周益平，楊云蕓，何煒煒，賀 科，李 輝

(1.湖南省衡陽市氣象局，湖南 衡陽 421001；2.湖南省氣象臺(tái)，湖南 長(zhǎng)沙 410118)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，機(jī)動(dòng)車保有量增多，大氣中污染物濃度逐年攀升，污染性質(zhì)也逐漸向復(fù)合型污染轉(zhuǎn)變[1]，防霾治霾已成為全社會(huì)高度關(guān)注的問題之一。研究表明，從大氣細(xì)顆粒物污染的短期或?qū)崟r(shí)狀態(tài)而言，城市污染程度主要與地形和氣象條件有關(guān)[2-3]。大尺度環(huán)流形勢(shì)和局地氣象條件不僅影響污染物的生成、積累和清除[4]，同時(shí)也是影響區(qū)域輸送的重要外部條件[5-7]。當(dāng)污染源排放相對(duì)固定時(shí)，天氣形勢(shì)的演變直接影響著污染過程的持續(xù)時(shí)間和嚴(yán)重程度[8]，大氣穩(wěn)定度、風(fēng)向、風(fēng)速以及降水等局地氣象條件決定著污染物濃度的變化[9-13]。唐宜西等[14]、蒲維維等[15]對(duì)華北污染天氣進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，除本地污染源外，特殊地形和外來輸送是大氣污染的重要因子，天氣系統(tǒng)尺度和細(xì)顆粒物富集趨勢(shì)決定污染區(qū)域性特征。楊云蕓等[16]分析指出長(zhǎng)沙市空氣污染指數(shù)與日平均氣壓呈顯著正相關(guān)，與日平均、日最高、日最低氣溫及日平均風(fēng)速均呈顯著負(fù)相關(guān)。目前，我國(guó)對(duì)大氣污染的研究多集中于京津冀為主的華北地區(qū)和沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，對(duì)于中部地區(qū)相關(guān)研究較少且研究區(qū)較分散，對(duì)持續(xù)性重污染天氣的氣象學(xué)成因的研究不夠全面深入。

2017年1月1～5日湖南各地出現(xiàn)了不同程度的污染天氣。在這次重度污染過程中，本地污染排放較為穩(wěn)定，氣象條件的作用被突出，診斷分析有關(guān)氣象條件有利于更清晰地認(rèn)識(shí)不利氣象條件的影響機(jī)制。因此，本文以2017年1月1～5日衡陽市重污染天氣過程為例，基于HYSPLIT后向軌跡模式，通過環(huán)流背景、動(dòng)力條件和地面氣象要素特征分析及污染物溯源分析，探求氣象條件對(duì)空氣質(zhì)量變化的具體影響機(jī)制和外來污染物輸送的氣流軌跡，以期為衡陽地區(qū)重污染過程預(yù)警預(yù)測(cè)及與環(huán)保部門開展區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控提供科學(xué)的依據(jù)和方法。

1 資料與方法

空氣污染資料為2017年1月1～5日衡陽市6個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)站(化工總廠、真空機(jī)電公司、市監(jiān)測(cè)站、珠暉區(qū)環(huán)保局、市委黨校、原一六九醫(yī)院)的AQI、PM2.5、PM10、NO2等主要空氣污染物的日平均和逐時(shí)質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)，來源于國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)總站網(wǎng)?；練庀笠?cái)?shù)據(jù)為相應(yīng)時(shí)段的衡陽市國(guó)家基本氣象觀測(cè)站的觀測(cè)資料。利用美國(guó)大氣環(huán)境研究中心的NCEP/NCAR再分析資料對(duì)同期環(huán)流形勢(shì)進(jìn)行分析，并對(duì)物理場(chǎng)和溫、濕、風(fēng)廓線進(jìn)行診斷分析，其空間分辨率為1°×1°，垂直分辨率17層。

圖1 2017年1月1～5日衡陽市污染物質(zhì)量濃度變化曲線Fig.1 The mass concentration curve of pollutants in Hengyang City from Jan.1 to Jan.5，2017

根據(jù)2012年發(fā)布的《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ633-2012)，將AQI日均值在200～300定為5級(jí)空氣重度污染日，超過300定為6級(jí)空氣嚴(yán)重污染日，5級(jí)和6級(jí)空氣污染日均稱為重污染天氣日，并將連續(xù)3d及以上的空氣重污染天氣定義為連續(xù)重污染天氣過程。

