chine第３２卷㊀第７期
２０１９年７月
环㊀境㊀科㊀学㊀研㊀究
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ
Ｖｏｌ.３２ꎬＮｏ.７Ｊｕｌｙꎬ２０１９
收稿日期:２０１８￣０６￣０２㊀㊀㊀修订日期:２０１９￣０３￣０４osmond
作者简介：栾兆鹏(１９９０￣)ꎬ男ꎬ山东泰安人ꎬｌｕａｎｚｐ２０１４＠１６３.ｃｏｍ.
∗责任作者ꎬ赵天良(１９６２￣)ꎬ男ꎬ陕西扶风人ꎬ教授ꎬ博士ꎬ主要从事气候变化㊁空气质量等方面研究ꎬｊｏｓｅｆ＿ｚｈａｏ＠１２６.ｃｏｍ基金项目：山东省气象局预报员专项项目(Ｎｏ.ＳＤＹＢＹ２０１７￣１２)ꎻ泰安市气象局气象科学技术研究项目ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＳｈａｎｄｏｎｇＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｒｅａｕＦｏｒｅｃａｓｔｅｒＳｐｅｃｉａｌＰｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.ＳＤＹＢＹ２０１７￣１２)ꎻＴａｉᶄａｎＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｒｅａｕＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ
ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈｉｎａ
泰安市冬季一次严重空气污染过程分析
栾兆鹏１ꎬ邹大伟１ꎬ卢慧超１ꎬ赵天良２∗ꎬ曹㊀乐２ꎬ杨瑞峰１ꎬ张㊀艳１
１.泰安市气象局ꎬ山东泰安㊀２７１０００
２.南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心ꎬ中国气象局气溶胶￣云￣降水重点开放实验室ꎬ江苏南京㊀２１００４４摘要：为揭示泰安市空气污染形成原因ꎬ选取泰安市２０１６年１２月一次严重空气污染过程ꎬ利用泰安市２０１６年１２月地面和探空资料及ＮＣＥＰ∕ＮＣＡＲ(美国国家环境预报中心∕美国国家大气研究中心)提供的ＦＮＬ资料ꎬ对泰安市严重污染期间大气环流形势㊁边界层条件㊁污染源及传输路径进行分析.结果表明：在泰安市霾污染期间ꎬ５００ｈＰａ大气环流形势呈 两槽一脊 的特征ꎬ８５０ｈＰａ泰安市处于南支槽前ꎬ受西南暖湿气流影响ꎬ为ρ(ＰＭ２ ５)的升高提供了有利条件ꎻ泰安市近地面处于高压控制下的弱风区(平均风速约为１ ２ｍ∕ｓ)且边界层有逆温层存在ꎬ阻碍了ＰＭ２ ５的垂直输送ꎬ造成近地面ρ(ＰＭ２ ５)急剧升高.此外ꎬ泰安市及周边地区污染严重ꎬ聚类分析结果表明此次过程本地输送占比约为３４％ꎬ其余均为外来传输ꎬ即污染物主要通过外来源传输ꎬ本地污染源贡献比率较小.污染物的高㊁低空传输路径不一致ꎬ低空污染物主要从安徽省水平输送至泰安市ꎬ高空污染物则先由河北省㊁河南省向南传输至安徽省㊁湖北省等地ꎬ再随南风气流向北
输送至泰安市.研究显示ꎬ外来污染源传输作用配合本地静稳天气形势是造成此次泰安市空气污染的主要原因.关键词：霾污染ꎻ相关矢ꎻ输送路径ꎻ泰安市
中图分类号:Ｘ５１３㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１００１￣６９２９(２０１９)０７￣１１８７￣０８文献标志码:Ａ
ＤＯＩ:１０ １３１９８∕ｊ ｉｓｓｎ １００１￣６９２９ ２０１９ ０３ １１
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａＳｅｒｉｏｕｓＡｉｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎＷｉｎｔｅｒｉｎＴａｉᶄａｎＣｉｔｙ
ＬＵＡＮＺｈａｏｐｅｎｇ１ꎬＺＯＵＤａｗｅｉ１ꎬＬＵＨｕｉｃｈａｏ１ꎬＺＨＡＯＴｉａｎｌｉａｎｇ２∗ꎬＣＡＯＬｅ２ꎬＹＡＮＧＲｕｉｆｅｎｇ１ꎬＺＨＡＮＧＹａｎ１
１.ＴａｉᶄａｎＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｒｅａｕꎬＴａｉᶄａｎ２７１０００ꎬＣｈｉｎａ
２.ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＡｅｒｏｓｏｌ￣Ｃｌｏｕｄ￣ＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎꎬＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｎＦｏｒｅｃａｓｔａｎｄＥｖａｌｕａｔｉｏｎ
ｏｆＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＤｉｓａｓｔｅｒｓꎬＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００４４ꎬＣｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｖｅａｌｔｈｅｃａｕｓｅｓｏｆｔｈｅａｉｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｎＴａｉᶄａｎＣｉｔｙꎬａｓｅｒｉｏｕｓａｉｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎＤｅｃｅｍｂｅｒ２０１６ｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ.ＷｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎꎬｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬａｉｒｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｏｕｒｃｅａｎｄｔｒａｎｓｐｏｒｔｐａｔｈｗａｙｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｇｒｏｕｎｄａｎｄｒａｄｉｏｓｏｎｄｅｄａｔａｉｎＴａｉᶄａｎＣｉｔｙａｎｄｔｈｅＮＣＥＰ∕ＮＣＡＲＦＮＬｄａｔａｏｆｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙｉｎＤｅｃｅｍｂｅｒ２０１６.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｇｏｖｅｒｎｅｄｂｙｔｈｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｗｉｔｈ ｔｗｏｔｒｏｕｇｈｓａｎｄｏｎｅｒｉｄｇｅ ａｔ５００ｈＰａꎬＴａｉᶄａｎＣｉｔｙｗａｓｌｏｃａｔｅｄｉｎｆｒｏｎｔｏｆｓｏｕｔｈｅｒｎｂｒａｎｃｈｔｒｏｕｇｈａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｓｏｕｔｈｗｅｓｔｗａｒｍａｉｒｆｌｏｗｓａｔ８５０ｈＰａꎬｐｒｏｖｉｄｉｎｇｆａｖｏｒａｂｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｏｆＰＭ２ ５ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ.Ｔａｉᶄ
