承德市一次持续性雾霾天气过程的分析

摘 要 利用常规观测资料、NECP（1°×1°）再分析资料及河北省环境监测中心提供的资料，分析2014年2月21—25日承德市雾霾天气过程。结果表明：此次雾霾天气，前期以霾为主，中期以轻雾为主，后期白天为轻雾、霾交替，夜间以雾为主；高空偏西气流和地面弱气压场是导致雾霾天气持续的天气背景；逆温层产生和维持，持续较小垂直交换系数、低层垂直速度、风速，都是雾霾持续和发展重要原因；低层弱偏西风、偏南风，使雾霾加剧。能见度与风速、气压呈正相关，与相对湿度、PM2.5浓度及气温呈负相关；雾霾发生前气象要素特征差异明显，可为雾霾天气预报提供参考依据。

关键词 雾霾；阶段性特征；垂直交换系数；垂直速度；能见度

中图分类号：P427.2 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.27.052

雾霾天气是一种重要气象灾害，随着社会经济逐步发展，雾霾天气频繁发生对人体健康和生态环境都会造成严重影响。2011年雾霾天气入选中国十大天气气候事件，反映出社会公众对雾霾天气关注程度的显著提高。

2014年2月21—25日，承德市出现了持续雾霾天气过程，大气污染严重，对人们生活及健康带来严重影響。因此，本文采用气象常规观测资料、NECP（1°×1°）再分析资料及河北省环境监测中心提供的资料，对持续雾霾天气分析，揭示此次雾霾天气过程严重性、罕见性和发生发展机制，力图找到预测承德市雾霾天气的有效方法[1-2]。

1 雾霾天气过程概述

2014年2月21—25日，承德市出现了一次持续雾霾天气过程。根据最新调整的雾霾观测标准（能见度<10.0 km，相对湿度<65%时记为霾；相对湿度≥65%时，能见度在1.0～10.0 km记为轻雾，相对湿度≥85%时，能见度

<1.0 km记为雾）分析这次过程天气现象。由图1看出，20日承德能见度开始明显下降，21—25日能见度基本维持在2 km左右；21日相对湿度在65%以下，因此21日白天承德市以霾为主；21日夜到23日夜承德相对湿度维持在65%～85%，22、23日承德市东北部出现弱降水，相对湿度增大，21日夜到23日承德以轻雾为主；24—25日承德市区白天相对湿度在65%左右，到了夜间相对湿度>65%，个别时段>85%，同时能见度<1.0 km。因此，24—25日承德市白天为轻雾与霾交替出现，夜间以雾为主。26日冷空气入侵，相对湿度明显减小，能见度增加，承德市雾霾天气趋于消散。由此得到，过程开始承德市相对湿度相对较小，以轻雾、霾交替为主；过程中期由于弱降水产生，相对湿度增加并维持，承德市以轻雾为主；过程后期，随着降水结束，昼夜气温变化导致白天相对湿度较小而夜间空气相对湿度较大，白天为轻雾和霾天气交替出现，夜间以雾为主。

2 环流背景分析

据2月21—26日500 hPa平均高度场资料显示，中高纬度欧亚大陆上空为一槽一脊形势，乌拉尔山存在一低槽，贝加尔湖以东地区为一宽广高压脊，承德市主要受西风气流控制；21—26日逐日500 hPa高度场和850 hPa温度场（图略）上，承德上空受偏西气流控制，高空环流形势稳定；850 hPa有暖脊东移，致使中层大气增温明显，为逆温层出现创造了良好条件。可见，稳定环流形势是连续雾霾天气出现的重要天气背景。

分析21—26日海平面气压平均场，承德市主要受弱气压场控制，气压梯度很小，近地层水平风速很弱，基本在2 m/s以下，承德市近地层上处于静稳天气形势中，制约污染物水平扩散，利于大范围雾霾天气发生。

3 物理量场分析

3.1 大气层结特征

分析张家口市21—26日探空资料，21日08：00—25日20：00，近地面层存在逆温层，26日08：00逆温层消失，承德市雾霾天气趋于消散。配合21—27日温度和相对湿度剖面图（图2），21日，925 hPa以下承德市相对湿度较小，以霾为主；22、23日承德市上空湿层较厚，东北部出现弱降水，而承德市出现轻雾，0 ℃层位于地面附近；24—25日湿层明显变薄，相对湿度变小，0 ℃层升高，位于850 hPa附近，较24日以前温度随高度增加，因此污染物在地面停滞积聚，加剧空气污染程度，过程后期能见度进一步降低，出现<1 km的情况。

3.2 垂直交换系数

垂直交换系数主要表征垂直方向湍流交换的剧烈程度，指数低，则表示垂直方向湍流交换偏弱，当垂直交换系数<15 000时，易发生雾霾天气。通过计算，21—26日承德市雾霾期间垂直交换系数均<15 000，因此垂直方向湍流交换偏弱，不利于污染物垂直扩散。

