3 南京 2014 年春节霾实况回顾

　　从空气质量指数（AQI）的逐时变化曲线来看：春节假期前期（1 月 30 日至 2月 2 日），全市的空气污染指数都在轻度污染级别以上，其中 1 月 30 日至 2 月 1 日空气污染指数都是重度污染。1 月 30—31 日南京出现了持续的雾霾天气，30 日、31 日早晨出现了区域性浓雾天气，大部分地区能见度低于 500 米，部分地区低于 200 米。2 日早晨我市出现锋前雾，部分地区能见度不足 200 米。

4 2014 年春节霾天气的大气背景分析

　　4.1 环流背景分析

　　按照春节假期污染情况，可以分为两个过程：前期是 1 月 30 日-2 月 2 日，污染较重，AQI 指数较高，都在 100 以上，都在轻度污染以上；后期是 2 月 3 日-2 月 6 日，受冷空气和雨雪影响，空气质量显著改善，维持在良或优。

　　从春节前期 500hPa 平均高度场上可以看出，中纬度环流平直，北方冷空气活动较弱，高层多受西北偏西气流控制，冷空气势力较弱。从海平面气压场（图略）上，亦可以看出前期我国中东部地区均处在气压梯度小，水平风速弱的均压场控制当中，非常不利于中低层污染物的输送扩散。气压梯度小，风速弱，不利于污染物扩散。后期，冷暖空气活跃，850hPa 气温在 2 日后期锐减，雨雪频繁，空气质量也随之改善。

　　4.2 气象要素特征分析

　　燃放烟花爆竹的高峰时段出现在 1 月 30 日（除夕）18 时至 1 月 31日（大年初一）05 时，期间 PM2.5 浓度的每小时平均值异常高，主峰值出现在 1 月 31 日 1时，达到 0.5783m gm，可见大年初一的 0 时至 1 时是烟花爆竹燃放最集中的时候，这与大多数市民选择在吃年夜饭的前后燃放烟花爆竹有很大关系。另外，在除夕 20 时以后，PM10和 PM2.5 的浓度很快下降，原因是此时在家收看春节晚会的市民增多，烟花的燃放量也随之减少。进一步对比图 2 中能见度与图 6 中 PM2.5 浓度的变化趋势，不难发现两者具有明显的反相关关系，相关系数达到了-0.63，通过 95%显著性检验，表明在日时间尺度上，南京地区 PM2.5 质量浓度对于能见度下降具有重要贡献，可见高浓度的气溶胶为雾霾的形成提供了有利条件。

　　4.3 HYSPLIT 后向轨迹模式分析污染源

　　利用 HYSPLIT 后向轨迹模式， 对春节假期前后影响南京地区的气团路径进行了进一步分析。假期前期，影响南京的气团大多来自南部，较为潮湿，且往往裹挟着较多的污染物；3 日以后，影响南京的气团则基本来自北方地区，较为干冷。这近一步表明春节假期前后，南京的灰霾天气不仅仅是因为天气背景发生改变，烟花爆竹燃放过多也是重要原因之一，烟花爆竹的集中燃放会使得空气中细粒子浓度的增幅尤为明显。

5 新资料的应用

　　5.1 风廓线雷达

　　通风系数表示混合层中污染物的传输速率，通风系数越高, 大气处理污染的能力越强,因而污染越小, 空气质量越好。利用激光雷达反演的混合层高度计算通风系数有明显的优越性, 因为激光雷达的高时间分辨率提供了混合层的连续变化, 配合同步风的观测可得到该系数精确的演变特征。图 10 给出了春节假期通风系数、PM2.5 浓度的日变化，由图可知，通风系数与 PM2.5 浓度有较好地时间对应，1 月 31 日通风系数增强，PM2.5 随之显著降低，2 月 1 日-3 日，通风系数持续走低，PM2.5 浓度则出现反弹，2 月 3 日后期开始，通风系数一直维持在 10000 以上的较高水平，PM2.5 浓度也持续维持在较低地水平，计算发现 PM2.5浓度与通风系数的负相关显著，相关系数高达-0.51。进一步计算发现，通风系数的逐小时分布与风速、混合层高度均呈显著正相关，并且通风系数与风速关系比它与混合层高度的关系更密切，这与文献的结果一致。

　　5.2 微波辐射计所表征的逆温层特征

　　冬季稳定的天气条件，造成了空气中污染物不能扩散，大气稳定度的一个重要标志是逆温，逆温是冬季经常出现的，低层温度低于高层温度的现象。逆温主要是由空气下沉、绝热增温引起的，因此逆温的出现往往表示大气层结比较稳定，使得大气中悬浮颗粒物不易扩散，积聚增长，导致空气质量下降。所以，逆温和霾天气也有密切相关。逆温层的存在是雾霾天气持续的条件之一。

　　利用微波辐射计的气温资料，将春节假期的逆温层筛选出来，再分别计算强度与厚度。定义逆温层厚度为逆温层顶的高度减去逆温层底的高度，逆温层的强度为逆温层顶的气温与逆温层底的气温的差值，差值越大，表明逆温层强度越大。

6 结果和讨论

　　使用南京站点资料、环保局监测资料和 NCEP/NCAR 再分析资料,阐述 2013 年 1 月份南京持续性污染的事实，并从大气环流背景场分析出现持续性污染的原因；利用探空资料、风廓线雷达资料和激光雷达资料，探讨影响大气污染程度的大气垂直结构特征以及边界层内气象条件的差异，主要结论有：

　　（1）按照春节假期污染情况，可将其分为两个过程：前期是 1 月 30 日-2 月 2 日，污染较重，AQI 指数较高，都在 100 以上，都在轻度污染以上；后期是 2 月 3 日-2 月 6 日，受冷空气和雨雪影响，空气质量显著改善，维持在良或优。春节前期（1 月 30 日-2 月 2 日），我市处于均压场里，冷空气活动弱，近地层风速小，污染物气象扩散条件差，加之地面以弱偏东风为主，近地层水汽有利于污染物直径增大，浓度升高，有利于逆温层的形成，使得污染物容易堆积。

　　（2）污染物的积聚和爆发需满足的天气形势一般具有以下3个特征: （a）高气压前部、均压场内或低气压底部 （b）海平面气压值及气压梯度值较小（c）地面风向不稳定，风速偏弱。

　　（3）污染物的消散一般需满足以下2个特征：（a）冷空气、大风、降水，大气湍流运动加强，扩散能力增强（b）逆温层破坏，混合层厚度升高。

　　（4）利用激光雷达反演的混合层高度计算通风系数有明显的优越性, 因为激光雷达的高时间分辨率提供了混合层的连续变化, 配合同步风的观测可得到该系数精确的演变特征。结果显示，PM2.5 浓度与通风系数的负相关显著，通风系数与风速、混合层高度均呈显著正相关，并且通风系数与风速关系比它与混合层高度的关系更密切。

　　（5）利用微波辐射计的气温资料，将春节假期的逆温层筛选出来，再分别计算其强度与厚度。春节期间，PM2.5 质量浓度与逆温厚度和强度都与很好地对应关系，PM2.5 浓度与逆温层厚度、强度的相关系数分别高达 0.63、0.47。前期逆温层结较厚，且逆温幅度较大，逆温强度逐渐增强，雾霾持续，直至 3 日冷空气南下，逆温层结被破坏，转为中性层结，雾霾天气有所缓解。

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