ａｎＣｉｔｙｗａｓｓｉｔｕａｔｅｄｉｎｔｈｅｗｅａｋｗｉｎｄａｒｅａ(ａｖｅｒａｇｅｗｉｎｄｓｐｅｎｄｉｓａｂｏｕｔ１ ２ｍ∕ｓ)ｕｎｄｅｒｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｎｅａｒｔｈｅｇｒｏｕｎｄꎬａｎｄａｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｖｅｒｓｉｏｎｌａｙｅｒｅｘｉｓｔｅｄｉｎｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒꎬｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｆＰＭ２ ５ａｎｄｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎａｓｈａｒｐｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｉｎｓｕｒｆａｃｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆＰＭ２ ５.Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎꎬｃｌｕｓｔｅｒａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｌｏｃａｌｅｍｉｓｓｉｏｎｗａｓａｂｏｕｔ３４％ａｎｄｔｈｅｒｅｓｔｗｅｒｅｆｒｏｍｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｅｍｉｓｓｉｏｎｉｎｔｈｉｓｐｒｏｃｅｓｓ.ＳｏꎬｔｈｅｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｉｎＴａｉᶄａｎＣｉｔｙｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｅｍｉｓｓｉｏｎｓｏｕｒｃｅｓｗｉｔｈｌｅｓｓｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｒａｔｅｓｏｆｔｈｅｌｏｃａｌｓｏｕｒｃｅｓ.Ｉｔｉｓｗｏｒｔｈｎｏｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｔｗｏｐａｔｈｗａｙｓｏｆａｉｒｐｏｌｌｕｔａｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｔｈｅｌｏｗｅｒａｎｄｕｐｐｅｒｌｅｖｅｌｓｗｅｒｅｉｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ.Ｌｏｗｅｒ￣ｌｅｖｅｌｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｄｆｒｏｍＡｎｈｕｉＰｒｏｖｉｎｃｅｔｏＴａｉᶄａｎＣｉｔｙꎻＨｉｇｈ￣ｌｅｖｅｌｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｗｅｒｅｆｉｒｓｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｄｆｒｏｍＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅꎬＨｅｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅｓｏｕｔｈｗａｒｄ
ｔｏＡｎｈｕｉＰｒｏｖｉｎｃｅꎬＨｕｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅａｎｄｏｔｈｅｒｒｅｇｉｏｎｓꎬａｎｄｔｈｅｎｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｄｔｏＴａｉᶄａｎＣｉｔｙｗｉｔｈｓｏｕｔｈｅｒｎａｉｒｆｌｏｗｓ.ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｍａｉｎｃａｕｓｅｓｏｆｔｈｅａｉｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｎＴａｉᶄａｎ
Ｃｉｔｙａｒｅｔｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｆｐｏｌｌｕｔｉｏｎｓｆｒｏｍｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｅｍｉｓｓｉｏｎｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｔｈｅｌｏｃａｌｓｔａｂｌｅｗｅａｔｈｅｒｓｉｔｕａｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｈａｚｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎꎻｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｖｅｃｔｏｒꎻｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐａｔｈꎻＴａｉᶄａｎＣｉｔｙ
㊀㊀㊀环㊀境㊀科㊀学㊀研㊀究第３２卷
㊀㊀霾定义为大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中ꎬ使水平能见度小于１０ ０ｋｍ的空气普遍浑浊现象[１].自２０世纪８０年代以来ꎬ随着我国经济的高速发展ꎬ霾日数明显增加[２]ꎬ越来越多的地区尤其是我国东部开始遭受霾污染的影响.霾污染不仅使人们正常生活受到困扰ꎬ还严重威胁着人体健康[３￣５]ꎬ因此引起社会广泛关注.