利用美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)開發(fā)的混合單粒子拉格朗日綜合軌跡模式(HYSPLITE)分析持續(xù)重污染期間氣流的后向軌跡，得出氣流輸送路徑，研究污染物來源。HYSPLITE模式是一種歐拉-拉格朗日型混合計(jì)算模式，其平流和擴(kuò)散的計(jì)算采用拉格朗日方法，濃度計(jì)算采用歐拉方法，本文結(jié)合0.5×0.5GDAS資料，時(shí)間為UTC，模擬以衡陽為中心氣流的72h后向軌跡。

2 結(jié)果與分析

2.1 污染過程分析

分析AQI、PM2.5、PM10、NO2、SO2、O3等質(zhì)量濃度逐時(shí)變化情況(圖1)，可知1月1日00∶00～2日06∶00(北京時(shí)間，下同)衡陽為輕到中度污染天氣，2日07∶00～5日16∶00為重度污染天氣，首要污染物均為PM2.5。污染期間NO2、PM10和PM2.5呈現(xiàn)相似的單峰型日變化分布型態(tài)。分析衡陽市6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)污染期間污染物濃度變化可知，各站點(diǎn)PM2.5和PM10的濃度峰值均出現(xiàn)在4日22∶00，其中，珠暉區(qū)環(huán)保檢測(cè)站點(diǎn)PM2.5小時(shí)區(qū)域均值最高濃度為320μg/m3，PM10小時(shí)區(qū)域均值最高濃度為523μg/m3。O3峰值均出現(xiàn)在16∶00左右，這可能是區(qū)域輸送和午后局地光化學(xué)過程共同作用的結(jié)果，與馬艷等[17]對(duì)青島觀測(cè)資料的分析結(jié)果相似。在氣象條件控制下，6個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的污染物濃度變化具有明顯同步變化特征，但衡陽東部原一六九醫(yī)院站點(diǎn)監(jiān)測(cè)的PM2.5、PM10和NO2濃度整體上低于其它站點(diǎn)，主要原因是此站點(diǎn)位于郊區(qū)，無顯著的工業(yè)排放源，且站點(diǎn)附近沒有較多的機(jī)動(dòng)車源。

分析衡陽周邊地區(qū)污染物濃度變化可知，衡陽與湘潭、株洲、邵陽等毗鄰地區(qū)共同表現(xiàn)為顆粒物濃度穩(wěn)步累積增長(zhǎng)，污染持續(xù)多天的形式。這種區(qū)域多站點(diǎn)在同一時(shí)段表現(xiàn)出的同步特征，與氣象過程密切相關(guān)。因此，本文依據(jù)PM2.5的變化趨勢(shì)將衡陽此次重度污染時(shí)段分為1月2日07∶00～5日12∶00逐漸累積增長(zhǎng)(1.9μg/m-3h-1)和5日13∶00～18∶00快速消除(32.2μg/m-3h-1)兩個(gè)階段，重點(diǎn)分析這個(gè)兩個(gè)時(shí)段的氣象要素特征及影響機(jī)制。

圖2 2017年1月5日20∶00海平面氣壓場(chǎng)(單位：hPa)Fig.2 The sea level pressure field at 20∶00 on Jan.5,2017 (unit: hPa)

2.2 氣象條件分析

2.2.1 大尺度環(huán)流背景和局地環(huán)流特征

從此次污染過程大尺度環(huán)流形勢(shì)演變可知，污染物逐漸累積增長(zhǎng)時(shí)段，500hPa無明顯槽脊活動(dòng)，不利于冷空氣南下，地面衡陽處于均壓場(chǎng)，空氣水平運(yùn)動(dòng)弱。在這樣的靜穩(wěn)形勢(shì)下，不利于污染物的擴(kuò)散和稀釋。5日環(huán)流形勢(shì)發(fā)生調(diào)整，受冷空氣南下影響(圖2)，地面平均風(fēng)速加大，推動(dòng)空氣水平運(yùn)動(dòng)，18：00衡陽地區(qū)的污染物疏散清除。

圖3 2017年4日20∶00(a)和5日20∶00(b)衡陽地面流場(chǎng)Fig.3 The surface stream in Hengyang at 20∶00 p.m. on Jan 4,2017 (a) and at 20∶00 p.m. on Jan.5,2017(b)