3.3 边界层条件

分析承德上空21—27日逐日垂直速度，21—26日边界层，垂直速度绝对值都很小，特别是925 hPa以下垂直速度基本为零，说明承德市边界层没有强烈上升或下沉运动，天气相对静稳。22—23日，在850 hPa附近存在垂直速度负值区，该层有弱上升运动，承德东北部产生弱降水，承德市区为阴，相对湿度较大，以轻雾为主；24—25日整层垂直速度均为很小正值，有弱下沉运动，使大气垂直扩散能力继续下降，污染物浓度增加，低层能见度降低，污染强度达最强，说明弱下沉运动有利于污染物积累，有利于雾霾持续和发展。26日，850～700 hPa出现负垂直速度，而在500 hPa附近正垂直速度较前期加强，此时雾霾趋于消散，说明低层有上升运动而中层下沉运动加强，导致大气垂直扩散能力加强，污染物浓度降低，低层能见度升高，雾霾消散。

3.4 风场

分析21—27日风向、风速剖面（图略），21—25日925 hPa以下风速很小，在2 m/s以下，而且较多时次为静风，大气扩散能力极弱；21日白天低层为偏西风，以霾天气为主；22、23日低层风转为偏东风，承德东北部出现弱降水，市区相对湿度增大，由前期霾转化为轻雾且维持；24—25日低层以弱偏西风或偏南风为主，对承德市西部、南部污染物向承德市输送起到一定作用，承德市能见度降低，24—25日白天轻雾、霾交替持续出现，夜间以雾为主。26日冷空气入侵，低层出现偏北风，污染物迅速扩散，持续雾霾过程结束。

4 地面气象要素与PM2.5浓度

4.1 地面气象要素及PM2.5浓度对能见度影响

雾霾天气过程中，能见度与地面气象要素和气溶胶浓度密切相关。分析这次雾霾天气过程中，能见度与风速、相对湿度、PM2.5浓度、气温和气压均具有较好相关性。能见度与风速、气压呈正相关，与相对湿度、PM2.5浓度及气温呈负相关，与PM2.5相关性最好，其次是相对湿度。由于整个雾霾天气过程中气压场较弱，气压梯度较小，风速稳定<2 m/s，为整个雾霾天气过程形成提供相对稳定且水平输送较小的天气背景条件，因此，气压和风速对能见度影响相对较小。

4.2 雾霾出现前后地面气象要素差异

雾霾出现前后，地面气象要素特征存在明显差异，雾霾出现前一天，地面气压增强，24 h变压>0，气温下降，而相对湿度减小，风速很小；雾霾出现后，气压场呈减弱趋势，气温明显回升，相对湿度随昼夜温差变化而上下波动，风速依然很小；雾霾结束后，地面气压明显升高，气温则大幅回升，相对湿度迅速减小，风速增大。说明雾霾来临前，地面气压升高，风力较小，相对湿度减小，气温有所下降；而随着高压的侵入，风力加大，相对湿度减小，气温迅速升高，雾霾趋于消散。

5 讨论

第一，本次雾霾天气具有明显阶段性特征，前期相对湿度小，以霾为主，中期东北部出现弱降水，相对湿度增大，以轻雾为主；后期由于昼夜温差变化，导致白天为轻雾和霾天气交替出现，夜间以雾为主。

第二，高空受偏西气流影响、地面受弱气压控制且水平风速较小，为承德市连续雾霾天气过程提供了稳定环流背景场；850 hPa暖脊东移，使低层产生逆温层并维持，抑制大气垂直运动，导致污染物在低層停滞积累，雾霾天气得以维持和发展。

第三，较小垂直交换系数、低层垂直速度、风速使污染物垂直和水平扩散能力降低，都是造成雾霾天气持续的重要原因；低层较弱偏西风、偏南风使雾霾强度加强。

第四，雾霾发生过程中，能见度与风速、气压呈正相关，与相对湿度、PM2.5浓度及气温呈负相关，能见度与PM2.5相关性最好，气压和风速对能见度影响相对较小。

第五，雾霾发生前，地面气温、气压、湿度、风存在明显差异，可为判断雾霾发生提供依据；稳定的环流形势，逆温层的产生和稳定维持，持续较小的垂直交换系数、低层垂直速度、风速，都是判断雾霾持续和发展的重要理论依据；冷空气入侵，中低层垂直运动加强，逆温层消失，地面气象要素出现明显差异，对雾霾的消散有指示意义。由于承德市出现持续雾霾天气很少，在雾霾预报相关方面经验不足，对于适用本地雾霾的预报指标，还有待进一步研究。

参考文献

[1]王丛梅，杨永胜，李永占，等.2013年1月河北省中南部严重污染的气象条件及成因分析[J].环境科学研究，2013（7）：695-702.

[2]袁慧敏.2014年2月23—26日呼包鄂地区雾霾天气过程分析[J].内蒙古气象，2016（1）：6-11.

（责任编辑：刘昀）