霾污染形成的原因主要包括自然因素和人为因素.人类活动造成的工业排放㊁化石燃料燃烧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增加ꎬ使得霾污染加剧[６].而目前研究较多的是
霾形成的自然因素ꎬ湿度条件㊁风速㊁边界层条件及区域传输等均与霾的形成有关[７￣１０].许建明等[１１￣１３]研究发现ꎬ高湿度和低风速条件下有利于霾的生成ꎻＹＩＮ等[１４￣１５]通过分析我国东部持续性霾天气的气象条件发现ꎬ逆温及高低空环流形势造成的静稳天气为霾污染提供了有利条件ꎻＷＡＮＧ等[１６￣１７]通过分析我国中东部㊁珠三角地区得出相似结论.霾污染的发生还具有明显的时空分布特征ꎬ京津冀㊁长江三角洲和珠江三角洲地区[８ꎬ１８￣２０]均为霾高发区ꎬ并且冬季发生频率最高[２１￣２３].吴兑等[２]对我国霾日数统计发现ꎬ１２月和１月的霾天气日数总和占全年的３０％.研究[２４￣２５]发现ꎬ近年来春㊁秋两季霾日数显著增加ꎬ这说明霾日季节分布差异趋于模糊.
泰安市位于山东省中部ꎬ泰山脚下ꎬ北临京津冀地区ꎬ南接长江三角洲地区ꎬ是我国著名的旅游城市.近年来ꎬ随着经济的飞速发展ꎬ泰安市霾污染日数呈明显增长趋势[２６￣２７].然而目前对泰安市霾污染的研究仅限于统计分析ꎬ而对霾污染期间泰安市的大气环流形式㊁边界层条件及污染源研究较为鲜见.２０１６年１２月泰安市发生持续性霾污染事件ꎬ部分时段达严重污染.该研究从大气环流形式㊁边界层条件㊁污染源和传输路径等方面对２０１６年１２月严重污染阶段进行深入分析ꎬ以期得到泰安市霾污染原因ꎬ为政府决策和下一步发展提供科学依据.
１㊀资料与研究方法
为了从多方面深入分析此次污染过程ꎬ该研究中使用的２０１６年１２月资料如下:①泰安市每小时Ｐ
Ｍ２ ５观测资料.②泰安站地面气象观测资料.③章丘探空站高空气象要素观测资料.④ＭＯＤＩＳ卫星遥感监测得到的ＡＯＤ(气溶胶光学厚度)资料(ｈｔｔｐ:∕∕ｍｏｄｉｓ￣ａｔｍｏｓ.ｇｓｆｃ.ｎａｓａ.ｇｏｖ).⑤ＮＣＥＰ∕ＮＣＡＲ(美国国家环境预报中心∕美国国家大气研究中心)提供的１ʎˑ１ʎＦＮＬ６ｈ再分析资料(ｈｔｔｐ:∕∕ｗｗｗ.ｅｓｒｌ.ｎｏａａ.ｇｏｖ∕ｐｓｄ∕ｄａｔａ).⑥ＮＯＡＡ(美国国家海洋和大气管理局)提供的ＧＤＡＳ(全球同化系统)数据.