分析污染期間衡陽地面流場(chǎng)可知，污染物逐漸累積增長(zhǎng)時(shí)段，衡陽地區(qū)地面風(fēng)場(chǎng)靜風(fēng)頻率大，其中2日07∶00～4日14∶00衡陽北部主要為弱的東北風(fēng)輸送，南部為弱的西南風(fēng)輸送。東北風(fēng)和西南風(fēng)沿著湘江河谷將區(qū)域污染物向衡陽地區(qū)輸送，由于衡陽地處盆地，受四周山體阻擋，使得污染物無法疏散。且弱的西南風(fēng)不僅不會(huì)對(duì)污染物有稀釋作用，反而帶來了充足的水汽，為污染物吸濕增長(zhǎng)提供了有利條件。4日下午至夜間，衡陽市區(qū)持續(xù)6h近乎靜風(fēng)，其周邊地面流場(chǎng)呈輻合狀態(tài)，造成周邊污染物向衡陽市區(qū)匯聚(圖3a)。分析衡陽北部南岳高山站(海拔1265.9m)的觀測(cè)資料可知，重污染期間為持續(xù)西南風(fēng)，較強(qiáng)西南暖濕氣流使得相對(duì)濕度持續(xù)增高，上下一致西南風(fēng)暖濕氣流形成深厚的濕層，使得衡陽上空相對(duì)濕度增至80%以上?？梢?，地面靜風(fēng)和低層大氣層結(jié)穩(wěn)定不利于污染物的擴(kuò)散和稀釋，高濕環(huán)境加速了污染物的累積增長(zhǎng)，促成了4日22：00污染物爆發(fā)性增長(zhǎng)至峰值。污染物快速消散過程，自5日14：00開始，衡陽地面流場(chǎng)整體轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)控制(圖3b)，且風(fēng)速增強(qiáng)，達(dá)4m/s以上。南岳高山站西南風(fēng)逐漸減弱，至20∶00由西南風(fēng)切變成偏北風(fēng)，說明中低層垂直運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)?？梢?，隨著較強(qiáng)冷空氣南下影響，強(qiáng)勁的偏北風(fēng)對(duì)衡陽的細(xì)顆粒物濃度有所稀釋，加之此時(shí)段衡陽地區(qū)中低層出現(xiàn)垂直運(yùn)動(dòng)和降水，使得細(xì)顆粒物濃度快速下降。

圖4 2017年1月1日08∶00—6日08∶00衡陽上空物理量場(chǎng)分布Fig.4 The physical quantity field over Hengyang from 8∶00 a.m. on Jan.1 to 8∶00 a.m. on Jan.6 in 2017

2.2.2 動(dòng)力條件分析

圖5 2017年1月2～5日氣象要素和氣態(tài)污染的日變化曲線Fig.5 Daily variation curve of the meteorological element and gaseous pollutant from Jan.2 to Jan.5,2017

分析1月1日08∶00～6日08∶00衡陽上空氣象要素時(shí)間-空間演變特征，由圖4a可見，污染逐漸累積增長(zhǎng)階段，700hPa以下相對(duì)濕度維持80%以上，850hPa以下大部分時(shí)段風(fēng)速小于2m/s。4日污染最嚴(yán)重時(shí)段，自500hPa整層大氣風(fēng)向由偏西風(fēng)轉(zhuǎn)為一致暖濕的西南風(fēng)，且風(fēng)速較前期加大。污染快速消除階段，600hPa以下明顯出現(xiàn)風(fēng)切變，上層轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)控制，下層轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)控制，且相對(duì)濕度呈現(xiàn)上干下濕的分布特征，這樣的垂直風(fēng)場(chǎng)和濕度分布特征，有利于高低空氣流的混合，加速污染物在垂直方向的擴(kuò)散和稀釋。由圖4b可見，對(duì)應(yīng)相對(duì)濕度大值時(shí)段，存在西南或偏南方向的水汽輸送，與夏季方向相同，這與文獻(xiàn)[18]的結(jié)論不同，可能原因是衡陽和西安的地理位置不同，夏冬季的主要水汽來源不同。水汽通量散度在污染逐漸累積時(shí)段中低層(900～700hPa)為小于0.5×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1的水汽弱輻散或輻合區(qū)；污染快速消散時(shí)段，低層存在大于2×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1的水汽輻散區(qū)，高層存在小于2×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1的水汽輻合區(qū)。由圖4c可知，污染物逐漸累積前中低層以上升運(yùn)動(dòng)為主，中心大于0.3m/s；污染逐漸累積時(shí)段，500hPa以下整層大氣以下沉氣流為主；5日00∶00開始，整層大氣轉(zhuǎn)為上升運(yùn)動(dòng)，08∶00在600hPa左右上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，中心強(qiáng)度為0.7m/s，午后700hPa附近出現(xiàn)0.3m/s的下沉運(yùn)動(dòng)，伴隨地面冷空氣南下影響，衡陽上空低層垂直上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，對(duì)應(yīng)低層輻合，高層輻散，上升運(yùn)動(dòng)促使近地層污染物垂直擴(kuò)散稀釋增強(qiáng)，地面污染物濃度迅速下降。綜上可知，中低層小風(fēng)速、高濕氣流有利于污染物吸濕增長(zhǎng)和氣溶膠二次反應(yīng)，提高了污染物凝結(jié)核的濃度，中低層的下沉氣流導(dǎo)致污染物在近地面不斷累積，重度污染天氣發(fā)展維持。

