长沙市秋冬季重污染日变化特征及与气象条件相关性研究(2)

场中，（弱）高压及其底（后）部占41.7%，（弱）高压（后部）转均压及均压转高压（底/前部）占37.5%，均压占20.8%。以上几种弱气压梯度场在长沙市都是不利于污染物扩散的静稳天气，加之受高空槽过境、偏西（西南/西北）气流影响，平均风速持续较小，无明显降水。这两种高低空天气形势相配合，有利于大气污染物发生积累，构成重污染日的气象条件。

表3 长沙市2013-2014年秋冬季重污染日期间地面及高空天气形势归类统计

Table 3 Weather types and meteorological characteristics of Changsha's heavy pollution

days in autumn and winter 时间 2013-10-21 2013-10-22 2013-10-23 2013-10-24 2013-10-25 2013-10-27 2013-10-28 2013-10-29 2013-10-30 2013-10-31 2013-12-6 2013-12-7 2013-12-8 2013-12-19 2013-12-20 2013-12-21 2013-12-22 2014-01-25 2014-01-26 2014-01-27 2014-01-28 2014-01-29 2014-01-30 2014-01-31 地面天气形势 弱高压底部 弱高压转均压 均压 均压转高压底 高压底部 高压后部 高压后转均压 均压转高压底 高压底 高压底 弱高压后转低压 均压 均压转高压前 弱高压 弱高压转均压 均压 弱高压 弱高压底部 弱高压底部 弱高压后部转均压 均压转高压底部 均压 均压 低压前部 高空500hPa 槽前，偏西南气流 槽底，偏西气流 槽底，偏西气流 槽后，偏西北气流 槽后，偏西北气流 浅槽前，偏西气流 浅槽底，偏西气流 弱脊后，偏西南气流 浅槽前，偏西南气流 浅槽区 槽后，偏西北气流 槽前，偏西南气流 槽前转槽后，西南转偏西气流 弱脊区 浅槽前，偏西南气流 偏西气流 偏西北气流 偏西气流 偏西气流 偏西气流 偏西气流 浅槽区 偏西气流 浅槽前，偏西南气流 3.5 重污染日与气象条件的相关性分析

选取长沙市2013-2014秋冬季发生的5次连续三天及以上重污染日天气，绘制PM2.5与温度、风速、气压、相对湿度等气象条件的同步变化趋势图，结果详见图2。统计分析结果表明，PM2.5质量浓度与温度、风速和气压负相关，相关

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系数分别为-0.1、-0.37、-0.26，而与湿度呈正相关，相关系数0.13。

图2 长沙市2013-2014年秋冬季连续重污染日PM2.5日均质量浓度与温度、风速、气压和相

对湿度的同步变化情况

Figure 2 Synchronous change of the daily average mass concentration of PM2.5 with

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temperature, wind speed, atmospheric pressure and relative humidity of continuous

Changsha's heavy pollution days in autumn and winter 2013-2014

由图2可知，5次连续重污染期间，气温均低于25℃，风速都小于3m/s，气压在1005hpa至1025hpa之间，相对湿度＞40%。其中，风速和相对湿度的变化幅度最大。湿度与PM2.5质量浓度相关性的研究结果表明，当湿度大于40%低于70%时，随着相对湿度提高，PM2.5质量浓度相应增加，而当湿度超过70%，风速、温度和气压无较大变化时，随着湿度提高，PM2.5质量浓度剧烈下降。风速对PM2.5日均质量浓度的影响作用较明显，当温度、高压变化较小时，较高的PM2.5质量浓度受温度、高压影响不大，而风速为主导气象因素，表现在风速降低，PM2.5质量浓度显著上升；风速提高，PM2.5质量浓度即呈下降趋势。

整体上，连续三天及以上重污染日的主要地面气象条件为，小风或静风，平均风速1.7m/s，低于秋冬季节平均风速2.1m/s；相对湿度平均为60.8%，而秋冬季节平均66.7%；每次重污染期间气温和气压变化不大，逆温较强；PM2.5日平均浓度206.6μg/m3。