ＨＹＳＰＬＩＴ后向轨迹模式是欧拉和拉格朗日混合型扩散模式ꎬ模拟水平网格与输入的气象场相同ꎬ垂直方向由气象要素场线性差值ꎬ共２８层[２８].该研究所采用气象资料为ＮＣＥＰ的ＧＤＡＳ资料ꎬＧＤＡＳ的资料后处理模块将Ｓｉｇｍａ坐标谱系数的气象场转化为全球１ʎˑ１ʎ(３６０ˑ１８１个格点)压力坐标的分析资料.在水平方向上该模式的分辨率为１９０ ５ｋｍꎬ垂直方向上网格分为１４层[２９].聚类分析则是一种多元统计技术[３０]ꎬ通过气团水平移动速度和方向进行分类ꎬ从而得到平均输送轨迹ꎬ估算出污染物潜在源区[３１￣３２].２㊀空气污染过程概况
２０１６年１２月以来ꎬ山东省进入霾空气污染多发期ꎬ多地区均受到霾污染侵袭.泰安市２０１６年１２月空气在轻度污染(ＡＱＩ>１００)以上日数达１９ｄꎬ其中１２月１９ ２０日最为严重ꎬ达严重污染(ＡＱＩ>３００).图１为２０１６年１２月１９日山东省霾污染分布的卫星监测实况(ＮＡＳＡ提供ꎬｈｔｔｐｓ:∕∕ｇｉｂｓ.ｅａｒｔｈｄａｔａ.ｎａｓａ.ｇｏｖ).由图１可见ꎬ除沿海部分城市ꎬ山东省大部分地区均被霾所笼罩.因此ꎬ该研究选取２０１６年１２月１７ ２２日污染过程着重进行分析.
注：深灰色区域为霾污染区域.
图１㊀２０１６年１２月１９日山东省霾污染分布
卫星监测实况
Ｆｉｇ.１Ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｈａｚｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｏｖｅｒ
ＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅｏｎＤｅｃｅｍｂｅｒ１９ｔｈꎬ２０１６
２ １㊀地面观测
图２为２０１６年１２月１７ ２２日ρ(ＰＭ２ ５)和能见度的逐日变化情况.由图２可见:２０１６年１２月１７日１５:００开始ꎬρ(ＰＭ２ ５)整体呈上升趋势ꎬ日均值达２０２ ８６μｇ∕ｍ３ꎬ高于ＧＢ３０９５ ２０１２«国家环境空气质量标准»[３３]二级标准限值(７５μｇ∕ｍ３)ꎻ最大值(３５４ ３３μｇ∕ｍ３)出现在２１日００:００ꎻ１８日２０:００ ２１
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第７期栾兆鹏等：泰安市冬季一次严重空气污染过程分析
㊀㊀
㊀图２㊀２０１６年１２月１７ ２２日泰安市ρ(ＰＭ２ ５)
和能见度逐日变化情况
Ｆｉｇ.２ＤａｉｌｙｃｈａｎｇｅｓｏｆＰＭ２ ５ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓａｎｄｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ
ｉｎＴａｉᶄａｎＣｉｔｙｄｕｒｉｎｇＤｅｃｅｍｂｅｒ１７ｔｈ￣２２ｎｄꎬ２０１６
日１１:００(除１９日少数时段外)ꎬρ(ＰＭ２ ５)均超过或
达日均值(２０２ ８６μｇ∕ｍ３
).ρ(ＰＭ２ ５)与能见度相关
系数为－０ ６３(通过了置信度为９９％的显著性检验)ꎬ表明ρ(ＰＭ２ ５)和能见度呈显著的负相关关系ꎬ即此次空气污染的主要影响因子为ＰＭ２ ５.
２ ２㊀ＡＯＤ观测
由图３可见ꎬ我国东部ＡＯＤ高值区主要分布在京津冀地区㊁山东省西南部㊁长江三角洲地区㊁安徽省北部㊁湖北省中南部㊁湖南省北部㊁江西省北部及四川省东部.而ＡＯＤ与ρ(ＰＭ２ ５)之间存在正相关关系[３４]ꎬ这也从侧面反映出１２月我国东部地区ρ(ＰＭ２ ５)的空间分布.泰安市位于山东省中部ꎬ从ＡＯＤ空间分布可以看出ꎬ除本地污染源外[３５]ꎬ周边省份污染物的传输也可能造成泰安市严重的霾污染
.
