王建英, 崔 洋, 史 霖, 楊亞麗, 鄧敏君

1.中國(guó)氣象局， 旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 寧夏 銀川 750002 2.寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 寧夏 銀川 750002 3.寧夏氣象服務(wù)中心, 寧夏 銀川 750002 4.寧夏氣候中心, 寧夏 銀川 750002

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，工業(yè)源、交通源等污染源持續(xù)增加，大氣污染已成為我國(guó)公共安全領(lǐng)域面臨的突出問(wèn)題之一[1-2]，對(duì)公眾健康和城市能見(jiàn)度構(gòu)成較大威脅，引起了公眾和學(xué)者的廣泛重視[3-5]. 影響大氣污染的因素很多，大氣污染事件的發(fā)生除與污染源排放有關(guān)外，還與天氣形勢(shì)及氣象條件密切相關(guān)[6-9]. 研究[10-12]表明，大氣邊界層高度是決定污染物垂直混合范圍的關(guān)鍵氣象條件之一，直接關(guān)系到區(qū)域內(nèi)污染物擴(kuò)散范圍和濃度分布；亦是學(xué)者在空氣質(zhì)量數(shù)值模擬和大氣污染擴(kuò)散問(wèn)題中最為關(guān)注的研究對(duì)象之一. 邊界層內(nèi)的大氣垂直運(yùn)動(dòng)對(duì)污染物稀釋擴(kuò)散也具有重要作用[13-14].

近年來(lái)多位學(xué)者已對(duì)我國(guó)不同地區(qū)大氣污染特征及機(jī)理開(kāi)展了研究. Davis等[15]指出，大尺度環(huán)流形勢(shì)和局地氣象條件對(duì)重污染過(guò)程起決定作用. 魏文秀等[16]統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，河北省霾的分布、出現(xiàn)與當(dāng)?shù)靥鞖庑蝿?shì)存在顯著相關(guān). 張曉云等[17]對(duì)天津市秋季典型環(huán)境污染過(guò)程個(gè)例的分析也表明，在污染峰值階段，層結(jié)穩(wěn)定，逆溫層加強(qiáng)，環(huán)流場(chǎng)穩(wěn)定少變，地面風(fēng)力微弱. 王躍思等[18]研究發(fā)現(xiàn)，天氣系統(tǒng)弱、強(qiáng)冷空氣活動(dòng)少等極其不利于污染物擴(kuò)散的局地氣象條件是造成2013年1月席卷我國(guó)中東部地區(qū)罕見(jiàn)強(qiáng)霾污染事件的主要外因. 孟曉艷等[19]對(duì)京津冀地區(qū)大氣污染過(guò)程的分析結(jié)果顯示，該地區(qū)ρ(PM2.5)與風(fēng)速、相對(duì)濕度分別呈顯著的負(fù)相關(guān)、正相關(guān)，與氣壓呈負(fù)相關(guān)；地面風(fēng)速小、相對(duì)濕度高、大氣層結(jié)穩(wěn)定，是導(dǎo)致空氣質(zhì)量惡化和強(qiáng)霧霾事件頻發(fā)的主要原因之一. 程念亮等[20]則通過(guò)對(duì)2014年10月北京市4次典型大氣重污染過(guò)程深入分析研究發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定的氣象條件是形成京津冀地區(qū)大氣污染的主要原因. 隨著近年來(lái)西北地區(qū)污染天氣的頻發(fā)，學(xué)者們也初步開(kāi)展了寧夏回族自治區(qū)大氣污染的研究工作，結(jié)果[21]表明，銀川市氣溶膠質(zhì)量濃度與能見(jiàn)度相關(guān)性最好，細(xì)顆粒物對(duì)能見(jiàn)度影響比粗粒子更為嚴(yán)重，風(fēng)速與ρ(PM2.5)呈負(fù)相關(guān)；并發(fā)現(xiàn)當(dāng)寧夏回族自治區(qū)上空500 hPa盛行西北氣流、平直西風(fēng)氣流、西南氣流，地面位于鋒前暖區(qū)或氣壓梯度較小區(qū)域或鋒面過(guò)境前后時(shí)，銀川市易出現(xiàn)灰霾天氣.

