福州市空气高污染与气象条件关系

1、Vol. 37. No. 6Dec. 2009第37卷第6期2009年12月气象科技METEOROLOGICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY福州市空气高污染与气象条件关系王宏 冯宏芳 隋平(福建省气彖科学研究所.福州350001)摘要 利用地而天气图、高空天气图、地而气象要素资料.统计分析了 2003 2007年福州市41个空气高污染过程 与天气系统以及地面气象要素间的关系得出冬季、畚季和夏秋季福州市空气高污染发生时主要的天气形势并对 地面气象耍索与爲污染过程的关系进行了半定戢分析.得出福州帀空气高汚染过程的一些人气概念模型和气象要 素指标。关键词高污染气彖条件福州市Vol.

2、 37. No. 6Dec. 2009Vol. 37. No. 6Dec. 2009引言2001年6 J 5日起至今，全国47个环境保护 重点城市联介发布环境空气质最预报，使得空气质 最预报方法的研究迅速开展起來宀引，目前空气质 最的预报方法主耍有统计预报和数值模式两种。根 据国内各城市现有的资料和资源状况，统计预报成 为预报空气质最的重耍于段。近年來，国内许多学 者对严重的空气污染过程与气彖条件的关系进行了 研究，并収得了 一些成果。罗森波等习统计了广州市 2002- 2004年10个典型的空气高污染过程与天气系 统以及与地而气象耍素间的关系,得出了秋冬季空气 高污染易发生任变性高压脊和高压

3、出海后回流天气 中,24 1)有升温、升湿、降压、无雨、有雾或駆，口平均 风速小丁等于1 m/s等结论;尚可政導“在分析天气 型与污染物浓度关系的基础上筛选出一批气彖要素 因子,建立了兰州城区冬季24 I)空气污染预报方案。 主淑云等171统计了沧州市11现岛污染I I对应不同天 气现象(雾、烟、人风扬沙、降水)的I I数。纪忠萍等 來用小波分析、相关分析等方法对广州市空气高污染 的变化特征进行分析，根据空气岛污染的强度和发生 规律归纳出广州季节性的污染天气概念模型。20032(X)7年影响福州市空气质量的首耍污 染物为PM10,出现率99%以上。福州市空气质量 优良率达96%,每年都有儿天到

4、二十儿天不等的空 气高污染II,空气污染指数在100 150之间，均为 轻微污染级)。由丁气象条件与污染物的扩散 和活除有密切的关系，所以分析空气烏污染与气象 条件的关系，即分析在何种天气条件下会产生较严 雨的污染，对较准确地预测、减轻和防治空气尚污染 有雨耍作用。本文以福州市为研究对象.剔除2003 2007年8个因污染源强急剧变大导致空气高污 染的过程后，对41个空气高污染过程与天气系统以 及地而气彖耍素间的关系进行研究，着重归纳导致 冬季、春季和夏秋季出现空气疝污染过程的主耍天 气形势和地而气彖耍素场特征，为做好空气拓污染 潜势预报提供科学依据。1资料处理及空气高污染定义空气污染物浓度资

5、料取I I福州市环境监测站设 置在五四北、紫阳、师大3个空气质暈门动监测站I 监测数据的算术平均值。地而天气形势、高空主导风向资料为空气高污 染日02: 00.08: 00地面天气图和08: 00 85() hPa高 空及前-日14:00.20： 00地面天气图和20： 0() 850 hPa iKj空图。地而气象耍素场取高污染前一 I 12: 00至当日11: (X)气象要素平均资料(与日监测数 据取值时间一致)o參考中国气象局预测减灾司气 预函(2(X)7) 11号文，根据福建区域气候特点,定义水 平能见度小于10. 0 km,相对湿度小于尊于85%,为Vol. 37. No. 6Dec.