图３㊀２０１６年１２月我国东部ＡＯＤ(５５０ｎｍ)月均值分布Ｆｉｇ.３ＴｈｅａｖｅｒａｇｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＡＯＤ(５５０ｎｍ)ｏｖｅｒ
ｅａｓｔｅｒｎＣｈｉｎａｉｎＤｅｃｅｍｂｅｒꎬ２０１６
３㊀结果与讨论
３ １㊀大气环流形式分析
为分析此次污染过程中的高空大气环流形势ꎬ利用ＮＣＥＰ再分析资料分析了２０１６年１２月１７ ２２日
５００ｈＰａ平均高度场㊁８５０ｈＰａ平均风场和温度场.５００ｈＰａ平均高度场整体上呈 两槽一脊 型环流形势[３６]ꎬ２个低压槽位于两侧ꎬ中间为一弱脊.在该形势下ꎬ山东省处于南支槽前ꎬ受暖湿气流影响ꎬ相对湿度增大ꎬ有利于霾的生成ꎬ同时该南支槽为浅槽ꎬ环流形势相对稳定.图４为２０１６年１２月１７ ２２日８５０
ｈＰａ平均风场和平均温度场.由图４可见：泰安市受西南气流控制ꎬ由西南地区到泰安市风速逐渐减小ꎬ
呈辐合状态ꎬ有利于传输污染物的堆积ꎻ同时从８５０ｈＰａ平均温度场可以看出ꎬ该污染阶段低层平均温度为２ħ左右ꎬ温度相对较高ꎬ冷空气活动弱ꎬ也有利于
低层污染物的聚集.整体上泰安市高低空相互配合ꎬ形成有利于霾聚集的环流形势
.
注：等温线上的数字为温度(单位为ħ)ꎬ箭头为风向和风速.
图４㊀２０１６年１２月１７ ２２日８５０ｈＰａ
平均风场和平均温度场
Ｆｉｇ.４Ａｖｅｒａｇｅｆｉｅｌｄｓｏｆｗｉｎｄｖｅｃｔｏｒｓａｎｄａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
８５０ｈＰａｄｕｒｉｎｇＤｅｃｅｍｂｅｒ１７ｔｈ￣２２ｎｄｉｎ２０１６
３ ２㊀边界层条件分析enjoy是什么意思
为分析此次严重空气污染过程的边界层条件ꎬ该研究选取泰安站(站号为５４８２７)地面气象观测数据
和ＰＭ２ ５观测数据对比分析.由图５(ａ)可见ꎬ２０１６年１２月１７ ２２日ꎬ泰安市气温较高ꎬ平均温度达４ ０
ħꎬ高温能加速大气光化学反应ꎬ导致一次颗粒物向二次颗粒物转化[３７]ꎬ有利于霾粒子的生成ꎬ但其相关性较弱(Ｒ为０ ０８１).高相对湿度则有利于颗粒物吸湿增长从而加重霾强度[３８]ꎬ此次过程中相对湿度与
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１１
㊀㊀㊀环㊀境㊀科㊀学㊀研㊀究第３２卷
ρ(ＰＭ２ ５)存在较弱的正相关关系 见图５(ｃ) .高温和相对湿度与ρ(ＰＭ２ ５)的相关性均较弱ꎬ表明高温和相对湿度并非造成此次霾污染的决定性要素.在此次污染过程中ꎬ除２１日的２个时刻外ꎬ其余时刻风速均低于３ｍ∕ｓꎬ平均风速约为１ ２ｍ∕ｓ 见图５(ｄ) ꎬ多为西南风ꎬ而西南风风力较小不利于污染物的消
散.在污染期间ρ(ＰＭ２ ５)和气压呈极显著正相关 见图５(ｂ)ꎬＲ为０ ５８３ .在风速较弱的条件下ꎬ地面气压的增加造成近地面辐散ꎬ不利于污染物的垂直输送ꎬ造成污染加重.在垂直方向上ꎬ除２１日外
雅思托福怎么考ꎬ重污染期间均为逆温(见图６)ꎬ天气形势呈静稳状态ꎬ也不利于污染物的垂直输送
.
图５㊀泰安市２０１６年１２月１７ ２２日温度㊁气压㊁相对湿度和风速与ρ(ＰＭ２ ５)的逐日变化Ｆｉｇ.５Ｄａｉｌｙｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅꎬａｉｒｐｒｅｓｓｕｒｅꎬｒｅｌａｔｉｖｅｈｕｍｉｄｉｔｙꎬｗｉｎｄｓｐｅｅｄａｎｄ
ρ(ＰＭ２ ５)ｉｎＴａｉᶄａｎＣｉｔｙｄｕｒｉｎｇＤｅｃｅｍｂｅｒ１７ｔｈ￣２２ｎｄꎬ
２０１６
图６㊀泰安市２０１６年１２月１７ ２２日
温度垂直廓线
Ｆｉｇ.６Ｖｅｒｔｉｃａｌｐｒｏｆｉｌｅｓｏｆａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎ
ＴａｉᶄａｎＣｉｔｙｄｕｒｉｎｇＤｅｃｅｍｂｅｒ１７ｔｈ￣２２ｎｄꎬ２０１６㊀㊀综上ꎬ此次严重空气污染过程的边界层条件中ꎬ温度和相对湿度与ρ(ＰＭ２ ５)的相关性较弱ꎬ对此次污染的贡献较小ꎬ表明在此次严重空气污染过程中仅
科技园英文有部分霾粒子在本地生成ꎬ本地生成的霾粒子所占比例较小ꎻ而弱风速和高气压及逆温造成空气流动性减小ꎬ大气扩散能力减弱使得污染物聚集ꎬ是造成此次严重空气污染的主要因素.