寧夏回族自治區(qū)地處我國(guó)西北內(nèi)陸，屬典型的大陸性半濕潤(rùn)半干旱氣候，西面、北面和東面被騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠和毛烏素沙地包圍，南面與黃土高原相連. 受黃土高原自然條件和周?chē)衬吹挠绊?，寧夏回族自治區(qū)大氣中顆粒物本底值相對(duì)較高. 近年來(lái)，隨著寧夏回族自治區(qū)大力發(fā)展高耗能工業(yè)，城市化和工業(yè)化加快，以煤炭為主的能源消耗量的迅速增加，大氣污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，加之銀川市地處賀蘭山東側(cè)，受山體屏障作用影響，冬季平均風(fēng)速較小，造成以銀川市為中心的沿黃經(jīng)濟(jì)區(qū)霧、霾等重污染天氣明顯增多[22]. 該研究利用2016年冬季銀川市兩次典型持續(xù)大氣污染過(guò)程的環(huán)境與氣象觀測(cè)資料，分析了持續(xù)污染天氣過(guò)程中首要污染物演變規(guī)律，及其與氣象要素的關(guān)系，研究比較了不同污染過(guò)程天氣背景和邊界層結(jié)構(gòu)變化特征，以期為銀川市大氣污染預(yù)報(bào)預(yù)警提供預(yù)報(bào)思路與技術(shù)指導(dǎo)，對(duì)寧夏回族自治區(qū)開(kāi)展應(yīng)對(duì)持續(xù)性大氣污染防治工作具有重要意義.

1 資料與方法

1.1 資料與污染過(guò)程選取

該研究大氣氣溶膠小時(shí)觀測(cè)資料來(lái)源于銀川市國(guó)家氣候觀象臺(tái)，資料時(shí)段為2016年12月1日—2017年1月31日，觀測(cè)儀器采用德國(guó)GRIMM氣溶膠技術(shù)公司的EDM180型在線環(huán)境顆粒物氣溶膠粒徑譜儀，該儀器每5 min采樣一次，氣體恒定流量1.20 Lmin，能輸出每日24時(shí)次的氣溶膠質(zhì)量濃度數(shù)據(jù). 同期氣象資料來(lái)源于銀川市國(guó)家氣候觀象臺(tái)，包括逐小時(shí)氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、相對(duì)濕度、能見(jiàn)度，以及每日08:00和20:00探空觀測(cè)獲取的邊界層常規(guī)氣象要素?cái)?shù)據(jù). 另外，還使用了NCEP (National Centers for Environmental Prediction，美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心)空間分辨率為2.5°×2.5°、時(shí)間分辨率為6 h的大氣環(huán)流場(chǎng)再分析資料.

在對(duì)氣溶膠小時(shí)觀測(cè)資料和站點(diǎn)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制處理的基礎(chǔ)上，首先對(duì)研究時(shí)段的大氣氣溶膠、氣象要素和再分析資料數(shù)據(jù)做日均值統(tǒng)計(jì)分析；其次，根據(jù)GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[23]及HJ 663—2013《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》[24]，依據(jù)ρ(PM2.5)對(duì)銀川市大氣污染級(jí)別進(jìn)行劃分和篩選；最后，綜合考慮大氣污染級(jí)別和大氣污染過(guò)程持續(xù)時(shí)間，選取2016年12月9—21日(簡(jiǎn)稱(chēng)“1211過(guò)程”)和2016年12月29日—2017年1月9日(簡(jiǎn)稱(chēng)“1231過(guò)程”)兩次典型污染過(guò)程作為分析研究對(duì)象.

