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珠江三角洲霾天气的近地层输送条件研究

吴兑 廖国莲 邓雪娇 毕雪岩 谭浩波 李菲 蒋承霖 夏冬 范绍佳

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珠江三角洲霾天气的近地层输送条件研究

  • 资助项目: 国家自然科学基金项目 (U073304, 40375002, 40418008)、863计划项目 (2006AA06A306)、973项目 (2006CB403701)、广东省自然科学基金项目 (033029, 0400392)、广东省重点科技攻关项目 (2004A30401002, 2005B32601011) 和广州市应用基础研究项目 (2004J1-0021) 共同资助

Transport Condition of Surface Layer Under Haze Weather over the Pearl River Delta

  • 摘要: 近年来, 珠江三角洲地区气溶胶污染日趋严重, 霾天气造成能见度恶化和空气质量下降。近地层输送条件即地面流场与大气污染物稀释扩散密切相关。利用2004—2005年广东省466个地面自动气象站资料、广州观象台常规气象资料、珠江三角洲大气成分站网器测能见度资料、珠江三角洲城市环境监测站网的PM10浓度资料等, 使用矢量和分析方法, 分析珠江三角洲近地层风及其对严重霾天气过程和清洁对照过程的影响。结果表明: 2004年霾天气高发季节, 东亚纬向环流比2005年同期显著, 纬向环流不显著的年份, 气流南北交换显著, 冷空气跨越南岭、到达珠江三角洲的机会比较大, 伴随冷空气的大风等天气有利于污染物扩散; 纬向环流显著的年份, 冷空气跨越南岭、到达珠江三角洲的机会比较小, 污染物易于堆积。珠江三角洲霾天气具有区域性特征, 旱季出现最多, 雨季出现最少。严重霾天气过程出现在每年12月至次年4月, 清洁对照过程出现在台风直接影响或冷空气活动频繁的季节。与2004年相比, 2005年的静风频率较低, 且旱季风速较大, 不利于霾天气的形成。矢量和分析表明:区域霾天气过程与区域内静小风过程, 即出现气流停滞区有密切联系, 清洁对照过程与强平流输送有关。
  • 图 1  计算水平空间矢量和示意图

    Fig.1  Derived horizontal spatial vectors and schematic diagram

    图 2  亚洲纬向环流指数序列

    Fig.2  Series of zonal circulation indexes for Asia

    图 3  2004年和2005年广州平均风速变化

    Fig.3  Variation of mean wind speed in Guangzhou during 2004—2005

    图 4  2004年珠江三角洲平均流场 (单位: m·s-1)

    Fig.4  Mean stream field of the Pearl River Delta in 2004 (unit: m·s-1)

    图 5  2005年珠江三角洲平均流场 (单位: m/s)

    Fig.5  Same as in Fig.4, but for the year of 2005

    图 6  广州严重霾日的逐月变化

    (能见度<5 km, 相对湿度<90%)

    Fig.6  Monthly variation of serious hazy days in Guangzhou

    (visibility <5 km, relative humidity <90%)

    图 7  2004年1月1—13日 (a) 和2005年11月12—24日 (b) 珠江三角洲日平均风速与广州VAPI的点聚图

    Fig.7  Scatter diagram for diurnal mean wind speed in the Pearl River Delta and VAPI in Guangzhou during Jan 1—13, 2004 (a) and Nov 12—24, 2005 (b)

    图 8  风的120 h矢量和 (a) 2004年1月5—9日, (b) 2005年11月16—20日 (单位: m·s-1)

    Fig.8  Sum of wind vectors for 120 hours during Jan 5—9, 2004 (a) and Nov 16—20, 2005 (b)(unit : m·s-1)

    表 1  2004年、2005年珠江三角洲6城市霾日数 (单位: d)

    Table 1.  Number of hazy days for six cities in the Pearl River Delta in 2004 and 2005 (unit:d)

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    表 2  典型霾天气过程的选取

    Table 2.  Selection of weather processes for typical hazy weather

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    表 3  清洁对照天气过程的选取

    Table 3.  Selection of weather processes for clean control

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    表 4  典型霾天气过程的选取 (VAPI=73.9)