３ ３㊀ＰＭ２ ５的区域风场相关矢为分析此次污染过程中污染物的输送轨迹路径
及污染源ꎬ采用计算ＰＭ２ ５区域风场相关矢的方法[３４ꎬ３９]ꎬ即将泰安市２０１６年１２月ρ(ＰＭ２ ５)时间演变序列与区域各格点低层(９２５ｈＰａ)风场(ｕꎬｖ)求相南洋理工
关合成矢量场.追踪污染源的相关矢计算公式:
Ｒ(ｘꎬｙ)＝Ｒμ(ｘꎬｙ) ｉ＋Ｒυ(ｘꎬｙ) ｊ
式中ꎬＲ(ｘꎬｙ)为ρ(ＰＭ２ ５)与风场ｕ㊁ｖ分量的合成相关矢量ꎬ(ｘꎬｙ)为区域内每个格点的经纬度坐标ꎬ
Ｒμ(ｘꎬｙ)为ρ(ＰＭ２ ５)序列与风场μ分量的相关系数场ꎬＲυ(ｘꎬｙ)为ρ(ＰＭ２ ５)序列与风场ｖ分量的相关系数场ꎬｉ㊁ｊ分别为ｘ㊁ｙ方向的单位矢量.而９２５ｈＰａ环流场对应高度能反映大气污染物传输的高度(５００~
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第７期栾兆鹏等：泰安市冬季一次严重空气污染过程分析
㊀㊀㊀１５００ｍ)ꎬ因此利用相关矢方法能够较为准确得出传输至泰安市污染物的源地及传输路径.
图８㊀泰安市２０１６年１２月１８日污染物后向轨迹模拟
Ｆｉｇ.８ＢａｃｋｗａｒｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｏｆａｉｒｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｆｒｏｍＴａｉᶄａｎＣｉｔｙｏｎＤｅｃｅｍｂｅｒ１８ｔｈꎬ２０１６
图７为２０１６年１２月泰安市ρ(ＰＭ２ ５)与９２５ｈＰａ
风场的相关矢量分布特征.由图７可见ꎬ除沿海部分地区外ꎬ我国东部地区的相关矢量主要表现为西南方
向ꎬ即泰安市ρ(ＰＭ２ ５)与我国东部大部分地区的经向风和纬向风均呈显著的正相关关系.最大相关区域主要集中在湖北省㊁湖南省㊁江西省一带ꎬ说明造成
２０１６年１２月泰安市空气污染的污染源主要集中在长江中下游部分地区(湖北省㊁湖南省㊁江西省等地区)ꎬ与ＡＯＤ高值区相对应ꎬ并在西南气流引导下通过高空远距离传输至泰安市.而泰安市周边风场与ρ(ＰＭ２ ５)之间未呈显著的相关性ꎬ表明本地污染源对泰安市空气污染的贡献较少.这一结果与３ ２节边界层条件分析结果一致.
３ ４㊀后向轨迹模拟及聚类分析
为进一步研究泰安市污染物的传输路径ꎬ选用
ＨＹＳＰＬＩＴ后向轨迹模式(ｈｔｔｐｓ:∕∕ｒｅａｄｙ.ａｒｌ.ｎｏａａ.ｇｏｖ∕ＨＹＳＰＬＩＴ.ｐｈｐ)对其进行模拟
[４０]
.后向轨迹模拟的终
点为泰安市(３６ １７ʎＮ㊁１１７ １５ʎＥ)ꎬ模拟时间为２０１６年１２月１８日ꎬ并对其进行２４和４８ｈ后向轨迹模拟.
该研究共选取１００㊁５００㊁８００ｍ３个最终高度ꎬ而２０１６年１７ ２２日污染期间混合层高度范围为６００~７５０ｍꎬ因此该研究取８００ｍ为最高高度
.
注：箭头长度和方向分别为风速和风向.相关系数(Ｒ)通过置信度为９０％的显著性检验.