1.2 大氣邊界層高度確定方法

Holzworth[25]于20世紀(jì)60年代提出了干絕熱曲線法確定大氣邊界層高度(混合層厚度). 該方法假設(shè)空氣為干空氣或?yàn)槲达柡蜐窨諝獾臈l件下，湍流混合的結(jié)果會(huì)促使氣層的溫度垂直分布趨于干絕熱遞減率，則平均最大混合層厚度是由溫度廓線和地面最高氣溫而定；亦即在溫度-對(duì)數(shù)壓力圖上，從清晨到地面達(dá)最高氣溫以前，地面氣溫與氣壓所確定的點(diǎn)沿干絕熱線上升，與探測(cè)的大氣溫度垂直廓線相交，交點(diǎn)以下便是混合層，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高度便是最大混合層厚度. 該方法適用于有探空資料的地區(qū)，在西北地區(qū)計(jì)算結(jié)果也比較可靠[26-27]. 故采用該方法計(jì)算確定銀川市冬季兩次典型污染過(guò)程邊界層高度(混合層厚度). 干絕熱曲線法確定邊界層高度的計(jì)算公式[28]:

(1)

(2)

2 結(jié)果與討論

2.1 兩次典型污染過(guò)程特征

2.1.1ρ(PM2.5)演變特征

根據(jù)銀川市兩次典型污染過(guò)程(1211過(guò)程和1231過(guò)程)發(fā)展演變特征，結(jié)合整個(gè)污染事件過(guò)程中ρ(PM2.5)的變化趨勢(shì)，將兩次典型污染過(guò)程劃分為3個(gè)階段，即積累階段、持續(xù)階段和清除階段. 由圖1可見(jiàn)，兩次典型污染過(guò)程在積累階段ρ(PM2.5)均從良升至輕度污染等級(jí)，而在持續(xù)階段ρ(PM2.5)始終維持在104.0～175.2 μg/m3之間，屬于輕度-重度污染等級(jí)，到清除階段ρ(PM2.5)則從輕度污染降至優(yōu)或良.

圖1 兩次典型污染過(guò)程ρ(PM2.5)演變特征Fig.1 The evolution characteristics of PM2.5 in two typical pollution processes

2.1.2ρ(PM2.5)與氣象要素的關(guān)系

研究[29-30]表明，重污染發(fā)生時(shí)，風(fēng)速較小，相對(duì)濕度較大，邊界層高度降低，ρ(PM2.5)逐漸積累. 因此對(duì)兩次典型污染過(guò)程中各階段風(fēng)速、主導(dǎo)風(fēng)向、相對(duì)濕度、能見(jiàn)度特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以便分析兩次典型污染過(guò)程中氣象要素與ρ(PM2.5)的初步關(guān)系. 由表1可見(jiàn)，銀川市兩次典型污染過(guò)程中氣象要素具有明顯一致的變化特征，即在積累到持續(xù)階段，相對(duì)濕度逐漸增加，風(fēng)向?yàn)槠珫|或偏南風(fēng)，風(fēng)速逐步減小，轉(zhuǎn)為靜穩(wěn)天氣，水平擴(kuò)散條件差，能見(jiàn)度降低；進(jìn)入清除階段后，相對(duì)濕度減小，風(fēng)向轉(zhuǎn)為西北或偏北風(fēng)，風(fēng)速逐步增大，擴(kuò)散條件逐步轉(zhuǎn)好，能見(jiàn)度升高.

