哈爾濱一次灰霾天氣污染物濃度變化及氣象條件分析

牛忠清,張苗苗,張惠君，王恒宇

（1.黑龍江省人工影響天氣辦公室，黑龍江 哈爾濱150030；2.黑龍江省氣象臺，黑龍江 哈爾濱150030）

1 引言

灰霾是指大量極細微的干塵粒等均勻地浮游在空中， 使水平能見度小于10 km 的空氣普遍渾濁現(xiàn)象，霾使遠處光亮物體微帶黃、紅色，使黑暗物體微帶藍色。 由于能見度的降低和大氣中顆粒物的增加，對交通運輸和人體健康造成了很大影響。

哈爾濱作為省會城市，近年來隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展、城市化進程的加快，空氣污染日益嚴重。 2014年10月22日開始， 哈爾濱遭遇一次持續(xù)性灰霾天氣，當日部分區(qū)域的空氣質(zhì)量指數(shù)峰值逼近“爆表”，給人們的工作和生活帶來嚴重影響。 哈爾濱市主城區(qū)幾乎全部籠罩在灰霾中，城市空氣中伴有嗆人的氣味。本文對本次過程的污染物變化特征進行分析， 同時結(jié)合天氣形勢及常規(guī)氣象資料分析了此次過程產(chǎn)生的可能影響因素。

2 資料

本文使用哈爾濱站地面逐時氣象觀測資料， 主要包括能見度、 氣溫、 風(fēng)向、 風(fēng)速； L 波段探空觀測數(shù)據(jù)每天2 次(08時和20時； 北京時間)； 大氣污染物資料來源于青悅空氣質(zhì)量歷史數(shù)據(jù)庫（http://air.epmap.org/）。

3 結(jié)果與討論

3.1 灰霾天氣過程概述

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》（HJ633—2012）規(guī)定：空氣污染指數(shù)分為6 檔，劃分為0－50、51－100、101－150、151－200、201－300 和大于300 六檔，對應(yīng)于空氣質(zhì)量的六個級別，從一級優(yōu)，二級良，三級輕度污染，四級中度污染，直至五級重度污染，六級嚴重污染。 指數(shù)越大，級別越高，說明污染越嚴重， 對人體健康的影響也越明顯。 2014年10月22-24日， 黑龍江省哈爾濱地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)的灰霾天氣。 21-24日哈爾濱AQI 指數(shù)的時間變化特征顯示，21日白天哈爾濱地區(qū)空氣質(zhì)量狀況均為良好，21日晚19:00 開始AQI 指數(shù)出現(xiàn)上升，出現(xiàn)輕度污染，之后AQI 指數(shù)持續(xù)上升，其中22日08時-23日05時、23日23時-24日21時這兩段時間API 指數(shù)達300 以上，為嚴重污染，首要污染物為可吸入顆粒物，25日高空槽線劃過，有降水生成，指數(shù)下降到100 以下，空氣恢復(fù)優(yōu)良狀況。 而22日19時-23日02時、24日12時-24日20時AQI 指數(shù)為500， 呈現(xiàn)持續(xù)“爆表”狀態(tài)，可見這兩段時間為此次空氣污染過程最嚴重的時間段， 這與大氣成分站測得顆粒物高峰時段相符。

3.2 污染物濃度變化特征（PM2.5,PM10）

此次灰霾過程， 可吸入顆粒物質(zhì)量濃度有很大變化。 灰霾持續(xù)期間出現(xiàn)污染嚴重的兩個時間段，分別為22日19時-23日02時和24日12時-24日20時， 這兩個時間段PM10、PM2.5質(zhì)量濃度均超過500 ug/m3， 且在空氣污染過程最嚴重的兩個時間段出現(xiàn)了兩次峰值，一次出現(xiàn)在22日20時，PM10 和PM2.5質(zhì)量濃度達到了888 ug/m3和804 ug/m3，另一峰值出現(xiàn)在24日19時， 大小分別為816 ug/m3和727 ug/m3。

可吸入顆粒物的來源主要有供暖燃煤、 冶金排放、垃圾焚燒、汽車機電工業(yè)排放源、機動車尾氣等。每年10月20日哈爾濱市開始冬季供暖， 燃煤量大大增加，由此產(chǎn)生的煤煙污染也開始向空氣中排放，與此同時， 從環(huán)境保護部發(fā)布的2014年10月13日-10月19日全國秸稈焚燒火點衛(wèi)星遙感監(jiān)測情況顯示，黑龍江省火點個數(shù)較前一周增加262 個，處于上游的內(nèi)蒙古地區(qū)較上周增加42 個。 這些都可能增加空氣中污染物的濃度， 而灰霾形成的決定性控制因素就是氣象條件， 因此下面從天氣形勢、 水汽條件、 溫度層結(jié)等方面對此次持續(xù)的灰霾天氣進行分析。