2.2.3 近地面氣象要素特征

統(tǒng)計(jì)污染期間衡陽近地面風(fēng)速和相對(duì)濕度與細(xì)顆粒物濃度，當(dāng)污染物濃度小于75μg/m3時(shí)，風(fēng)速平均為4.2m/s，相對(duì)濕度為58%；當(dāng)污染物濃度在75～150μg/m3時(shí)，風(fēng)速平均為1.1m/s，相對(duì)濕度為65%；當(dāng)污染物濃度大于150μg/m3時(shí)，風(fēng)速平均為1.4m/s，相對(duì)濕度為73%?？梢?，持續(xù)的小風(fēng)速(1m/s左右)不利于污染物在水平方向上的擴(kuò)散，相對(duì)豐富的水汽含量易于空氣中形成污染物凝結(jié)核，往往會(huì)形成細(xì)顆粒物的重污染天氣。而較大風(fēng)速和低濕度對(duì)應(yīng)著空氣質(zhì)量良好天氣。

分析嚴(yán)重污染期間地面氣象要素和氣態(tài)污染物濃度的日變化可知(圖5)，SO2和NO2的日變輻不明顯。SO2自00∶00至8∶00呈下降趨勢(shì)，日出后氣溫逐漸上升，濃度也不斷攀升，在11∶00左右達(dá)到第一次高峰。氣溫在午后升至最高，局部溫差的增大導(dǎo)致空氣流動(dòng)性增強(qiáng)，有利于SO2的稀釋和擴(kuò)散，使其濃度降低；18∶00左右，工廠和企業(yè)停止生產(chǎn)，排放源減少，SO2濃度出現(xiàn)低值。夜間，排放源雖少，但氣溫下降濕度上升，大氣邊界層趨于穩(wěn)定，SO2濃度擴(kuò)散受到抑制，再次出現(xiàn)回升。NO2在日出后濃度略有升高，11∶00至午后，隨著車流量減少和午后氣溫升高，空氣局地運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，利于NO2擴(kuò)散，濃度有所下降。16∶00后，隨著氣溫的下降和相對(duì)濕度升高，且大氣邊界層漸入穩(wěn)定，加之下班高峰產(chǎn)生大量汽車尾氣，NO2濃度再次升高至最高值。O3呈“單峰型”日變化特征，受光照的影響較大。白天隨著光化學(xué)反應(yīng)不斷增強(qiáng)，O3濃度不斷攀升，在16∶00達(dá)到峰值。日落后，大氣邊界層逐漸穩(wěn)定和逆溫層的作用，O3濃度不斷降低。綜上可知，氣溫變化、風(fēng)速大小及邊界層穩(wěn)定狀態(tài)等與氣態(tài)污染物濃度變化有著直接影響，同時(shí)人類活動(dòng)對(duì)氣態(tài)污染物特征也有著一定的影響。

圖6 2017年1月1～5日PM2.5、相對(duì)濕度、氣溫、能見度的變化曲線Fig.6 Variations of the PM2.5, relative humidity, temperature and visibility from Jan.1 to Jan.5,2017