表1 兩次典型污染過(guò)程3個(gè)階段的氣象要素統(tǒng)計(jì)特征

為進(jìn)一步分析不同氣象因子與銀川市冬季大氣污染過(guò)程中ρ(PM2.5)的關(guān)系，計(jì)算兩次典型污染過(guò)程中風(fēng)速、相對(duì)濕度等氣象要素與大氣中ρ(PM2.5)之間的相關(guān)系數(shù). 由表2可見(jiàn)：兩次典型污染過(guò)程中ρ(PM2.5)與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.495 和-0.157 (平均值為-0.326)，表明風(fēng)速越小，水平擴(kuò)散條件越差，越有利于ρ(PM2.5)積累和增大；而ρ(PM2.5)與相對(duì)濕度呈明顯正相關(guān)，在兩次典型污染過(guò)程中二者相關(guān)系數(shù)分別為0.675和0.701(平均值為0.688)，即相對(duì)濕度越大，越有利于顆粒物吸濕積累；同時(shí)，兩次典型污染過(guò)程中ρ(PM2.5)與能見(jiàn)度相關(guān)系數(shù)分別為-0.905 和-0.904(平均值為-0.905)，二者之間呈顯著負(fù)相關(guān)，表明在污染過(guò)程中水汽會(huì)以污染物為凝結(jié)核使得小水滴變大，增加視程障礙，從而降低能見(jiàn)度，造成水平能見(jiàn)度變差；兩次典型污染過(guò)程中ρ(PM2.5)與氣壓的相關(guān)系數(shù)分別為0.129和-0.553，與氣溫的相關(guān)關(guān)系分別為-0.488 和0.742. 在1211過(guò)程中，銀川市呈地面氣壓先升后降、氣溫先降后升的變化趨勢(shì)，而在1231過(guò)程中呈地面氣壓先降后升、氣溫先升后降的變化趨勢(shì)，這是導(dǎo)致兩次過(guò)程中ρ(PM2.5)與氣壓、氣溫相關(guān)系數(shù)存在顯著差異的主要原因.

2.2 兩次典型污染過(guò)程天氣背景特征

由圖2可見(jiàn)：兩次典型污染過(guò)程高空500 hPa亞歐大陸中緯度地區(qū)大氣環(huán)流均為緯向氣流，高空風(fēng)速小，均屬于靜穩(wěn)型污染天氣. 其中，1211過(guò)程，銀川市受蒙古國(guó)到新疆維吾爾自治區(qū)脊前弱西北氣流控制(西北氣流型污染天氣)，中緯度等高線稀疏，氣壓梯度力小，沿脊前下滑冷空氣弱；1231過(guò)程，銀川市處在平直弱西風(fēng)氣流中(平直西風(fēng)氣流型污染天氣)，中緯度等高線較稀疏，西風(fēng)風(fēng)速小，銀川市上游氣流平直，無(wú)冷空氣活動(dòng).

表2 兩次典型污染過(guò)程中ρ(PM2.5)與氣象因子間的相關(guān)系數(shù)

由圖3可見(jiàn)，兩次典型污染過(guò)程中850 hPa邊界層銀川市上空受反氣旋環(huán)流和暖溫度脊控制，其周邊大范圍無(wú)等高線通過(guò)，氣壓梯度很弱，邊界層風(fēng)速小，大氣湍流弱，其西南部有弱暖平流向北輸送，有利于邊界層溫度升高，邊界層的氣象特征有利于逆溫的持續(xù)維持. 1211過(guò)程，銀川市處在蒙古冷高壓后部的弱東北風(fēng)中，持續(xù)的東北風(fēng)有利于內(nèi)蒙古自治區(qū)污染物向銀川市擴(kuò)散傳輸，相對(duì)濕度在50%～60%之間，濕度條件有利于ρ(PM2.5)在近地面層吸濕性增長(zhǎng)及累積，風(fēng)小不利于污染物水平擴(kuò)散；同時(shí)，東北風(fēng)也使得北部冷空氣南下，污染持續(xù)階段銀川市地面氣壓升高，溫度下降. 1231過(guò)程，銀川市處在地面低壓倒槽輻合區(qū)中，倒槽兩側(cè)西南和東南風(fēng)使得周邊污染物向銀川市輻合聚集，持續(xù)的偏南風(fēng)有利于地面增濕，污染物吸濕積累；同時(shí)，倒槽使得兩側(cè)空氣向槽內(nèi)輻合上升，污染持續(xù)階段銀川市地面氣壓下降，溫度升高.

