2011年12月下旬新鄉(xiāng)持續(xù)霧霾天氣成因分析

王硯碩，段中夏

(1.中國海洋大學海洋環(huán)境學院，山東青島 266100;2.河南省新鄉(xiāng)市氣象局，河南新鄉(xiāng) 453000)

霧和霾均是漂浮在大氣中的粒子，使能見度惡化，從而形成災害性天氣［1］。隨著我國城市化和工業(yè)化進程的加快，霧霾天氣有增加的趨勢［2-5］，不僅導致空氣質量下降［6-8］，引起大氣氣溶膠光學特性改變［9-11］，而且影響到地氣系統(tǒng)的輻射收支狀況，進而對地球的氣候效應產生影響［12］。2011年12月26～31日新鄉(xiāng)地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)霧霾天氣，其中28和31日大部分市縣還出現(xiàn)了大霧。這種長時間持續(xù)的霧霾天氣給交通運輸和人民的生活造成了較大的影響，受到了極大的關注。筆者通過對此次霧霾天氣成因的分析，進一步加深對此類災害性天氣的認識。

1 前期氣候背景分析

2011年河南省秋季雨水偏多，降水量達到近50年來歷史同期最大。新鄉(xiāng)市1980～2010年秋季平均降水為105.4 mm，而2011年秋季新鄉(xiāng)市總降水量卻達312.4 mm，約是歷史均值的3倍。2011年11月份新鄉(xiāng)市的降水量是89.8 mm，比歷史均值(15.4 mm)多出近5倍。前期充足的降水有效地補償了土壤水分，同時進入冬季后氣溫降低，減少了水汽蒸發(fā)，使近地面長期保持較大的濕度。

2 穩(wěn)定的環(huán)流形勢

從2011年12月26～31日500 hPa平均環(huán)流場(圖1a)可以看出，中高緯為典型的阻塞形勢，且深厚穩(wěn)定，新鄉(xiāng)處于脊前受西北氣流影響，以晴好天氣為主，晚上地面輻射冷卻達到最強;同時分析12月26～31日海平面平均氣壓場(圖1b)可以看到，在霧霾天氣持續(xù)期間冷高壓中心偏北，整個華北地區(qū)等壓線稀疏，梯度小，風力較小，而氣壓值較大，說明地面氣溫較低。上述條件對于霧霾天氣的形成均是十分有利的。

圖12011年12月26～31日500 hPa平均環(huán)流場(a，10 gpm)和海平面平均氣壓場(b，hPa)

3 逆溫層分析

一般認為霧霾天氣持續(xù)期間近地面上空均有逆溫層存在，且逆溫層越厚，霧霾天氣持續(xù)時間越長。分析2011年12月26～31日逐日925 hPa和地面08:00、20:00溫度(表1)發(fā)現(xiàn)，除29日有弱冷空氣影響，29～30日新鄉(xiāng)上空不存在逆溫層外，其他時間新鄉(xiāng)上空高達925 hPa均存在深厚的逆溫層，特別是28和31日新鄉(xiāng)出現(xiàn)大霧天氣時，逆溫層更是高達850 hPa。逆溫層的存在不利于空氣垂直對流，不利于地面塵埃的向上擴散，致使大氣顆粒物和水汽在近地面聚集，從而形成一定厚度的持續(xù)性霧霾天氣。

4 近地層濕度分析

分析Micaps物理量資料相對濕度實況發(fā)現(xiàn)，在2011年12月26～31日霧霾持續(xù)期間新鄉(xiāng)近地層平均相對濕度為70% ～75%(圖2a)，尤其是31日08:00新鄉(xiāng)出現(xiàn)大霧時近地層相對濕度高達90%左右(圖2b)，接近飽和。進一步分析12月26～31日期間近地層的實況發(fā)現(xiàn)，925～1 000 hPa東部沿海到新鄉(xiāng)地區(qū)以持續(xù)的偏東風為主，有利的風向將東部海上的濕潤空氣源源不斷地輸送到新鄉(xiāng)上空，有效地增強了新鄉(xiāng)地區(qū)近地層的空氣濕度。

表1 2011年12月26～31日逐日08:00和20:00地面溫度和925 hPa溫度分析 ℃

5 結論

(1)2011年秋季大量的降水增加了土壤的水分，使進入初冬的地面濕度條件比較好。12月26～31日霧霾天氣持續(xù)期間低層從東部沿海至新鄉(xiāng)地區(qū)一致的偏東風將海上的水汽源源不斷地輸送過來，進一步加大了新鄉(xiāng)近地層的相對濕度。新鄉(xiāng)近地層的平均相對濕度為70% ～75%，大霧發(fā)生時相對濕度更是接近飽和。

(2)霧霾持續(xù)期間500 hPa環(huán)流形勢顯示，大氣層結穩(wěn)定，垂直對流較弱，不利于塵埃的擴散。另外新鄉(xiāng)市上空以西北氣流為主，天氣晴好，晚上地面輻射冷卻較強，有利于水汽的凝結。

(3)霧霾天氣發(fā)生時段整個華北地區(qū)等壓線稀疏，梯度小，風力不大，不利于塵埃的水平擴散。同時新鄉(xiāng)地區(qū)氣壓值較大，均在1 032.5～1 035 hPa，再次說明新鄉(xiāng)地區(qū)受冷高壓控制，氣溫較低。

圖2 2011年12月26～31日(a)和31日08:00(b)1 000 hPa相對濕度分布

(4)除了12月29～30日有弱冷空氣影響新鄉(xiāng)地區(qū)沒有出現(xiàn)逆溫層外，其他幾天新鄉(xiāng)上空高達925 hPa均有逆溫層存在。特別是28和31日出現(xiàn)大霧時逆溫層更是高達850 hPa。逆溫層的存在不利于地面塵埃向上擴散，從而容易在地面聚集，易形成霧霾天氣。

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