    Table 4.  Same as in Table 2, but for VAPI=73.9

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    表 5  清洁对照天气过程的选取 (VAPI=73.9)

    Table 5.  Same as in Table 3, but for VAPI=73.9

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出版历程
  • 收稿日期:  2006-08-18
  • 修回日期:  2007-07-09
  • 刊出日期:  2008-02-29

珠江三角洲霾天气的近地层输送条件研究

  • 1. 中国气象局广州热带海洋气象研究所, 广州 510080
  • 2. 中山大学环境科学与工程学院大气科学系, 广州 510275
资助项目: 国家自然科学基金项目 (U073304, 40375002, 40418008)、863计划项目 (2006AA06A306)、973项目 (2006CB403701)、广东省自然科学基金项目 (033029, 0400392)、广东省重点科技攻关项目 (2004A30401002, 2005B32601011) 和广州市应用基础研究项目 (2004J1-0021) 共同资助

摘要: 近年来, 珠江三角洲地区气溶胶污染日趋严重, 霾天气造成能见度恶化和空气质量下降。近地层输送条件即地面流场与大气污染物稀释扩散密切相关。利用2004—2005年广东省466个地面自动气象站资料、广州观象台常规气象资料、珠江三角洲大气成分站网器测能见度资料、珠江三角洲城市环境监测站网的PM10浓度资料等, 使用矢量和分析方法, 分析珠江三角洲近地层风及其对严重霾天气过程和清洁对照过程的影响。结果表明: 2004年霾天气高发季节, 东亚纬向环流比2005年同期显著, 纬向环流不显著的年份, 气流南北交换显著, 冷空气跨越南岭、到达珠江三角洲的机会比较大, 伴随冷空气的大风等天气有利于污染物扩散; 纬向环流显著的年份, 冷空气跨越南岭、到达珠江三角洲的机会比较小, 污染物易于堆积。珠江三角洲霾天气具有区域性特征, 旱季出现最多, 雨季出现最少。严重霾天气过程出现在每年12月至次年4月, 清洁对照过程出现在台风直接影响或冷空气活动频繁的季节。与2004年相比, 2005年的静风频率较低, 且旱季风速较大, 不利于霾天气的形成。矢量和分析表明:区域霾天气过程与区域内静小风过程, 即出现气流停滞区有密切联系, 清洁对照过程与强平流输送有关。

English Abstract

    • 近年来, 在我国大城市中, 由于工业化、城市化、交通运输现代化的迅速发展, 化石燃料 (煤、石油、天然气) 的消耗量迅猛增加, 汽车尾气、燃油、燃煤、废弃物燃烧直接排放的气溶胶粒子和气态污染物通过光化学反应产生的二次气溶胶污染物日增, 使得霾现象日趋严重, 已经成为一种新的灾害性天气[1-5]

      珠江三角洲是我国乃至世界上最活跃的经济区之一。随着其工业化进程和城市化进程的不断加快, 人类活动向大气中排放大量的污染物, 致使珠江三角洲城市群近年来大气霾现象越来越严重, 天空经常被一层灰蒙蒙的气溶胶云所覆盖, 能见度差, 大气混浊度高。虽然已采取了选用清洁能源、消烟除尘、控制汽车尾气排放等诸多措施, 但该地区大气气溶胶细粒子污染仍然日趋严重。自20世纪80年代初开始, 该地区的能见度急剧恶化导致霾日数与日俱增, 整个珠江三角洲地区的空气质量下降。如何预测和控制霾天气、改善区域环境空气质量, 已成为珠江三角洲实现区域可持续发展的关键问题之一。

