ｆｉｇ，．４ ＡｍｎｕａＩ ａｖｅｒａｇｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｏｆ ｈａｚｅ ｗｅａｔｈｅｒｓ ｌａｓｔｉｎｇ ｆｏｒ 入夜以后，近地面层降温，逆温层重新出现，污染物 ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅ ａｔ ｓｔａｔｉｏｎ １ ａｎｄ ｓｔａｔｉｏｎ ２ ｉｎ Ｓｈｅｎｙａｎｇ 在近地面层聚集使能见度变差，导致霾天气出现。 ｒｅｇｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔｉｇ ｎｐｅｒｉｏｄｓ ｆｒｏｍ １９８０ ｔｏ ２０１５ 霾天气的日变化特征表明，霾天气日变化的气象条 ２．４霾天气气象要素变化特征 件主要取决于逆温层和相对湿度两个要素，逆温层 ２．４．１相对湿度 的存在决定了低能见度天气现象的出现，而相对湿 由１９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期逐时相对湿 度的大小则界定了霾天气是否存在。 度的变化可知（图５），无霾天气时，地面相对湿度分 根据目前的观测标准，相对湿度是区别霾和雾 布均匀；有霾天气时，地面相对湿度向大值区移动； 的唯一标准，相对湿度大于９０．Ｏ％为雾，相对湿度为 沈阳地区有霾天气时（站１和站２分别为７２．３％、 ８０．０％ ０．０％是雾和霾的混合体，相对湿度小于 ７０．７％）比无霾天气时（站１和站２分别为５８．３％、 ８０．０％则为霾。实际上，许多情况下，如凌晨低能见 ６０．０％）地面平均相对湿度高约１１．０％。另外，地面 度天气现象发生时，根据相对湿度大小记录为雾，而 相对湿度为３０．０％以上时，才可能出现霾天气，且相 根据空气中颗粒物判断首要污染物为ＰＭ ． ，与雾天 对湿度越大，越易出现霾天气。总体来说，霾天气发 气现象的定义矛盾。因此，低能见度天气发生时，单 生时，站１和站２地面相对湿度主要集中出现在 纯依据相对湿度界定雾和霾并不科学，应在进一步 ７０．０％ ０．Ｏ％区间，分别占霾天气发生时相对湿 判别空气颗粒物的基础上进行界定 。 度比例的７２．０％（图５ａ）和７０．０％（图５ｂ）。相对湿 ２．３．３采暖期霾天气持续时间 １９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期霾天气的持续时 度的统计特征较好地说明了水汽对霾天气的发生具 霾天气发生需高湿的天气条件， 间多为７ ｈ以内（图４），站１霾天气最长持续时间为 有较大的辅助作用，５６ ｈ，出现在２０Ｏ５年１月１６日０３时至１８日１０时； 空气中的二氧化物和氮氧化物等气态污染物在湿度 站２霾天气最长持续时间为６８ ｈ，出现在２０１３年 较大的气象条件下易转化为二次颗粒物，导致ＰＭ：１月１９日１７时至２２日１２时。 等气溶胶颗粒物增加；同时，在高湿度的条件下水溶 ——第２期 徐红等：１９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期霾天气气候特征 ９１ 性气溶胶（如硫酸盐和盐气溶胶）吸湿增长，可 一＼脚冀 以极大的增强气溶胶的消光系数，从而导致能见度 ５ ４ ３ ２ １ ０ 降低，出现霾天气。由此可见，地面相对湿度对沈阳 地区霾天气的指示作用较大。 【ａ） ’ｊ 。 ＿／一… ， 一一、 ． ６０ ，， ～， ．． ／● ４０ 厂 ． ５０ ． ７０ ． ８０ 、 ９０ １００ ０ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ，０ ８０ ９０ １００ ０ ｌ０ ２０ ３０ …一相对湿度，（％） 无霾时：——有霾时 …相对湿度／（％） 一无霾时；——有霾时 图５ １９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期站１（ａ）和站２（ｂ）无霾时与有霾时相对湿度频率分布 Ｆｉｇ，．５ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｔｌｌ ｈａｚｅ ａｎｄ ｎｏｎ－ｈａｚｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｔ ｓｔａｔｉｏｎ １（ａ）ａｎｄ ｓａｔｔｉｏｎ ２（ｂ）ｉｎ Ｓｈｅｎｙａｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ ｆｒｏｍ １９８０ ｔｏ ２０１５ ２．４．２地面风速 变化可知（图６），有霾时风速明显低于无霾时风速， 一 一、瓣 ３ 由１９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期地面风速的 ５ ４ ２ ｌ ０ 霾天气较易发生在静风的天气条件下，风速越大，霾 ４０ ３０ 一 ２０ １０ Ｏ Ｕ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ， ９ ｌ０ ｌｌ ｌ２ Ｕ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ， ９ ｌ０ ＩＩ ｌ２ 风速／（ｍ．ｓ。。１ 一无霾时；口有霾时 风速／（ｍ．ｓ。。１ 一无霾时；口有霾时 图６ １９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期站１（ａ）和站２（ｂ）无霾时与有霾时风速频率分布 ｉｇＦ，．６ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ｗｉｔｈ ｈａｚｅ ａｎｄ ｎｏｎ－ｈａｚｅ ｃｏｎｄｉｉｔｏｎｓ ａｔ ｓａｔｔｉｏｎ １（ａ）ａｎｄ ｓａｔｔｉｏｎ ２（ｂ） ｉｎ Ｓｈｅｎｙａｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｅｒｉｄｓ ｆｒｏｍ １９８０ ｔｏ ２０１５ ｏ天气越不易发生。沈阳地区采暖期出现霾天气时， 地面风速主要为３．０ ｍ・ｓ 以下，且静风时出现霾天 气的概率最大。站１和站２无霾时、有霾时的平均 风速分别约为３．８ Ｉｌｌ・Ｓ 与１．６ ｍ・ｓ。。，无霾时、有霾 ２．４．３地面风向 由于沈阳地区特殊的地形作用，在长白山冷源 的作用下，沈阳地区采暖期近地面盛行偏东气流，站１ 霾天气时逐时地面风向频率可以较好地证实这点 时的静风频率分别约为３２。Ｏ％和４３．５％。 …： （图７ａ），１９８０—２Ｏ１５年沈阳地区采暖期站１霾天气 … —、、／＼＼ＮＥ ， ＼ ／无霾时； …一有霾时＼√ 、 、 ————无霾时； …一有霾时 单位为％ 图７ １９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期站１（ａ）和站２（ｂ）无霾时与有霾时各风向出现频率 Ｆｉｇ，．７ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｎｄ ｉｒｅｃｔｄｉｏｎ ｗｉｔｈ ｈａｚｅ ａｎｄ ｎｏｎ－ｈａｚｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｔ ｓａｔｔｉｏｎ １（ａ）ａｎｄ ｓａｔｔｉｏｎ ２【ｂ） ｉｎ Ｓｈｅｎｙａｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ ｆｒｏｍ １９８０ ｔｏ ２０１５ 气象与环境学报 第３３卷 时主导风向为偏东风；站２地处沈阳地区西部 （图７ｂ），在东部城市下垫面的阻挡和长白山冷源的 度和地理位置）；．厂为地转参数。 罗氏法考虑了大气混合层是由热力和机械湍流 共同作用的结果，且边界层大气运动状况与近地面 共同作用下，霾天气时逐时地面主导风向为偏南风。 ２．４．４大气混合层高度 大气混合层高度是反映污染物在铅直方向扩散 气象参数必然存在一定的相互联系和反馈作 用 ］。罗氏法采用地面气象参数估算混合层高 度，公式为： Ｌ＝ １２１…． 的重要参数，是研究空气污染的重要参数，大气混合 层高度越高，越有利于污染物的扩散和稀释 Ｊ。当 混合层高度较低时，污染物在竖直方向的扩散受到 ，易造成较高浓度的污染。混合层高度的计算 方法主要包括国标法、罗氏法、干绝热法和实测法 等 加 。 ＋ （３） 式（３）中， 为混合层高度；Ｐ为大气稳定度级别； ｚ为观测高度；ｕｚ为ｚ高度的观测平均风速；ｚ０为 地面粗糙度（主要由地面的平坦粗糙情况决定，乡村 国标法认为边界层大气的状况主要取决于地面 的冷热程度，混合层高度可以直接利用中国地面常 规气象观测资料计算口。。 ，公式为： 在不稳定和中性大气层结条件下： Ｌ＝ａ０Ｕｉ０／ｆ （１） 取值０．０３—Ｏ．２０ ｍ，市区取值０．８Ｏ—２．００ ｍ）；Ｔ为 气温； 为露点温度。 国标法和罗氏法在计算混合层高度时，均将太 阳高度角、云量（总云量、低云量）和风速等级定量化 后，据此对大气稳定度Ｐ进行分类 ，再计算混合 层高度。本文在沈阳地区站１和站２逐时气象观测 在稳定的大气层结条件下： Ｌ＝ｂ０，／ｖ１ｏ／ｆ （２） 资料的基础上，结合两种方法的优缺点，采取以下方 式（１）一式（２）中，Ｌ为混合层高度；Ｕ 。为１０ ｍ高度 案计算霾天气的混合层高度（表３）。 本文以站２为例分析沈阳地区霾天气混合层高 的平均风速；日 ｂ。为混合层系数（取决于大气稳定 表３混合层高度计算方法及说明 Ｔａｂｌｅ ３ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｍｉｘｉｎｇ ｌａｙｅｒ 度的特征（图８），由于混合层是存在于边界层内的 高度层，边界层高度一般为１５００ ｍ左右，且计算的 混合层高度为１４００ ｍ以上的比例较少（重度霾时为 ４．５％，中度霾时为８．６％，轻度霾时为９．３％），计算混 合层高度的方法又存在一定的误差，因此，本文将计算 的混合层高度为１４００ ｍ以上作为系统误差剔除。 由图８可知，１９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期混合层 高度对沈阳地区霾天气的指示作用较大，重度霾天气混 合层高度主要集中在 ＿１４００ ｍ高度层内，中度霾天气 昆合层高度主要集中在０＿＿６０Ｏ ｍ高度层内，轻度霾天 气混合层高度主要集中在２００—６００ ｍ高度层内。当混 合层高度为０＿＿２００ ｍ时，易发生重度和中度霾天气；当 ２ＯＯ—一４ＯＯ ６００—一ＳＯＯ ｌＵＵＵ—一ｌ２００ 混合层高度为２０ —４００ ｍ时，易发生重度、中度和轻度 霾天气；当混合层高度为４０ｏ＿ ００ ｍ时，易发生中度和 轻度霾天气。 