图７㊀２０１６年１２月泰安市ρ(ＰＭ２ ５)与９２５ｈＰａ风场的相关矢量分布情况
Ｆｉｇ.７Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｖｅｃｔｏｒｓｂｅｔｗｅｅｎｓ
ｕｒｆａｃｅＰＭ２ ５ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓａｔＴａｉᶄａｎＣｉｔｙａｎｄ９２５ｈＰａｗｉｎｄｆｉｅｌｄｓｉｎＤｅｃｅｍｂｅｒꎬ２０１６由图８(ａ)可见:１００ｍ高度污染物由安徽省北部到达泰安市ꎬ５００ｍ高度污染物从安徽省南部到达泰安市ꎬ１００㊁５００ｍ高度污染物均为水平传输ꎻ８００ｍ高度污染物由湖北省在西南气流的引导下(见图７)向北经河南省㊁安徽省到达泰安市ꎬ并且由１５００ｍ
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㊀㊀㊀环㊀境㊀科㊀学㊀研㊀究第３２卷
左右高度垂直输送至低层后水平传输.由图８(ｂ)可见:１００ｍ高度污染物来源及传输方式均没有发生变化ꎻ５００ｍ高度污染物首先从高空自河北省经山东省传输至安徽省ꎬ传输期间污染物不断下沉ꎬ而后在低层向北水平传输至泰安市ꎻ８００ｍ高度污染物则从高空由河南省传输至湖北省ꎬ传输期间由２５００ｍ左右下沉至１０００ｍ左右ꎬ而后又被垂直输送至１５００ｍ处ꎬ由湖北省经河南省㊁安徽省传输至泰安市ꎬ传输期间污染物再次下沉至５００ｍ左右后水平传输.结合图４中８５０ｈＰａ(约１５００ｍ)平均风场可以看出河南省 湖北省一带为北风气流ꎬ而湖北省 安徽省 山东省一带为西南气流ꎬ其流场方向与以上结论一致.为进一步验证排放源路径ꎬ对２０１６年１２月８００
ｍ高度(能够反映边界层平均流场特征)污染物４８ｈ
后向轨迹聚类(见图９).由图９可见：到达泰安市的污染物来源主要有５种不同气流轨迹.聚类３距离较短ꎬ为本地输送ꎬ占比约为３４％ꎻ其余气流轨迹皆为外来传输ꎬ其中ꎬ聚类１㊁聚类２占比分别为１５％㊁
１４％ꎬ主要来源于河北省㊁山西省等北部地区ꎬ聚类４㊁聚类５占比分别为１１％㊁２６％ꎬ主要来源于湖南省㊁请假条英文
安徽省㊁江苏省等南部地区
.
图９㊀泰安市２０１６年１２月污染物４８ｈ后向轨迹聚类
Ｆｉｇ.９４８ｈｂａｃｋｗａｒｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｏｆａｉｒｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｉｎＴａｉᶄａｎＣｉｔｙｉｎＤｅｃｅｍｂｅｒꎬ２０１６
因此ꎬ此次严重空气污染的污染物主要来源为外来传输ꎬ其中ꎬ低层污染物由南风气流带动水平传输ꎬ较高层污染物则从河北省㊁河南省等地由高空传输至安徽省㊁湖北省等地ꎬ而后通过气流垂直运动下沉后随南风气流水平传输至泰安市.
４㊀结论
ａ)泰安市２０１６年１２月严重空气污染期间ꎬ高层(５００ｈＰａ)整体上呈 两槽一脊 的环流形势ꎬ低层(８５０ｈＰａ)位于南支槽前ꎬ受暖湿气流影响ꎬ有利于霾的生成.
ｂ)此次严重空气污染期间ꎬ近地面平均风速约
为１ ２ｍ∕ｓꎬ弱风速和高气压及逆温造成空气流动性减小ꎬ大气扩散能力减弱ꎬ有利于低空霾的聚集.
ｃ)虽然泰安市及周边地区污染严重ꎬ但本地输
送占比约为３４％ꎬ其余均为外来传输ꎬ即污染物主要通过外来源传输ꎬ本地污染源贡献比率较小.低空污染物主要从安徽省水平输送至泰安市ꎬ高空污染物则首先由河北省㊁河南省向南传输至安徽省㊁湖北省等地ꎬ再随南风气流向北输送至泰安市ꎬ并非由山东省周边京津冀地区及河南省直接传输而来.
参考文献(Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ):
[１]㊀中国气象局.地面气象观测规范[Ｓ].北京：气象出版社ꎬ２００３.
一元二次不等式[２]㊀吴兑ꎬ吴晓京ꎬ李菲ꎬ等.１９５１ ２００５年中国大陆霾的时空变化
[Ｊ].气象学报ꎬ２０１０ꎬ６８(５):６８０￣６８８.
ＷＵＤｕｉꎬＷＵＸｉａｏｊｉｎｇꎬＬＩＦｅｉꎬｅｔａｌ.Ｔｅｍｐｏｒａｌａｎｄｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｈａｚｅｄｕｒｉｎｇ１９５１￣２００５ｉｎＣｈｉｎｅｓｅｍａｉｎｌａｎｄ[Ｊ].Ａｃｔａ
ＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａꎬ２０１０ꎬ６８(５):６８０￣６８８.