      排入大气中的污染物主要来源于自然排放和人类活动的排放。而在一段时期内, 自然排放和人类活动排放的污染物总量是大致稳定的, 但有时出现严重的霾天气, 有时却又是蓝天白云, 决定性的控制因素就是气象条件[5]。在不同气象条件下, 同一污染源排放所造成的地面污染物浓度可相差几十倍乃至几百倍, 这是由于大气对污染物的稀释扩散能力随着气象条件的不同而发生巨大变化[6]。强烈的低空逆温、冷空气或台风来临之前的下沉气流、静风等, 都使得霾天气更为严重。而持续性的降水、南下冷空气的大风、台风等天气则使得空气非常清洁。因此, 研究气象因子对霾天气的影响, 进而科学、有效地预测和控制霾天气, 是十分重要和紧迫的研究课题[7-10]。国内外已有很多学者从天气形势、逆温层、混合层以及各种气象因子的角度对空气质量进行了大量研究[6], 但针对霾的研究相对不多。对珠江三角洲地区的霾天气曾做过一些研究[11-14], 而且有研究重点分析了2003年11月初广州发生的一次严重霾天气过程, 指出当时珠江三角洲地区处在台风外围, 受下沉气流控制, 混合层被压低, 地面风速很小, 气溶胶不易扩散, 从而导致能见度很低, 出现了严重的霾天气。珠江三角洲属于南亚热带季风气候区, 受季风影响显著, 旱季盛行东北风, 雨季盛行偏南风。在大尺度季风背景下, 它还会受到海陆风、城市热岛环流、翻越南岭下沉气流等中小尺度系统的复合影响。

      本文主要利用2004—2005年广东省466个地面自动气象站资料、广州观象台常规气象资料、珠江三角洲大气成分站网器测能见度资料, 珠江三角洲城市环境监测站网的PM10浓度资料等, 制定统一的标准统计分析了2004—2005年的典型霾天气与清洁对照过程。使用矢量和的分析方法, 分析珠江三角洲近地层风及其对严重霾天气过程和清洁对照过程的影响。

    • 对于气态污染物和颗粒态污染物来说, 风主要表现了平流输送的能力, 但它又是局地性最强的气象因子之一。由于常规气象站网站点稀疏, 不能很好地代表区域性风场特征, 因此, 本文利用广东省气象局地面自动气象站资料, 对珠江三角洲2004—2005年的近地层风的变化特征进行分析, 并探讨该地区近地层风对霾天气的影响。

      霾天气是细粒子气溶胶在一段时间内累积的结果, 本文对近地层风求一定范围一段时间内的矢量和, 是为了更清晰地了解一段时间内珠江三角洲近地层空气流动的总合效果, 从而更为直观地分析近地层风对霾天气的影响。近地层风的矢量和分布图是一定范围n个小时风的矢量和分布, 其具体方法是, 首先分别对逐时风资料进行客观分析, 即先将逐时u, v分量的原始资料经客观分析插值到网格点上, 客观分析采用Cressman逐步订正法[15], 分析范围是20.0°~25.5°N, 109.5°~118.0°E, 网格大小为0.05°×0.05°经纬度。分析过程中风场资料经过了基本的资料预处理, 去除野点后再分别对每个网格点上的逐时u, v资料按照图 1的方案五点求和作为每个格点上周围小区域内的水平空间矢量和, 最后将每个网格点上n个小时的水平空间矢量和再进行加和, 成为风的n小时累积水平空间矢量和。矢量和分布图中的每一个风矢代表了n个小时大约60 km2范围内空气流动的总合效果。

      图  1  计算水平空间矢量和示意图

      Figure 1.  Derived horizontal spatial vectors and schematic diagram

      风的矢量和分布图与风的平均流场图的物理意义不同。风的n小时累积水平空间矢量和分布图表示小区域某段时间内当地空气流动的累积效应, 而风的平均流场图表示的是某段时间内空气流动的平均情况。

    • 大气环流背景直接影响到大尺度的流场和气压场, 进而对污染物的堆积、扩散产生重要的影响。环流指数的年际差异会影响到区域空气质量。从多年情况看, 9月以后霾天气开始增加, 可以一直持续到次年4月[11]图 2是2004—2005年亚洲纬向环流指数序列图, 环流指数数据来自国家气候中心气候系统监测公报。从图 2可以看到, 2004年纬向环流比2005年显著, 尤其是霾天气高发季节2004年纬向环流比2005年更加显著。纬向环流较不显著的年份, 气流南北交换明显, 冷空气频频跨越南岭、到达珠江三角洲的机会比较大, 伴随冷空气的大风等天气有利于污染物的扩散; 而2005年由于全年尤其是9—12月东亚环流指数纬向度减少, 使得霾天气出现较常年偏少; 纬向环流显著的年份, 冷空气跨越南岭、到达珠江三角洲的机会比较小, 污染物易于堆积。鉴于2004年与2005年具有明显不同的大气环流背景, 本文选用这两年进行对比分析。