圖2 兩次典型污染過(guò)程500 hPa平均環(huán)流形勢(shì)Fig.2 The average circulations of 500 hPa in two typical pollution processes

圖3 兩次典型污染過(guò)程850 hPa高度、溫度、風(fēng)場(chǎng)平均合成圖Fig.3 The average geopotential height, temperature and wind field of 850 hPa in two typical pollution processes

綜上，不利于污染物擴(kuò)散的高低空天氣形勢(shì)易導(dǎo)致連續(xù)靜穩(wěn)天氣的出現(xiàn)，為大氣污染的形成及維持提供了穩(wěn)定的大氣環(huán)流背景.

圖4 兩次典型污染過(guò)程邊界層高度和ρ(PM2.5)逐日變化Fig.4 The diurnal variations of boundary layer height and PM2.5 in two typical pollution processes

2.3 兩次典型污染過(guò)程邊界層結(jié)構(gòu)特征

2.3.1兩次典型污染過(guò)程邊界層高度變化

為進(jìn)一步研究大氣邊界層高度對(duì)污染物濃度的影響，利用干絕熱曲線法和銀川市國(guó)家氣候觀象臺(tái)探空資料計(jì)算了兩次典型污染過(guò)程的大氣邊界層高度. 1211過(guò)程和1231過(guò)程中邊界層高度與ρ(PM2.5)均呈較顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.57 和-0.58(平均值為-0.575). 雖然兩次典型污染過(guò)程均具有污染積累階段邊界層高度降低、清除階段邊界層高度升高的特征，但也存在明顯差異. 由圖4可見(jiàn)：1211過(guò)程污染物積累慢、清除快，污染持續(xù)階段邊界層高度普遍在500～600 m之間；12月13日邊界層高度升至987 m，ρ(PM2.5)降至70.2 μg/m3，ρ(PM2.5)從輕度污染降至良，污染物質(zhì)量濃度隨邊界層升高下降快. 1231過(guò)程污染物積累快、清除慢，污染持續(xù)階段邊界層高度普遍在600～700 m之間；1月3日邊界層高度升至893 m，1月4日ρ(PM2.5)降至104.0 μg/m3，ρ(PM2.5)從重度污染降至輕度污染，ρ(PM2.5)對(duì)邊界層高度變化的響應(yīng)具有一定時(shí)間的延遲與滯后.

2.3.2兩次典型污染過(guò)程位溫特征

研究[31]表明，污染物的垂直擴(kuò)散不僅受邊界層高度的影響，邊界層內(nèi)大氣層結(jié)穩(wěn)定度也是直接影響湍流活動(dòng)強(qiáng)弱，污染擴(kuò)散的重要因素. 圖5為兩次典型污染過(guò)程逐日大氣位溫高度-時(shí)間剖面結(jié)果. 由圖5可見(jiàn)，兩次典型污染過(guò)程中邊界層位溫隨高度變化趨勢(shì)總體一致，即在對(duì)流層中低層大氣位溫隨高度增加而遞增或不變，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)或隨意平衡的中性狀態(tài). 受高空大氣環(huán)流影響，兩次典型污染過(guò)程邊界層變化也存在不同. 1211過(guò)程，銀川市受蒙古國(guó)到新疆維吾爾自治區(qū)高空弱脊前西北氣流控制，天空晴朗少云，白天地面吸收太陽(yáng)輻射而獲得熱量多，夜間地面輻射降溫明顯，白天地表非絕熱加熱和夜間地面輻射冷卻對(duì)低層大氣溫度的影響明顯，低層空氣湍流較強(qiáng)，使得垂直方向上大氣混合較充分，550 m以下低層位溫在6～10 ℃之間，垂直梯度較小，逆溫強(qiáng)度較弱〔見(jiàn)圖5(a)〕. 而1231過(guò)程，銀川市受中緯度平直弱西風(fēng)氣流控制，天空多云系，白天地面吸收太陽(yáng)輻射而獲得熱量少，夜間地面輻射降溫弱，白天和夜間地表對(duì)近地層大氣溫度的影響不明顯，空氣湍流弱，使得垂直方向上大氣混合不充分，550 m以下低層位溫在6～18 ℃之間，垂直梯度較大，逆溫較強(qiáng)〔見(jiàn)圖5(b)〕.