混合层高度／ｍ －重度霾；＿中度霾；口轻度霾； 图８ １９８０－－２０１５年沈阳地区采暧期站２不同等级 霜天气混合层高度的分布及比例 №８］￣ｑｎｇｅ ａｎｄ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ｍｉｘｅｄ ｌａｙｅｒ ｈｅｉｈｔｇ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｒａｎｋｓ ｏｆ ｈａｚｅ ｗ￣ｌｔｈｅｒ￥ａｔ ｓｔａｔｉｏｎ ２ ｉｎ Ｓｈｅｎｙａｎｇ ３结论 （１）１９８０－－０１５年沈阳地区采暖期霾天气易发生 ２在高压脊、平直西风带、蒙古高压下均压场和北上气旋 ｒｅｇｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｅｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ ｆｒｏｍ １９８０ ｔｏ ２０１５ 第２期 徐红等：１９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期霾天气气候特征 市霾Ｅｔ时空特征分析［Ｊ］．气象与环境学报，２０１５，３１ （６）ｆ１１５—１２２． ４种大尺度环境下，地面形势则对应为长白山小高、均 压场、东北地形槽和倒槽４种气压场，地面气压场弱、地 面风速小、低空湿度大、下垫面较冷、逆温层强度大且不 易被破坏，低层大气层结稳定，不利于大气扩散和稀释， 霾天气易发生。 潘本锋，汪巍，李亮，等．我国大中型城市秋冬季节雾 霾天气污染特征与成因分析［Ｊ］．环境与可持续发展， ２０１３，３８（１）：３３—３６． （２）沈阳地区特殊的地形作用与霾天气密切相关， 丁一汇，柳艳菊．近５Ｏ年我国雾和霾的长期变化特征 东侧的长白山冷源对沈阳地区的影响显著，易使其下垫 面冷却形成逆温。 及其与大气湿度的关系［Ｊ］．中国科学：地球科学， ２０１４，４４（１）：３７～４８． （３）１９８０－－２０１５年沈阳地区采暖期霾日数呈平稳 彭应登．北京近期雾霾污染的成因及控制对策分析 增加的趋势，霾天气主要出现在上午的０７一ｌ１时，夜间 和午后为霾天气少发期，霾天气的持续时间多为７ ｈ以 内。 （４）沈阳地区霾天气发生时，地面相对湿度大，主 要集中在７０．Ｏ％— Ｏ％区间；地面风速主要为 ３．０ ＩＴＩ・Ｓ 以下且以静风为主，偏东风为霾天气地面风 ］一１Ｊ一 向的主频率。采用地面气象观测资料计算的混合层高 Ｉ１Ｊ一ｎ一三 一 一例 ］Ｊ度对沈阳地区霾天气的指示作用较好，重度霾天气混合 层高度主要集中在０＿＿１４０ｏ ｍ高度层内，中度霾天气混 合层高度主要集中在０．＿６０ｏ ｍ高度层内，轻度霾天气 混合层高度主要集中在２００－－６００ ｍ高度层内。 参考文献 ［１］中国气象局．地面气象观测规范［Ｍ］．北京：气象出版社， ２００３：２３—２４． ［２］ 中国气象局．ＱＸ／Ｔ １ｌ３—２０１０，霾的观测和预报等级［Ｓ］． 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［Ｊ］．成都气象学院学报，１９９６，１１（１／２）：７３—８１． Ｐａｎ Ｘ Ｌ，Ｙａｈ Ｐ，Ｔａｎｇ Ｊ，ｅｔ ａ１．Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｉｎ— ｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ａｅｒｏｓｏｌ ｈｙｇｒｏｓｃｏｐｉｃ ｇｒｏｗｔｈ ｏｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ＣＯ－ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｖｅｒ ｒｕｒａｌ ａｒｅａｎｅａｒ Ｂｅｉｊｉｎｇ ｍｅｇａ－ｃｉｔｙ［Ｊ］．Ａｔ－ ｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｎａｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２００９，９（１９）：７５１９— ７５３０． 国家标准化管理委员会．ＧＢ／Ｔ １３２０１—９１，制定地方 大气污染物排放标准的技术方法［ｓ］．北京：标准出 版社，１９９２：１５—１８，附录Ｂ，附录Ｅ． 别 １Ｊ 气象与环境学报 第３３卷 Ｃｌｉｍａｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈａｚｅ ｗｅａｔｈｅｒ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ ｆｒｏｍ １９８０ ｔｏ ２０１５ ａｔ Ｓｈｅｎｙａｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｘｕ Ｈｏｎｇ ＣＨＥＮ Ｊｕｎ．ｑｉｎｇ ＨＥ Ｄｏｕ．ｔａｉ ＣＨＥＮＧ Ｐａｎ ＷＡＮＧ Ｗｅｎ ＺＨＵ Ｌｉｎｇ。 ＣＨＡＯ Ｈｕａ。ＧＵ Ｚｈｅｎｇ—ｑｉａｎｇ （１．Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０１６６，Ｃｈｉｎａ；２．Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｏｒｔｈ Ｔｈｅａｔｒｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００００，Ｃｈｉｎａ；３．Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｎｏ．９４６７５ Ａｒｍｙ ｏｆ ＰＬＡ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００５３， Ｃｈｉｎａ；４．Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０１４４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ａｎｄ ｄａｉｌｙ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｈａｚｅ ｗｅａｔｈｅｒ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅ— ｓｐｏｎｄｉｎｇ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｉｎ Ｓｈｅｎｙａｎｇ ｆｒｏｍ １９８０ ｔｏ ２０１５．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｈａｚｅ ｄａｙｓ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ ａ ｓｔｅａｄｙ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ｒｏｍ １９８０ ｔｏ ２０１５．Ｔｈｅ ｈａｚｅ ｗｅａｔｆｈｅｒ ｍａｉｎｌｙ ａｐｐｅａｒｓ ｆｒｏｍ ０７：００ ｔｏ １１：００ ａ．ｍ．，ｍｏｓｔｌｙ ｄｉｓａｐｐｅａｒｓ ａｔ ｎｉｇｈｔ ａｎｄ ｉｎ ｈｅ ａｆｔｅｒｎｏｏｎ．Ｔｈｅ ｄｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｓｔ ｏｆ ｈａｔｚｅ ｗｅａｔｈｅｒｓ ｉｓ ｗｉｔｈｉｎ ７ ｈｏｕｒｓ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｈａｚｅ ｗｅａｔｈｅｒ ｈａｐｐｅｎｓ ｄｕｒｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ，ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｉｓ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｒｅｇｕｌａｒｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ７０％一９０％．Ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｏｎ ｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｉｓ ｏｆｔｅｎ ｓｔａｔｉｃ，ｉｔｓ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｌｅｓｓ ｔｔｈａｎ ３．０ ｍ‘ｓ～，ａｎｄ ｉｔｓ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｍｏｓｔｌｙ ｅａｓｔｅｒｌｙ．Ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｍｉｘｉｎｇ ｌａｙｅｒ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｈａｓ ａ ｇｏｏｄ ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｎｋｓ ｏｆ ｈａｚｅ ｗｅａｔｈｅｒｓ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｖｅｒｅ ｈａｚｅ ｗｅａｔｈｅｒ。ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｍｉｘｉｎｇ ｌａｙｅｒ ｉｓ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ ｗｉｔｈｉｎ ０—４００ ｍ；ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｏｄｅｒａｔｅ ｏｎｅ，ｉｔ ｉｓ ｗｉｔｈｉｎ ０—６００ ｍ；ａｎｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｉｌｄ ｏｎｅ，ｉｔ ｉｓ ｗｉｔｈｉｎ ２００—６００ ｍ．Ｔｏ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｆｏｒｅｃａｓ— ｔｉｎｇ ｏｆ ｗｅａｔｈｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ Ｃａｎ ｈｅｌｐ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｐｒｅｄｉｃｔ ｈａｚｅ ｗｅａｔｈｅｒｓ ａｎｄ ｔｏ ｔａｋｅ ｕｓｅｆｕｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｈａｚｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｅａｔｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ；Ｈａｚｅ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ；Ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｍｉｘｉｎｇ ｌａｙｅｒ