      图  2  亚洲纬向环流指数序列

      Figure 2.  Series of zonal circulation indexes for Asia

    • 以广州作为珠江三角洲的代表城市, 分析广州观象台2004—2005年地面风场的基本特征。分析表明 (图略), 广州1—3月、9—12月盛行北偏东风, 4—8月盛行东南风。2004—2005年全年静风频率均在5%左右, 但2004年的静风频率比2005年高。2004年静风频率最高出现在2月, 其次是9月, 分别为9.91%, 9.17%; 2005年的情况与2004年类似, 静风频率最高也出现在2月, 其次是9月, 分别为8.48%, 7.92%。另外, 2005年的3月、5月和6月的静风频率很低, 均不超过2.5%。而在2004年中, 静风频率最低出现在10月, 为3.63%。

      图 3给出了广州2004—2005年各月平均风速变化曲线。2004年各月平均风速较小, 均不超过1.1 m/s, 2004年的风速季节变化不明显。2005年多数月份平均风速明显高于2004年, 并有明显的雨季旱季变化, 雨季风速较低, 旱季较高, 峰值分别出现在5月和11月。两年相比, 2004年大部分月份的月均风速都比2005年低, 尤其在多年平均霾严重的9—12月[11], 2005年平均风速几乎比2004年高出一倍, 最高接近2.5 m/s。

      图  3  2004年和2005年广州平均风速变化

      Figure 3.  Variation of mean wind speed in Guangzhou during 2004—2005

    • 从珠江三角洲3—5月、6—8月、9—11月和12月—次年2月的平均风场 (见图 4图 5) 可知, 珠江三角洲旱季盛行北偏东风, 雨季盛行东南风。从图 4可见, 2004年珠江三角洲风场有较明显的季节变化, 3—5月盛行偏东风, 6—8月盛行偏南风, 旱季盛行偏北风; 12月—次年2月风速最小, 6—8月平均风速最大。而且沿海地区风速较大, 内陆地区风速较小。图 5表明2005年雨季前汛期珠江三角洲盛行较强的东南风, 明显不同于2004年3—5月, 盛行微弱的偏东风; 2005年旱季珠江三角洲地区风速明显比2004年要大。

      图  4  2004年珠江三角洲平均流场 (单位: m·s-1)

      Figure 4.  Mean stream field of the Pearl River Delta in 2004 (unit: m·s-1)

      图  5  2005年珠江三角洲平均流场 (单位: m/s)

      Figure 5.  Same as in Fig.4, but for the year of 2005

      从这两年珠江三角洲平均流场分析发现, 2005年近地层经向流动的强度比2004年大, 说明2005年的平均输送能力比2004年强, 这与前面提到这两年亚洲大气环流背景特点相符合。

    • 定义日均能见度小于10 km, 日均相对湿度小于90%, 并排除降水等其他能导致低能见度事件的情况为一个大气霾日, 如果能见度小于3 km, 即达到霾天气预警信号发布标准, 是严重霾天气。日均能见度小于10 km, 日均相对湿度大于90%, 并排除降水等其他能导致低能见度事件的情况为一个雾日或轻雾日[5, 13]

      表 1给出了珠江三角洲6城市出现霾的天数, 东莞、佛山、肇庆等地的霾现象也非常严重。除惠州外, 其他5个城市2005年出现霾的天数明显比2004年少。从一个侧面反映与2004年相比, 珠江三角洲2005年空气质量较好。

      表 1  2004年、2005年珠江三角洲6城市霾日数 (单位: d)

      Table 1.  Number of hazy days for six cities in the Pearl River Delta in 2004 and 2005 (unit:d)