2.3.3兩次典型污染過(guò)程大氣垂直運(yùn)動(dòng)特征

霧霾及空氣污染過(guò)程發(fā)生在大氣靜穩(wěn)背景下，一般在前次冷空氣過(guò)后的數(shù)天之內(nèi)開(kāi)始積累加重，人們普遍關(guān)注逆溫、地面小風(fēng)速和混合層高度低等不利于污染物擴(kuò)散的因素，認(rèn)為逆溫導(dǎo)致邊界層“臟”空氣上升運(yùn)動(dòng)受阻，大風(fēng)能夠吹跑霧霾，混合層高度增大能夠稀釋污染. 根據(jù)ω方程(大氣垂直運(yùn)動(dòng)方程)，暖平流區(qū)有上升運(yùn)動(dòng)，冷平流區(qū)有下沉運(yùn)動(dòng)[32]，尤其850 hPa存在暖脊、暖平流又較弱時(shí)，使得850 hPa以下為微弱上升運(yùn)動(dòng)，這種微弱上升運(yùn)動(dòng)既不足以稀釋污染，高空清潔大氣又不能下沉到達(dá)地面，垂直交換停滯，易導(dǎo)致污染積累加重，大氣垂直運(yùn)動(dòng)對(duì)污染物稀釋擴(kuò)散也起到了重要作用. 由圖6可見(jiàn)：在兩次典型污染過(guò)程的持續(xù)階段，銀川市近地層均為弱上升或弱下沉運(yùn)動(dòng)，這種微弱上升或下沉運(yùn)動(dòng)不足以稀釋污染，逆溫又抑制了高空清潔空氣的下沉，垂直交換停滯，導(dǎo)致污染積累加重；清除階段，低層風(fēng)速加大，湍流運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，逆溫層被破壞，邊界層高度升高，中低層上升氣流加強(qiáng)，高空清潔空氣與近地面“臟”空氣交換，近地面污染物質(zhì)量濃度迅速減小，空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)好. 同時(shí)，兩次典型污染過(guò)程中大氣垂直運(yùn)動(dòng)又存在明顯差異. 1211過(guò)程中，銀川市900 hPa以上盛行偏北風(fēng)，對(duì)流層以下沉運(yùn)動(dòng)為主，高空下沉氣流壓縮了低層空氣，邊界層高度降低，污染物稀釋擴(kuò)散空間小，造成污染天氣加重；而在1231過(guò)程中，從地面至250 hPa高空盛行偏西、偏南風(fēng)，對(duì)流層上升和下沉氣流交替出現(xiàn)，高空多云系，有利于低層逆溫持續(xù)維持和增強(qiáng)，低層空氣湍流弱，污染加重.

圖5 兩次典型污染過(guò)程位溫高度-時(shí)間剖面圖Fig.5 The potential temperature height-time profiles in two typical pollution processes

圖6 兩次典型污染過(guò)程大氣垂直速度時(shí)空剖面Fig.6 The spatial-temporal profiles of vertical velocity in two typical pollution processes