6、 2009Vol. 37. No. 6Dec. 2009福建齐气象科学研究所'气彖因索影响大气污染物浓度变化的定嵐研究"项II仍助作者简介:王宏，女.1976年生，学七 匸程师.匸要从事天气动力和大气物理研究.Email: whl575收槁日期12008年6月10日；定稿日期:2008年9月3日1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第6期王宏等:福州市空气高污染与气象条件关系677霾;水平能见度小丁 10. 0 km,相对湿度大丁- 85% ,为 轻

7、雾。逆温层资料由08: 00探空资料计算得出。空气质暈浓度等级划分标准参照国家环保总局 空气污染指数的定义及分级限值已，空气污染指数 （/api）分为5级:/api <50空气质量为优,50< 7am < 100 为良,100< /api <200 为轻度污染,200< /ah < 300为中度污染,/api> 300为重污染。选取20032007年福州市空气质S/api> 100 的共69天，定义为空气高污染口。将由一种天气或 非天气原因造成的空气岛污染归为一个过程，共49 个过程，其中/am连续2天大于100的有12个过 程,3天的有2

8、个过程,5天的有1个过程，其余34 天是单独1天出现的。其中明显因污染源强急剧变 大导致空气高污染的，共有8个过程，主耍原因： '受到北方沙尘暴的影响，福州出现扬沙天气空气 河染严巫；人类活动.例如除夕、尤肖节晚 人量燃放烟花爆竹，或市区人规模建筑拆建,导致污 染物浓度突然升高，出现空气髙污染。2空气高污染时间分布特征利用Daniel趋势检验方法分析福州市2003- 2（X）7年空气高污染过程其年变化趋势不明显.但 统计发现其季节分布特征明显,20032007年福州 市共有69个空气高污染II,年出现率3. 8%,其中 冬季（12月至次年2月）23天，春季（3 6月）33天， 夏季（7

9、 9月）3天，秋季（10- II月）10天。可见, 福州市空气高污染H上要出现在冬李和春季.秋李 较少，夏季最少（7、8两刀没有出现过空气尚污染过 程）。因此本文着重归纳导致冬、春和夏秋季出现空 气高污染的上耍天气形势和地而气彖更素场特征。3空气高污染与天气形势、气象要素关系3. 1天气形势分型选取2（f125°E为关键区，对逐LI 08:0（）地而天气图（副热带高压利用500 liPa M 空图）进行天气环流分型，将影响福州市的天气形势 分为岛圧脊、尚压底部、禹压后部、锋前暖区、低涡锋 面、倒槽暖区、副热带高压、副热带高压边缘、台风 （热带辐合带）、台风（热带辐合带）外围10种J

10、3.2与天气形势、气象要素的关系初步归纳福州市在高压脊、低涡锋面、副热带高 压、副热带高压边缘、台风（热带辐合带）和热带辐合 带外用系统影响下均不会出现空气高污染过程。在 变性冷高丿E底部或后部、锋前暖区、倒槽暖区、暖区 降水和台风外用系统影响下会出现空气高污染过程 （注:根据天气背景的性质，将高床底部和后部合并 为一个型、将暖区降水从暖区无用类型屮分离出 来），其中受变性冷高压底部或后部影响出现空气高 污染过程数最多，占36. 6%主要出现在冬季和秋 季（表1）:受锋前暖区、倒槽暖区以及暖区降水影响 出现空气高污染过卅数相当，为78个，主要出现 在春李:受台风外用影响出现空气高污染过程数绘

11、少，主耍出现在夏李。表2为福州市空气高污染过 程与地面气彖耍素的关系。第6期王宏等:福州市空气高污染与气象条件关系#第6期王宏等:福州市空气高污染与气象条件关系#表1福州市空气高污染过程与天气形势的关系讨用数/个雾（縄）出现率/%逆温出现率/%地而犬气形势总冬春夏秋850 hPu高空主导凤向变性冷拓压底部或后部157215SW.SE100有霾66.7锋前暧区（无南）82501SW100有瞪50倒帝啜区（无南）71600SW100有證100|暧区降水8i700SW、SE100冇轻雾62.5台风外幽30111NE.N10（）有霍0表2福州市空气高污染过程与地面气象要素的关系地面大气形势24 h 变