      图 6是2004年、2005年广州严重霾日的月变化图。由图可知, 广州严重霾天气具有很明显的年变化特征。严重霾天气在12月至次年4月最多, 7—11月没有出现。广州2004年霾天气出现天数总共有142 d, 2005年有131 d。可见, 广州2005年霾天气比2004年少, 空气质量较好, 尤其是12月至次年4月。

      图  6  广州严重霾日的逐月变化

      Figure 6.  Monthly variation of serious hazy days in Guangzhou

      大气能见度是环境空气质量最直接的指标之一。同时空气污染指数 (API指数) 能在一定程度上代表当地的空气质量水平。因此, 用大气能见度和空气污染指数作为参考指标挑选典型过程。以霾比较严重的广州作为珠江三角洲的代表城市来选取典型过程。首先, 以能见度作为参考指标。经调试, 以连续5 d以上符合能见度小于5~7 km作为典型霾天气过程的判断条件, 选出符合条件的典型霾天气过程如表 2

      表 2  典型霾天气过程的选取

      Table 2.  Selection of weather processes for typical hazy weather

      表 2图 6看出, 由能见度选出的典型霾天气过程分布在1—4月。同等条件下, 选出的典型霾天气过程2004年比2005年多。如2004年能见度连续5 d小于6 km的典型霾天气过程有4个, 而2005年只有2个; 2004年能见度连续5 d小于7 km的霾过程有5个, 而2005年只有3个。

      对于清洁对照天气过程, 以连续4 d符合能见度大于15~17 km作为判断条件, 选出符合条件的清洁对照过程如表 3

      表 3  清洁对照天气过程的选取

      Table 3.  Selection of weather processes for clean control

      表 3可以看出, 在同一条件下, 2004年选出的清洁对照天气仅有1次, 而2005年能见度连续4 d大于15 km的清洁对照过程有5个。

      然后以广州的VAPI(即API指数值) 作为参考指标选取典型过程。广州2004年VAPI=78.6, 2005年VAPI=69.3, 可见2004年和2005年的空气质量水平有较大差异。选用2004与2005年广州VAPI的平均值73.9作为参考指标, 以连续5 d符合VAPI >150%×VAPI, 140%×VAPI, 130%×VAPI作为典型霾天气过程的判断条件, 选出符合条件的典型过程如表 4

      表 4  典型霾天气过程的选取 (VAPI=73.9)

      Table 4.  Same as in Table 2, but for VAPI=73.9

      表 4可以看出, 由V API选出的典型霾天气过程分布在每年的10月至次年2月。同一条件下, 2004年选出的典型霾天气过程比2005年多。如2004年连续5 d VAPI >130%×VAPI的霾过程有4个, 而2005年1个也没有。

      对于清洁对照天气过程, 以连续4 d符合VAPI < 50%×VAPI, VAPI < 60%×VAPI, VAPI < 70%×VAPI作为判断条件, 选出符合条件的清洁对照过程如表 5

      表 5  清洁对照天气过程的选取 (VAPI=73.9)

      Table 5.  Same as in Table 3, but for VAPI=73.9

      表 5可知, 由VAPI选出的清洁对照天气过程2005年同样比2004年的多。如2005年连续4 d V API < 70%×VAPI的清洁过程有8个, 而2004年只有2个。

      严重霾天气过程、清洁对照过程的个例表明, 严重霾天气过程出现在每年的10月至次年的4月, 清洁对照过程出现在台风直接影响或冷空气活动频繁的季节。与2005年相比, 同一判别条件下都是2004年典型霾天气过程比较多, 清洁对照过程比较少。

      将唯一符合能见度连续5 d小于5 km, 且连续5 d VAPI>150%×VAPI的2004年1月4—10日作为典型的严重霾天气过程进行深入分析, 把唯一符合连续4 d能见度>17 km, 且连续4 d VAPI < 60%×VAPI的2005年11月15—21日作为典型的清洁对照天气过程进行深入分析。

