灰霾产生的气象条件分析

灰霾产生的气象条件分析改革开放以来，由于经济规模迅速扩大和城市化进程加快，大气气溶胶污染日趋严重，由气溶胶污染造成的能见度恶化事件越来越多，我国部分地区灰霾天气迅速增加。作为一种灾害性天气，由灰霾引发的环境效应问题和气候效应问题，引起了科学界、政府部门和社会公众的关注。那么，什么是灰霾？灰霾的主要成分是什么？我们所熟知的风、温、压、湿等气象因子在灰霾形成过程中又扮演了什么样的角色呢？“灰霾”一词的科学定义最早出现于2002年12月15日在北京召开的“我国区域大气灰霾形成机制及其气候影响和预报预测研讨会”上，由中国气象科学研究院的青年科学家依据国外文献中的“GrayHaze”直译为“灰霾”，用来描述由人类活动增加导致的城市区域近地层大气的气溶胶污染导致能见度恶化现象。在中国气象局《地面气象观测规范》中对“灰霾”有如下定义：“大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10公里的空气普遍混浊现象，使远处光亮物体微带黄、红色，使黑暗物体微带蓝色。”而2010年颁布的《中华人民共和国气象行业标准》则给出了更为技术性的判识条件：“当能见度小于10公里，排除了降水、沙尘暴、扬沙、浮尘等天气现象造成的视程障碍，且空气相对湿度小于80%时，即可判识为霾。”由此可知，灰霾的核心物质是大气中悬浮的气溶胶颗粒。正是由于颗粒物的散射、吸收带来的消光作用，降低了空气能见度，给人造成“雾蒙蒙”之感。颗粒物即总悬浮颗粒物（TSP），按照大小可以分为巨粒子（如降水粒子、云雾粒子、沙尘）、粗粒子（如海盐、土壤尘、火山灰）、细粒子（如硫酸盐、硝酸盐、有机物等）、超细粒子（如碳颗粒）等，其中容易造成灰霾天气的主要是细粒子。细粒子也称为PM2.5，是指环境空气中空气动力学当量直径≤2.5微米的颗粒物，研究表明，我国城市中大量的PM2.5直接或间接地来源于燃烧过程。我们知道，排入大气中的污染物主要来源于自然排放和人类活动的排放，在一段时期内，无论是自然排放、还是人类活动排放的气溶胶粒子的总量是大致稳定的，那为什么有时出现严重的灰霾天气，有时又是蓝天白云呢？决定性的控制因素就是气象条件。在不同的气象条件下，同一污染源排放所造成的地面污染物浓度可相差几十倍乃至几百倍，这是由于大气对污染物的稀释扩散能力随着气象条件的不同而发生巨大变化的缘故。那么，影响灰霾形成的主要气象因子有哪些呢？一、从大范围看，需要合适的大尺度环流形势。我们知道，大气稳定度和大气对污染物的扩散能力取决于高低空大气环流的配置。通常采用500hPa和地面的天气系统来分类，主要依据500hPa槽所处地理位置、移动速度和方向以及相应的地面高低压系统的配置情况，灰霾天气过程发生时的环流形势可分为中阻塞性、南支槽型和纬向型三种。不论哪种形势，对应在地面上，我国东部均形成高压控制的均压场，水平气压梯度较小，导致地面风速较小，且大气层结稳定，不利于污染物的扩散。二、从水平风场看，出现气流停滞区，近地面静风或弱风现象增多。随着城市建设的迅速发展，大楼越建越高，增大了地面摩擦系数，使气流经城区时明显减弱。静风现象增多，不利于大气污染物向城区外围扩展稀释，并容易在城区内积累高浓度污染。三、从热力结构看，边界层存在强逆温现象。通常情况下，在低层大气中，气温是随高度的增加而降低的。逆温层好比一个锅盖覆盖在城市上空，使城市上空出现了高空比低空气温更高的逆温现象。污染物在正常气候条件下，从气温高的低空向气温低的高空扩散，逐渐循环排放到大气中。但是逆温现象下，低空的气温反而更低，导致污染物的停留，不能及时排放出去。四、从湿度条件看，常伴随强日照和低相对湿度。2010年出台的国家行业标准“QX/T113-2010,霾（灰霾）的观测和预报等级”中规定相对湿度在80%以下基本判定为灰霾，而《广东省灰霾天气预警信号发布细则》则更具可操作性，当相对湿度在80%～95%时，判定为霾或者轻雾。统计表明，相对湿度在40%～70%之间有利于灰霾及严重、重度灰霾天气出现，尤以50%～60%时出现的概率最高。五、从垂直运动看，低层存在下沉运动、负涡度区和辐散层。负涡度区和辐散层作用于流场，使得对流层低层的下沉运动加强，从而抑制了近地层污染物的垂直扩散，造成污染物积聚增多，灰霾强度加强，范围扩大。反之，上升运动、正涡度区和辐合层作用于流场，则促使灰霾减弱消散。由此可见，灰霾的形成与气象条件密切相关，当城市中机动车尾气以及其它烟尘排放源排出粒径在微米级的细小颗粒物，停留在大气中，遇到逆温、静风、低相对湿度等不利于扩散的天气出现时，就形成灰霾。灰霾不仅能使能见度降低，导致交通事故发生，而且还能诱发呼吸道等多种疾病，危害人类的身心健康，同时对气候以及生态环境造成较大危害。目前，我国存在着4个灰霾天气比较严重地区：黄淮海地区、长江三角洲、四川盆地和珠江三角洲，研究表明，无论是灰霾出现的次数还是灰霾天气的污染程度，都呈现出增多增强的趋势，且在短时间内这种趋势很难改变。这就要求我们共同关注灰霾，提高对灰霾天气的认识，加强灰霾天气的监测和预报，加深对灰霾成因的研究和理解，进而科学、有效地预测和动态调控污染物排放以治理灰霾天气。这对于减轻城市的空气污染，保护人类赖以生存的环境具有重要的现实意义。