3 結(jié)論

a) 銀川市冬季典型污染過(guò)程的污染持續(xù)階段，地面風(fēng)向?yàn)槠珫|或偏南風(fēng)，風(fēng)速(平均值為1.0 ms)較小，相對(duì)濕度(平均值為54.2%)較大，能見(jiàn)度(平均值為3.0 km)較低；清除階段，地面風(fēng)向轉(zhuǎn)為西北或偏北風(fēng)，風(fēng)速(平均值為3.1 ms)較大，相對(duì)濕度(平均值為43.8%)較小，能見(jiàn)度(平均值為8.6 km)較高；ρ(PM2.5)與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)(R平均值為-0.326)，與相對(duì)濕度呈明顯正相關(guān)(R平均值為0.688)，與能見(jiàn)度呈明顯負(fù)相關(guān)(R平均值為-0.905).

b) 對(duì)兩次典型污染過(guò)程天氣背景分析結(jié)果顯示，500 hPa歐亞大陸中緯度地區(qū)大氣環(huán)流均為緯向氣流，850 hPa邊界層銀川市上空均受反氣旋環(huán)流和暖溫度脊控制，其西南部有弱暖平流向北輸送，均屬于靜穩(wěn)型污染天氣.

c) 統(tǒng)計(jì)相關(guān)性分析表明，兩次典型污染過(guò)程中邊界層高度與ρ(PM2.5)均呈較明顯負(fù)相關(guān)(R平均值為-0.575). 污染持續(xù)階段，邊界層高度均明顯降低，邊界層內(nèi)大氣層結(jié)穩(wěn)定，為弱上升或弱下沉氣流；清除階段，邊界層高度升高，對(duì)流層中低層風(fēng)速加大，上升氣流增強(qiáng)，高空清潔空氣與近地面“臟”空氣交換，污染物質(zhì)量濃度迅速減小.

d) 1211過(guò)程為西北氣流型污染天氣，污染持續(xù)階段邊界層高度低，普遍在500～600 m之間，近地面層逆溫弱，污染物積累慢，清除快；1231過(guò)程為平直西風(fēng)氣流型污染天氣，污染持續(xù)階段邊界層高度普遍在600～700 m之間，近地面層逆溫強(qiáng)，污染物積累快，清除慢，污染物質(zhì)量濃度對(duì)邊界層高度變化的響應(yīng)具有一定的延遲與滯后.

參考文獻(xiàn)(References)：

[1] SCHWARTZ J,DOCKERY D W,NEAS L M. Is daily mortality associated specifically with fine particle[J].Journal of the Air & Waste Management Association,1996,46(10):927-939.

[2] PINKERTON K E,GREEN F H,SAIKI C,etal.Distribution of particulate matter and tissue remodeling in the human lung[J].Environmental Health Perspectives,2000,108(12):1063-1069.

[3] WANG Wenxing,CHAI Fahe,ZHANG Kai,etal.Study on ambient air quality in Beijing for the summer 2008 Olympic Games[J].Air Quality Atmosphere Health,2008,1(1):31-36.

[4] RICHTER A,RURROWS J P,NU H,etal.Increase in tropospheric nitrogen dioxide over China observed from space[J].Nature,2005,437:129-132.

[5] ZHANG Qiang,STREETS D,CARMICHAEL G R,etal.Asian emissions in 2006 for the NASA INTEX-B mission[J].Atmospheric Chemistry and Physics,2009,14(9):5131-5153.

[6] SUN Yele,ZHUANG Guoshun,TANG Aohan,etal.Chemical characteristics of PM2.5and PM10in haze-fog episodes in Beijing[J].Environmental Science & Technology,2006,40:3148-3155.

[7] ZHAO Jinping,ZHANG Fufang,XU Lingling,etal.Spatial and temporal distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the atmosphere of Xiamen,China[J].Science of the Total Environment,2011,409:5318-5327.

[8] TAI A P K,MICKLEY L J,JACOB D J.Impact of 2000-2050 climate change on fine particulate matter (PM2.5) air quality inferred from a multi-model analysis of meteorological modes[J].Atmospheric Chemistry and Physics,2012,12(23):11329-11337.

[9] HORTON D E,SKINNER C B,SINGH D,etal.Occurrence and persistence of future atmospheric stagnation events[J].Nature Climate Change,2014,4(8):698-703.