從PM2.5、氣溫、相對(duì)濕度、能見度和風(fēng)速的逐小時(shí)變化趨勢(shì)圖可知(圖6、圖7)，2～3日溫度日較差(一天中氣溫最高值與最低值之差)較小，平均風(fēng)速為1.4m/s，相對(duì)濕度日變化振幅較小，維持在70%左右，能見度持續(xù)下降。且每日PM2.5峰值時(shí)段與相對(duì)濕度的峰值，及氣溫、能見度的谷值對(duì)應(yīng)，這種關(guān)系表現(xiàn)與有關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)果相似[19-21]。4日PM2.5峰值時(shí)段與能見度谷值對(duì)應(yīng)，卻與相對(duì)濕度的峰值和氣溫的谷值不對(duì)應(yīng)。其原因可能是，4日夜間降溫不明顯，濕度增加卻未達(dá)到當(dāng)日峰值。4日風(fēng)速普遍小于1m/s，甚至為靜風(fēng)，加之高達(dá)10.2℃的溫度日較差易形成穩(wěn)定的邊界層結(jié)構(gòu)，有利于夜間污染物逐漸聚集[22]，PM10和PM2.5出現(xiàn)爆發(fā)性增長(zhǎng)，在22∶00 達(dá)到峰值。4日22∶00～5日14∶00重污染維持時(shí)段，相對(duì)濕度持續(xù)上升，大于90%，能見度持續(xù)下降，并降至本次過程的最低值。這是因?yàn)樵诟邼癍h(huán)境下，部分大氣顆粒物會(huì)吸濕增長(zhǎng)，消光作用增強(qiáng)，即在相同的顆粒物濃度下，相對(duì)濕度上升對(duì)應(yīng)著能見度的下降。污染物快速消散時(shí)段，相對(duì)濕度維持90%以上，這是由于衡陽出現(xiàn)微量降雨，但總降雨量?jī)H有2.4mm。降雨對(duì)大氣污染物有清除作用，但有研究指出只有在雨量較大，一般是中到大雨的情況下，才能通過濕清除及濕沉降的方式降低空氣中污染物的濃度。陸甲[23]分析南寧市空氣污染的主要?dú)庀笠蜃訒r(shí)，指出強(qiáng)降水和較大的風(fēng)速對(duì)南寧市的主要空氣污染濃度有較大的清除作用，風(fēng)速的作用大于雨量的作用。分析此時(shí)段的風(fēng)速可知，5日14∶00開始風(fēng)速逐漸增大，至18∶00達(dá)到5.3m/s，可見隨著北方冷空氣南下，地面風(fēng)速加大成為污染物消散的關(guān)鍵原因。

圖7 2017年2日08∶00～5日20∶00衡陽地面風(fēng)場(chǎng)的日變化Fig.7 Diurnal variation of wind field at Hengyang from 8∶00 a.m. on Jan.2 to 8∶00 a.m. on Jan.5 in 2017

2.2.4 氣象要素垂直分析

圖8 2017年1月1～5日衡陽上空氣象要素廓線圖Fig.8 Vertical distribution for meteorological elements over Hengyang from Jan.1 to Jan.5, 2017.

由于衡陽地區(qū)無實(shí)際探空資料，袁松等[24]對(duì)比分析了同期NCEP再分析與探空資料的一致性，結(jié)果驗(yàn)證了利用模式探空資料來分析無實(shí)際探空資料地區(qū)上空氣象參量變化特征的可行性。因此本文對(duì)NCEP資料進(jìn)行垂直的拉格朗日插值和水平的雙線性插值后，利用模式探空資料來分析2017年1月1日08∶00～5日20∶00衡陽上空12h間隔的相對(duì)濕度、溫度、風(fēng)向和風(fēng)速在0～5km高度范圍內(nèi)分布特征。有研究表明，近地面逆溫不利于污染物擴(kuò)散，常分為貼地逆溫和懸浮逆溫兩種[25-26]。張雅斌等[18]分析發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重污染期間大部分時(shí)段接地逆溫大于懸浮逆溫。李德平等[27]分析指出重污染日存在兩重或多重逆溫。與之不同的是，此次污染過程低層大氣雖普遍存在逆溫，但大部分時(shí)段并沒有出現(xiàn)貼地逆溫，主要表現(xiàn)為0.7～1.5km出現(xiàn)懸浮逆溫，且逆溫層的強(qiáng)度(溫度差)整體與空氣質(zhì)量間并無較好的對(duì)應(yīng)規(guī)律，甚至在污染峰值時(shí)段沒有明顯的逆溫現(xiàn)象，只表現(xiàn)為近中性層結(jié)(圖8)。其原因可能是每日08∶00和20∶00垂直溫度廓線只代表這一時(shí)刻的情況。因此，分析4日溫度和污染物濃度的日變化可知，白天微風(fēng)少云，午后地表迅速升溫使空氣對(duì)流混合達(dá)到旺盛并持續(xù)，PM2.5濃度降低。日落后，地表輻射冷卻，但降溫不明顯(當(dāng)日最高氣溫與20∶00溫度之差為2.8℃)，20∶00輻射逆溫層不易形成，PM2.5濃度仍有升高。這說明在污染源相對(duì)穩(wěn)定的背景下，中性的大氣邊界層仍不利于污染物的垂直擴(kuò)散，也說明穩(wěn)定的逆溫層不是最終導(dǎo)致重污染天氣的關(guān)鍵因素，而是連續(xù)出現(xiàn)重污染天氣的充分不必要條件。這與郭倩等[19]、黃瑜等[28]的研究結(jié)論相似。