3.3 灰霾持續(xù)期間氣象要素特征分析

3.3.1 灰霾天氣過程期間天氣形勢

大氣對污染物的擴散能力取決于高低空環(huán)流形勢配置。 從10月21日08時灰霾發(fā)生前500 hPa 高空形勢(圖略)上可看出，歐亞中高緯環(huán)流呈兩槽一脊緯向型，隨著系統(tǒng)的東移，到22日08時，哈爾濱地區(qū)位槽后脊前，距中心較遠，到20時隨著系統(tǒng)繼續(xù)東移，哈爾濱地區(qū)處于較平直的偏西氣流控制下，盛行下沉氣流，這種形勢一直維持到24日20時，沒有明顯的槽脊活動， 冷空氣主體偏北， 冷空氣活動較弱。 且700 hPa 也以偏西風(fēng)氣流為主，污染物水平擴散條件并未改善。 研究表明，地面氣壓場中的高壓均壓或低壓均壓均有利于灰霾天氣的形成與維持。 此次過程前期地面受高壓后部影響，隨著其東移，23日06時-22時這一期間地面風(fēng)速有所加大， 空氣質(zhì)量指數(shù)有所降低，后期地面低壓逐漸移入，哈爾濱市位于地面低壓的前部，24日14時地面有T 量降水生成，20時哈爾濱市位于低壓中心，哈爾濱市周邊均出現(xiàn)降水，空氣狀況逐漸好轉(zhuǎn)。

3.3.2 地面要素特征分析

在這次灰霾過程中， 近地面多數(shù)時間維持西南風(fēng)向，風(fēng)速大都維持在4 m/s 以下，風(fēng)速較小。大氣的水平擴散能力弱，不利于污染物向外輸送，大量污染物在原地堆集便形成了霾。

從相對濕度和溫度露點差的變化來看， 霾的相對濕度≤70%， 普遍較低， 溫度露點差則較大,22日08時-23日20時地面溫度露點差一直保持在7 ℃以上,由此可見，霾由干塵粒構(gòu)成，其要求的空氣濕度條件較低，而地面空氣干燥，空氣中的污染物難以擴散，利于灰霾產(chǎn)生。

3.3.3 大氣層結(jié)特征分析

大氣污染主要取決于大氣本身的擴散稀釋能力， 大氣的稀釋能力的強弱直接與當時大氣的穩(wěn)定狀況有關(guān)。 研究表明，穩(wěn)定的大氣層結(jié)對湍流有抑制作用，減弱大氣的擴散能力，利于灰霾的產(chǎn)生，尤其在出現(xiàn)逆溫時，各種污染物難以擴散，導(dǎo)致灰霾形成加重。 2014年10月22日08時-24日20時探空溫度廓線在近地層雖然沒有出現(xiàn)逆溫， 但氣溫垂直遞減率較小，大氣層結(jié)較穩(wěn)定。 這種比較穩(wěn)定的大氣垂直結(jié)構(gòu)，減弱了大氣湍流交換和熱力對流，阻礙了污染物質(zhì)向上擴散稀釋，導(dǎo)致低空污染物不斷積累，造成污染物濃度的持續(xù)升高。

綜合以上分析， 推斷此次灰霾過程可能主要是由于穩(wěn)定天氣下本地污染物疊加外來輸送污染物逐步積聚而形成。

4 結(jié)語

本文對2014年10月22日-24日哈爾濱市區(qū)持續(xù)性灰霾天氣進行了研究分析，得出以下一些結(jié)論:

（1）灰霾過程持續(xù)時間較長，絕大部分時間能見度低于10 km，空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）最大時達到500，首要污染物為可吸入顆粒物；

（2）此次過程主要受偏西氣流控制的環(huán)流形勢下，環(huán)流較平直，過程前期地面受高壓場控制，后期位于低壓前部，灰霾期間風(fēng)力較小，空氣濕度條件較低，地面空氣干燥。

（3）灰霾時近地層雖然沒有出現(xiàn)逆溫，但氣溫垂直遞減率較小，大氣層結(jié)較穩(wěn)定。