      从广州VAPI变化可见 (图略), 在整个典型霾天气过程中, VAPI在2004年1月6日达到最高, 随后逐渐下降, 到10日又有所上升。此次过程珠江三角洲大部分地区出现了较严重的霾天气。各城市有相似的增高和降低的趋势, 表现出较为明显的区域性特征。在整个过程中广州的能见度日均值均低于5 km, VAPI>100, 且相对湿度均低于85%, 是一个严重霾天气过程导致的低能见度事件。这次典型霾天气过程的特点是影响范围大, 珠江三角洲各地区都受到不同程度的影响, 持续时间长。

      对位于珠江三角洲范围 (21.7°~23.5°N, 113.0°~114.5°E) 内的176个自动气象站的风资料做逐时平均, 在2004年1月2日珠江三角洲持续7 h平均风速超过2 m/s后, 广州VAPI从2日的112下降到3日的78, 随后持续的长时间小风导致了此次严重霾天气过程, 在5日至6日上午持续近乎静风的情况下, 广州VAPI于6日达到了149, 风速在7—9日有所加大, VAPI也有所下降, 而随着9日下午至10日上午风速的再次减小, 10日VAPI上升到123, 此次严重霾天气过程的结束起因于珠江三角洲持续的大风, 广州VAPI从10日的123降到了11日的55、接着继续降到12日的27, 彻底结束此次典型的严重霾天气过程。结合此次严重霾天气过程及前后3 d珠江三角洲日均风速与广州VAPI的点聚图 (图 7a), 当珠江三角洲日均风速 < 1.5 m/s时, 广州VAPI几乎均大于100;当风速>2 m/s时, VAPI都小于60, 两者有很好的反相关关系, 相关系数达到了0.8607。

      图  7  2004年1月1—13日 (a) 和2005年11月12—24日 (b) 珠江三角洲日平均风速与广州VAPI的点聚图

      Figure 7.  Scatter diagram for diurnal mean wind speed in the Pearl River Delta and VAPI in Guangzhou during Jan 1—13, 2004 (a) and Nov 12—24, 2005 (b)

      从天气形势上看, 2004年1月上旬, 珠江三角洲高空为偏西气流, 低层为弱高压脊, 1日晚到2日地面有弱冷空气南下, 3日起转为变性高压脊控制, 故能见度在1月5日达到一个低值; 6—7日再次有弱冷空气南下影响, 因此, 6日能见度又有所上升; 8日重新受变性高压脊控制, 故能见度又逐渐下降, 并于10日达到最低值。华南在高压环流控制下, 多数站点滴雨未下, 特别是珠江三角洲地区天气晴朗; 由于冷空气较弱, 导致上旬气温偏高, 风力微弱。可见天气系统的变化对该次严重霾天气过程的发生、发展、消散起着重要作用。这次影响珠江三角洲的严重霾过程的气象背景场为珠江三角洲处于变性高压脊控制下, 大尺度系统较弱, 地方性中小尺度系统非常强, 近地层长时间风速较小, 在珠江三角洲出现气流停滞区。

      图 8是这次严重霾天气过程近地层风的120 h矢量和分布图, 时间从霾天气过程开始的第2天到霾天气过程结束的前1天。由图 8可知, 这次过程整个珠江三角洲甚至其周围地区风的120 h矢量和都非常小, 污染物的水平扩散条件很差, 形成明显的气流停滞区, 此种气流停滞区造成了污染物的停滞、堆积, 5 d日均能见度为2.3~4.1 km, 最小能见度为1.5 km, 最大能见度也只有6 km, 致使此段时间在珠江三角洲出现了非常严重的霾天气。

      图  8  风的120 h矢量和 (a) 2004年1月5—9日, (b) 2005年11月16—20日 (单位: m·s-1)

      Figure 8.  Sum of wind vectors for 120 hours during Jan 5—9, 2004 (a) and Nov 16—20, 2005 (b)(unit : m·s-1)

      选出的清洁对照过程及前后3天珠江三角洲逐时风速与广州VAPI的变化图 (图略) 可以看到, 珠江三角洲2005年11月14日下午开始持续13 h风速在2 m/s左右, 这使得广州VAPI从14日的79下降到15日的37, 接着持续的大风使得此次清洁对照过程得以持续。22, 23日开始, 风速逐渐减小, VAPI也逐渐上升, 此次典型的清洁对照过程结束。