12、 ffi/hPa24 h变温/ r24 h变湿/%风速/ ( nr S- 1)日降水量/ mm变性冷高压底部或G部-0.30.222. 10锋前啜区-3.22.411.90倒槽啜区-2.81. 131.80啜区降水-2.71.9101.63.9台风外閑0.21.()- 3310由表1、2得出福州市出现空气高污染时5种地而天气形势.及地面气象要素变化的主要特点。1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第6期王宏等:福州帀空气高污染与气象条件关系#（1）变性冷高压底部或后部

13、型（图1）：前一股冷 空气势力减弱，北方乂无明显冷空气入侵，大陆冷烏 压逐渐减弱为变性冷高压，850 kPa髙空主导风向 由偏北风转为西南或东南风该天气形势持续到后 期，经过充分回暖后，系统稳定强大，空气温度岛,湿 度大，风速弱，逆温强度强，大气层结稳定，大气的垂 血输送和水平扩散能力较差时，易出现高污染天气 过程。地而气象耍素场大致有以下特征:24 h变压 为负值,24 h变温为正值,24 h变湿为正值,地而气 圧、温度和湿度总的变化表现为持续下降、上升、上 升，口平均风速2. 1 m/s,基本无雨,100%岀现覆 逆温出现率66. 7% ,主耍为辐射逆温和平流逆温。© 1994-

14、2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第6期王宏等:福州帀空气高污染与气象条件关系#© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第6期王宏等:福州帀空气高污染与气象条件关系#© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserv

15、ed, 第6期王宏等:福州帀空气高污染与气象条件关系#图1变性冷高斥底部（a）和后郝（I）不意© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第6期王宏等:福州帀空气高污染与气象条件关系679图2锋前暖区示总图3倒槽暧区示总（2）锋前暖区型（图2）:福建省处F地面静止锋 或冷锋锋询暖区内,高低空受一致的两南暖湿气流 影响，地面存在弱辐合场大气污染物容易聚集，加 之锋面过境前地面风力很小，气温明显升高,湿度增 尢逆温出现率较高，这种形势非常不利大气污染 物的扩散空气

16、高污染出现率14. 4% ,仅次J：倒槽 暧区。地面气象要素场特征:24 h地面平均降压 32hPa,升温2. 4 G升湿幅度不大，H平均风速 1.9 m/s,风速较小，有旋占TOO%,逆温出现率 50%,以平流逆温为主。（3）倒槽暖区型（图3）:华西有一从南向北伸的 低压槽福建省受倒槽南侧一致的两南暖湿气流影 响，地面气床场较弱，气床梯度小，风速小，温高湿重 且常伴有较强的逆温，同释询暖区天气型相类似，这 种形势也非常不利于大气污染物的扩散,易造成空气 高污染，空气高污染出现率18. 0%,是各天气形势屮 故高的。地面气彖要素场特征：24 h降用幅度参右：3 hPa以上,24 h升温幅度多在

17、2 *C以上24 h增湿幅 度多在5%以上，日平均风速1. 8 m/s,风速小,100% 出现巍逆温出现率100%,主要为平流逆温。(4) 因在变性冷岛压底部或后部控制下无雨| 占93. 8%,锋前暖区系统控制下无雨日占66. 7%, 倒椚暖区系统控制下无雨丨丨占70%,所以将暖区降 水型(图4)划分出來分析。地面气彖要素场特征: 24 h地面平均降压2. 7 hPa,升温幅度1.9 °C,增湿 10% , I平均风速1. 6 in/ s,比其他系统平均风速都 小，日降水量平均3. 9 mm。850 l)Pa上空有弱暖式 切变存在，主导风向为西南和东南风，有轻雾占 100%,逆温出现