3.6 讨论

大量研究表明，天气形势或者气象条件与污染物的排放、扩散、传输、（光）化学反应以及干湿沉降等密切相关[1,2,3]。绝大多数情况下，不利气象条件是导致PM2.5严重污染的直接原因[4]。长沙市在2013年10月至2014年2月期间，当重污染日出现时，高空形势较为稳定，500hpa上空多为西南或偏西气流，地面形势通常表现为（弱）高压底（后）部或均压，且地面多为小风或静风，湿度在40%-70%之间。受此特定的高空和地面形势配合影响，气压梯度较弱，不利于污染物扩散，这时候，风速和湿度成为重污染日的主导气象条件。在高空形势稳定的情况下，如果风速较小，水平扩散受阻，垂直扩散又无空间，则与排放污染物可混合的清洁空气量越来越少，必然使得 PM2.5质量浓度增高。湿度较大却无有效降雨时，颗粒物吸湿增长作用明显，使得PM2.5质量浓度提高。此外，在此季节，空气湿度大的天气里多存在逆温现象，加重了PM2.5污染。理论上分析，吸湿增长形成的霾与干霾在毒性上是有较大差别的。同样的PM2.5质量浓度下，干霾所含有毒细颗粒物量更大，而吸湿生长形成的霾，由于细颗粒物表层大量吸附了水，包含其中的有毒成分要少得多，但在降低能见度方面的效果是一样的。

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均压场的持续演变是影响重污染天持续长度的重要因素。当均压场转变成气压梯度较大的其他天气形势，会出现较大的风力或发生有效降雨，则重污染日中断或减轻。2m/s以上的风速就有利于污染物的清除，且在各气象要素中，风对PM2.5的去除效果最好，可达60%以上[5]。降水对PM2.5的去除作用主要是雨滴在降落过程中通过惯性碰撞和布朗扩散捕获细颗粒物，从而使之从大气中卷扫清除

[6]

。

4 结论

（1）数据统计表明，长沙市秋冬季节易发生灰霾重污染日，2013年10月至2014年2月，重污染日累计达到41天，占统计时段总天数的27.2%。

（2）长沙市重污染日地面天气形势分为高压类和均压类两种类型，其中（弱）高压及其底（后）部占41.7%，（弱）高压（后部）转均压及均压转高压（底/前部）占37.5%，均压占20.8%。

（3）长沙市连续三天及以上重污染日的地面气象条件为小风或静风，平均风速1.7m/s，低于长沙市秋冬季节平均风速2.1m/s；相对湿度平均60.8%，而秋冬季节平均为66.7%；每次重污染日期间，温度、气压变化不大，逆温较强； PM2.5日均质量浓度为206.6μg/m3。

（4）相关性分析结果表明，连续重污染日内PM2.5质量浓度与温度、风速和气压负相关，相关系数分别为-0.1、-0.37、-0.26，而与湿度正相关，相关系数0.13。在长沙市，风速和湿度为重污染日的主导气象因素，较大的风力及有效降雨成为重污染日打断或降低重污染程度的主要因素。

5 参考文献

1. Comrie A C.An all-season synoptic climatology of air pollution in the U.S.Mexico border region[J].Prof Geogr, 1996, 48: 237-251.

2. 潘本锋, 赵熠琳, 李健军, 等.气象因素对大气中PM2.5的去除效应分析[J].环境科技, 2012,

25(6): 41-44.

3. 王文林. 试论中国灰霾天气的成因、危害及控制治理[J]. 绿色科技,2013, 04 :153-154. 4. 张人禾, 李强, 张若楠. 2013 年1 月中国东部持续性强雾霾天气产生的气象条件分析[J].

中国科学:地球科学, 2014, 44(1): 27-36.

5. 王 伟, 纪德钰, 苗书一,等.气象因素对大连空气中PM2.5的去除效应分析[J].中国环境管

理干部学院学报, 2014, 24(4): 40-42.

6. 董雪玲, 刘大锰, 袁杨森, 等.北京市2005年夏季大气颗粒物污染特征及影响因素[J].环

境工程学报, 2007, 1(9):100-104.

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