圖9 2017年1月5日影響衡陽的氣流72h后向軌跡Fig.9 HYSPLIT 72-hours back trajectories affecting Hengyang on Jan.5,2017

從相應(yīng)的濕度廓線也可以看出，自污染物逐漸累積直至峰值階段，衡陽上空2km以下整層大氣維持70%以上的高濕。污染逐漸累積過程中，600m以下低層風(fēng)速均較小，其中4日600m以下低層風(fēng)速小于2m/s。2日08∶00在700m以上由東北風(fēng)切變成了西南風(fēng)控制，易帶來高濕氣流，加速了細(xì)顆粒物的生成，且大氣層結(jié)趨向穩(wěn)定，減弱了污染物擴(kuò)散能力，有利于污染物逐漸累積。4日08∶00，低層為東南風(fēng)，700m以上轉(zhuǎn)變成較強(qiáng)的西南風(fēng)，帶來充足的水汽和高濃度的污染物，加上此時(shí)地面高壓系統(tǒng)出現(xiàn)的下沉氣流，將高層的污染物輸送至地面，同時(shí)受到衡陽北部山脈的阻擋，使得隨西南風(fēng)輸送的污染物停滯在衡陽城區(qū)，造成了夜間污染物濃度增至峰值。

2.3 氣流后向軌跡分析

圖10 2017年1月4日影響長(zhǎng)沙的氣流72h后向軌跡Fig.10 HYSPLIT 72-hours back trajectories affecting Changsha on Jan.4, 2017

3 結(jié)論

通過對(duì)2017年1月1～5日衡陽地區(qū)重污染過程細(xì)顆粒物濃度、氣象要素特征變化及污染來源的分析研究，得出如下結(jié)論：

(1)此過程的首要污染物為PM2.5，各站點(diǎn)PM2.5、PM10濃度在4日22∶00左右達(dá)到峰值。高空無明顯槽脊活動(dòng)，地面為均壓場(chǎng)，衡陽市區(qū)近乎靜風(fēng)，其周邊地面流場(chǎng)呈輻合狀態(tài)，是此次污染物累積增長(zhǎng)階段的環(huán)流背景。地面冷空氣南下，較強(qiáng)的偏北風(fēng)成為重度污染天氣快速消散的關(guān)鍵。

(2)衡陽近地面70%以的上高濕度、小于2m/s的低風(fēng)速和大于10℃的強(qiáng)溫度日較差及衡陽所處的盆地地形會(huì)造成細(xì)顆粒物累積增長(zhǎng)。低層存在弱輻合區(qū)，中低層的下沉氣流導(dǎo)致大氣垂直交換差，是造成空氣污染物累積的直接邊界層動(dòng)力條件。

(3)逆溫層不是最終導(dǎo)致此次重污染天氣的關(guān)鍵因素。低層由東北風(fēng)或東南風(fēng)切變成西南風(fēng)控制，帶來充足的水汽和高濃度的污染物，加之下沉氣流，導(dǎo)致污染物垂直擴(kuò)散被限制，是細(xì)顆粒物爆發(fā)性增長(zhǎng)的有利條件。風(fēng)是導(dǎo)致此次重污染天氣的重要因素。

(4)后向軌跡表明，造成此次嚴(yán)重空氣污染的來源主要來自湖南北部，追蹤其最終來源地是我國(guó)北方地區(qū)。