18、率50%,以平流逆温为主。当暖区 出现降水在原本污染程度较重的情况下，降水强度 较小时,雨水不但起不到清洁空气、稀释污染物的作 用，反而削弱了空气的扩散能力，加重:空气污染。台风外围型(图5):台风外围云团在2CTN 以北影响福建省，受东北或偏北下沉气流影响，地而 出现类似焚风效应，地而升温明显，空气干燥下沉 风速大，水平风速小,空气被剧烈压缩后形成下沉逆 温,这种天气形势不利丁大气污染物的垂血扩散，有 时导致空气高污染。地而气彖耍素场特征:24 h气 压变亿幅度不大，伴有升温，湿度下降.风速较大 (3. 1 m/s),无雨口 100%,有駆占 100,0 & 00 不 出现逆温。&#

19、169; 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第6期王宏等:福州帀空气高污染与气象条件关系#© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第6期王宏等:福州帀空气高污染与气象条件关系#图4暖区降水示意图5台风外围示总© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishin

20、g House. All rights reserved, 第6期王宏等:福州帀空气高污染与气象条件关系#(6)文中剔除了 8个受沙尘和人为因素影响引 起福州市空气高污染的个例。其中受沙尘影响时， 福州市均处于高床脊控制，其前部的偏北气流不断 引导北方强冷空气侵入，造成地而偏北风力较大，这 种天气形势较有利于大气污染物的水平扩散.却易 引导北方沙尘影响福州，造成福州出现浮尘或扬沙 天气。春节期间和茶亭街拆迁时福州均受低涡锋而 过境影响出现强降水天气过程，一方而雨水的冲刷 作用对i青洁空气冇很大作用另一方而风切变冇利 丁-把局地污染物抬升至云外，也有利丁局地污染物 水平扩散，这种天气形势非常有利

21、丁人气污染物稀 释和淸除，但由丁人为原因空气中颗粒物急增造成 污染。4不同季节空气高污染过程主要特征表3是不同季节主耍天气形势影响下空气高污 染过程气彖耍素值，由此可以归纳出不同季节空气 高污染的一些天气概念模型。© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第6期王宏等:福州帀空气高污染与气象条件关系#© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights

22、reserved, 第6期王宏等:福州帀空气高污染与气象条件关系#表3不同季节主要天气形势影响下空气高污染过程气象要素值主要天气系统24 h 变ffi/hPa24 h变温/ r24 I)变湿/%风速/ （in*旷1）1 n 降水IS/ mtn冬季变性冷高压底部或后部-0.60.512.00锋前118区-3.82.611.90存季倒槽唆区-2.51.721.80啜区降水-2.91.881.74.4变性冷高压底部或后部1. 1-0.2-12.30复、秋李台风外围-0.40.6-33.00© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publi

23、shing House. All rights reserved, 第6期王宏等:福州帀空气高污染与气象条件关系6814.1冬季(12月至次年2月)2(X)3- 2007年福州市冬季共出现11次空气高 污染过程,福州市冬季出现空气高污染天气过程丄 耍与冷空气的影响有密切关系。空气高污染过程主 要出现在冷空气减弱后,地而气压持续下降,温度上 升,湿度增加，大气层结稳定，无雨的变性冷高压底 部或后部天气系统中。福州站24 h降压0. 6 hPa, 升温0. 5 °C,增湿1%,无雨，日平均风速2. 0 m/ so 4.2春季(3 6月)2003- 2007年福州市春季共出现21次空气拓

24、污染过程，主耍出现丁下一股冷空气入侵前，地面出 现人回暧的锋询暖区、倒槽暧区和暖区降水系统中。 锋前暖区影响下出现空气禹污染：福州站24 I)降压 3. 8 kPa,升温2. 6 增湿1%, 口平均风速 1. 9 m/s;倒槽暖区:福州站24 h降压2. 5 hPa,升温 1.7 C增湿2% , I I平均风速1.8 m/s;暖区降水： 福州站24 h降压2. 9 hPa,升温1. 8 °C,增湿8%, 日平均风速1. 7 m/ s, |雨量4. 4 mmo由上分析可 见,春季福州市空气岛污染天气过程地面气象要索 场变化剧烈，幅度较大，特征明显。4.3夏秋季(711月)2(X)3-