      结合图 7b, 当珠江三角洲日平均风速 < 2 m/s时, 广州VAPI>50;当日平均风速>2 m/s时, VAPI < 50, 两者有很好的反相关关系, 相关系数达到了0.8293。

      这次清洁对照过程是南下冷空气影响造成的, 2005年11月14日冷空气前锋开始自北向南影响广东, 给广东带来降雨和降温天气; 16日, 冷锋过境, 广东转为冷锋后晴朗天气。随后仍不断有小股冷空气南下补充, 直至20日, 地面24 h变压均维持正值, 此后气压场逐渐降低, 24 h变压转为负值, 故能见度最好出现在19日。此次典型的清洁对照过程发生在冷空气活动期间, 冷空气所带来的大风及降水使得珠江三角洲各地空气非常清洁, 能见度很高。可见, 天气系统的变化同样对清洁对照过程的发生、发展、结束起着重要作用。

      图 8b是此次清洁对照过程近地层风的矢量和分布图, 时间选取清洁对照过程开始的第2天到清洁对照过程结束的前1天。

      图 8b可见, 整个珠江三角洲甚至其周围地区风的120 h矢量和比较大, 持续不断的稳定气流从北至南通过广东省中部地区, 这有利于污染物的水平扩散, 5 d日均能见度均在30 km以上, 最小能见度达到24 km, 最大能见度超过60 km, 使得此段时间珠江三角洲空气非常清洁。这次影响珠江三角洲的清洁过程的天气背景是强冷空气影响, 珠江三角洲近地层持续一段时间风向稳定的大风, 大尺度系统很强, 地方性中小尺度系统很弱。

    • 本文利用广东省地面自动气象站资料, 根据一定标准选取典型霾天气过程和清洁对照过程, 分析研究了珠江三角洲区域近地层风的特征, 并探讨了珠江三角洲近地层风对典型霾天气的影响。使用矢量和方法有效分析了典型霾天气及清洁对照过程形成的区域输送条件, 通过流场的分析证实了2005年较2004年有较强的平流输送能力。主要结论如下:

      1) 2004年纬向环流比2005年显著。纬向环流不显著的年份, 气流南北交换显著, 冷空气跨越南岭、到达珠江三角洲的机会比较大, 伴随冷空气的大风等天气有利于污染物的扩散; 纬向环流显著的年份, 冷空气跨越南岭、到达珠江三角洲的机会比较小, 污染物易于堆积。

      2) 珠江三角洲旱季盛行偏北风, 雨季盛行偏南风。2004年的静风频率比2005年高, 2005年旱季珠江三角洲地区风速明显比2004年大, 2005年风速有明显的雨季旱季变化, 且主要是旱季风速较大, 不利于霾天气的形成。从珠江三角洲两年平均流场分析发现, 2005年近地层经向流动的强度比2004年大, 小风区域有所减少, 说明2005年的平均输送能力比2004年强, 与这两年东亚大气环流背景特点相符合。

      3) 珠江三角洲霾天气具有区域性特征, 旱季出现多, 雨季出现少。2005年珠江三角洲霾天气比2004年少。

      4) 典型霾天气过程、清洁对照过程的个例分析表明, 典型霾天气过程出现在每年10月至次年4月, 清洁对照过程出现在台风直接影响或冷空气活动频繁的季节。2004年的典型霾天气过程比较多; 而2005年清洁对照过程比较多。

      5) 珠江三角洲可能发生严重霾天气的条件, 需要前期颗粒物污染维持在较高的水平, 当珠江三角洲处于变性高压脊控制下, 如果珠江三角洲近地层风持续一段小风时期, 出现气流停滞区, 水平扩散条件不好时, 较易出现严重霾天气。

      6) 矢量和是一种很好的分析工具, 分析表明区域典型霾天气过程与区域内广泛出现静小风过程, 即出现气流停滞区密切联系, 清洁对照过程与强平流输送有关。

参考文献 (15)

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