[３]㊀潘本锋ꎬ汪巍ꎬ李亮ꎬ等.我国大中型城市秋冬季节雾霾天气污
染特征与成因分析[Ｊ].环境与可持续发展ꎬ２０１３(１):３３￣３６.ＰＡＮＢｅｎｆｅｎｇꎬＷＡＮＧＷｅｉꎬＬＩＬｉａｎｇꎬｅｔａｌ.Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｒｅａｓｏｎｏｆｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｂｏｕｔｆｏｇｏｒｈａｚｅａｔｋｅｙ
ｃｉｔｉｅｓｉｎａｕｔｕｍｎａｎｄｗｉｎｔｅｒｉｎＣｈｉｎａ[Ｊ].Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄ
ＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔꎬ２０１３(１):３３￣３６.
[４]㊀ＧＵＲＪＡＲＢꎬＪＡＩＮＡꎬＳＨＡＲＭＡＡꎬｅｔａｌ.Ｈｕｍａｎｈｅａｌｔｈｒｉｓｋｓｉｎ
ｍｅｇａｃｉｔｉｅｓｄｕｅｔｏａｉｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎ[Ｊ].ＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬ
shoushou
２０１０ꎬ４４(３６):４６０６￣４６１３.
[５]㊀ＧＵＯＳｏｎｇꎬＨＵＭｉｎꎬＺＡＭＯＲＡＭＬꎬｅｔａｌ.Ｅｌｕｃｉｄａｔｉｎｇｓｅｖｅｒｅｕｒｂａｎ
ｈａｚｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＡｃａｄｅｍｙ
ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓꎬ２０１４ꎬ１１１(４９):１７３７３￣１７３７８.
[６]㊀ＨＵＡＮＧＲｕｊｉｎꎬＺＨＡＮＧＹａｎｌｉｎꎬＢＯＺＺＥＴＴＩＣꎬｅｔａｌ.Ｈｉｇｈ
ｓｅｃｏｎｄａｒｙａｅｒｏｓｏｌｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｏｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｈａｚｅ
ｅｖｅｎｔｓｉｎＣｈｉｎａ[Ｊ].Ｎａｔｕｒｅꎬ２０１４ꎬ５１４(７５２１):２１８￣２２２.
[７]㊀ＺＨＡＮＧＬｉ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｉｅｓｏｎｈａｚｅａｎｄｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌｓｍｏｇ
ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａ:ｔｏｗａｒｄａｂｅｔｔｅｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｔｈｅｉｒｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ[Ｄ].ＨｏｎｇＫｏｎｇ:ＴｈｅＨｏｎｇＫｏｎｇＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１７:５９￣６３.
[８]㊀ＸＩＡＯＨａｎｇꎬＨＵＡＮＧＺｈｏｎｇｗｅｎꎬＺＨＡＮＧＪｉｎｇｊｉｎｇꎬｅｔａｌ.Ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ
ｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｆｃｌｉｍａｔｅｏｎｔｈｅｒｅｇｉｏｎａｌｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｆｈ
ａｚｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｒ￣ｃｉｔｉｅｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅｗｉｔｈｉｎｔｈｅＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＤｅｌｔａ[Ｊ].ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｏｌｌｕｔｉｏｎꎬ２０１７ꎬ２２８:２６￣３４.
[９]㊀ＭＡＪｉａｎｚｈｏｎｇꎬＸＵＸｉａｏｂｉｎꎬＺＨＡＯＣｈｕｎｓｈｅｎｇꎬｅｔａｌ.Ａｒｅｖｉｅｗｏｆ
ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｃｈｅｍｉｓｔｒｙｒｅｓｅａｒｃｈｉｎＣｈｉｎａ:ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌｓｍｏｇꎬｈａｚｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎꎬａｎｄｇａｓ￣ａｅｒｏｓｏｌｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＳｃｉｅｎｃｅｓꎬ２０１２ꎬ２９(５):１００６￣１０２６.clever的意思
[１０]㊀ＴＡＯＭｉｎｇｈｕｉꎬＣＨＥＮＬｉａｎｇｆｕꎬＳＵＬｉｎꎬｅｔａｌ.Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆ
ｒｅｇｉｏｎａｌｈａｚｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｏｖｅｒｔｈｅＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＰｌａｉｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈ:Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓꎬ２０１２ꎬ１１７(Ｓ１２):１￣１６.[１１]㊀许建明.城市大气环境数值技术的集成㊁改进和应用研究[Ｄ].
南京：南京信息工程大学ꎬ２００６:９３￣１０８.
２９１１