25、2(X)7年福州市夏秋季共出现9次空气 高污染过程，主要出现丁秋季冷空气过后，天气充分 冋暖的变性冷高丿E底部或后部，和夏秋季少量的台 风外用干热的下沉气流天气系统中。前考,福州站 24 h升压1. 1 hPa,降温0.2 C湿度下降1%,日平 均风速2. 3 m/s,无雨;后者,福州站24 h降压0. 4 hPa,升温0.6匚湿度下降3%, H平均风速3.0 m/s,无南。秋李的变牲冷高斥底部或后部系统影 响下的气象要素变化与冬季完全相反，原因是冷空 气强度不够强金原本就较低的气斥、较高的温度、 湿度下，出现污染当天的气象耍素变化不明显。夏 秋季温度髙、空气干燥，下沉气流风速大与出现空气 高

26、污染有密切关系。5结论与讨论(1)导致福州市出现空气高污染过程的天气形 势有变性冷高压底部或后部、锋前暧区、倒杷i暖区、 暖区降水和台风外围，其中受变性冷拓压底部或后 部系统影响出现岛污染天数最多，台风外围最少;倒 艳暖区控制下岛污染出现率最高,锋前暖区次之o(2)冬季污染天气易发生在冷空气影响过后,地 而气压持续下降，温度上升，湿度增加大气层结稳 定，无雨的变性冷筒压底部或后部天气系统中：春季 污染天气易发生在下一股冷空气入侵前，地而出现 大回暧的锋前暖区、倒杷I暖区和暖区降水系统中，大 气的水平扩散和垂门输送能力较差,污染出现率尚; 夏秋季污染天气易发生在变性冷高压底部或后部或 台风夕、囤

27、干热的下沉气流中，温度禹、空气干燥、下 沉气流风速人与出现空气高污染有密切关系。仅利用地面天气形势、85() hPa风场和部分地 而气象要索來研究空气筒污染过程与天气系统的关 系有一泄的丿限性，有待使用更多层次的环流形势 和气象耍素细化研究成果。参考文献1吴兑，邓雪矫.环境气彖学与特种气象预报M|.北京:气象出 版社.2001:278-379.2吴兑,邓雪娇，林爱兰，等.广东省空气劇5预报系统J.气象 科技.2003.31(6):351-355.3光强，门乐生.杨洪斌.空气污染潜式指数预报方法J.辽宁气 象,1999.(3):46-50.| 4)王1®春,孟燕军，赵习方.北京空气污染

28、业务預报方法J.气象 料技.2001.29( 4):42-46.| 5罗森波，罗秋红谢炯光.等.广州市空气污染与气象条件关系 的统计分析J|.热带气象学报,2006. 22( 6): 567-573.(6)尚町政，王式功.杨徳保.兰州城区冬乍空V污染预报方法研究 J|.兰州大学学报.199& 34(4): 166-170.| 7)王淑厶节江涛.熊险牡等.城币空气质虽与代彖条件的关系 及空气质量预报系统J |. 7彖科技.2(X)6. 34( 6): 688-692.8纪忠萍.罗森波.邙建新.等.广州市空气污染的变化特征及预 报J.热带气象学报.2006. 22(6):574-581.|

29、 9国家环保总丿d. GB3O95- 1996.坏境空气质虽标准| S.© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第6期土宏等:福州币空气高污染与气彖条件关系683欢迎访问气象科技编辑部网站!全文免费查询、阅览、下载ssssss £=£Relation between Heavy Air Pollution andMeteorological Conditions in FuzhouWang H ong Feng Hongfang Sui Ping(Fujian Institute of Meteorological Science, Fuzhou 350001)Abstract: With the synoptic charts and meteorological dala, the relationships between heavy ai