[10] GARRATT J R,HICKS B B.Micrometeorological and PBL experiments in Australia[J].Boundary-Layer Meteorology,1990,50(1):11-29.

[11] SORBJAN Z.Structure of the stably-stratified boundary layer during the SESAME-1979 experiment[J].Boundary-Layer Meteorology,1988,44:255-266.

[12] MONIN A S,OBUKHOV A M.Basic laws of turbulent mixing in the atmosphere near the ground[J].Tr Akad Nauk SSSR Geofiz Inst,1954,24(151):163-187.

[13] KAR J,BREMER H,DRUMMOND J R,etal.Evidence of vertical transport of carbon monoxide from Measurements of pollution in the Troposphere (MOPITT)[J].Geophysical Research Letters,2004.doi:10.10292004GL021128.

[14] CORSMEIER U,BEHRENDT R,DROBINSKI P,etal.The mistral and its effect on air pollution transport and vertical mixing[J].Atmospheric Research,2005,74(1234): 275-302.

[15] DAVIS R E,KALKSTEIN L S.Using a spatial synoptic climatological classification to assess changes in atmospheric pollution concentrations[J].Physical Geography,1990,11(4):320-342.

[16] 魏文秀.河北省霾時(shí)空分布特征分析[J].氣象,2010,36(3):77-82.

WEI Wenxiu.Spatial-temporal characteristics of haze in Hebei Province[J].Meteorological Monthly,2010,36(3):77-82.

[17] 張曉云,郭虎,易笑園,等.天津市秋季典型環(huán)境污染過(guò)程個(gè)例分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2012,28(4):33-37.

ZHANG Xiaoyun,GUO Hu,YI Xiaoyuan,etal.A case study on a typical environment pollution process in autumover Tianjin area[J].Journal of Meteorology and Environment,2012,28(4):33-37.

[18] 王躍思,姚利,王莉莉,等.2013年元月我國(guó)中東部地區(qū)強(qiáng)霾污染成因分析[J].中國(guó)科學(xué):地球科學(xué),2014,44(1):15-26.

WANG Yuesi,YAO Li,WANG Lili,etal.Causes of haze pollution in central and eastern China in January 2013[J].Science China:Earth Science,2014,44(1):15-26.

[19] 孟曉艷,余予,張志富,等.2013年1月京津冀地區(qū)強(qiáng)霧霾頻發(fā)成因初探[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2014,37(1):190-194.

MENG Xiaoyan,YU Yu,ZHANG Zhifu,etal.Preliminary study of the dense fog and haze events form ation over Beijing-Tianjin-and-Hebei Region in January of 2013[J].Environmental Science & Technology (China),2014,37(1):190-194.

[20] 程念亮,李云婷,張大偉,等.2014年10月北京市4次典型空氣重污染過(guò)程成因分析[J].環(huán)境科學(xué)研究,2015,28(2):163-170.

CHENG Nianliang,LI Yunting,ZHANG Dawei,etal.Analysis about the characteristics and formation mechanisms of serious pollution events in October 2014 in Beijing[J].Research of Environmental Sciences,2015,28(2):163-170.

[21] 劉玉蘭,緱曉輝,嚴(yán)曉瑜,等.銀川市氣溶膠變化特征及其與氣象條件的關(guān)系分析[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2014,37(12):123-128.

LIU Yulan,GOU Xiaohui,YAN Xiaoyu,etal.Variation of aerosol and its relationship with meteorological conditions in Yinchuan City[J].Environmental Science & Technology (China),2014,37(12):123-128.

[22] 劉玉蘭,梁培,劉娟,等.1961—2008年銀川市灰霾天氣的氣候特征[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2012,28(1):55-58.

LIU Yulan,LIANG Pei,LIU Juan,etal.Climatic characteristics of haze weather from 1961 to 2008 in Yinchuan[J].Journal of Meteorology and Environment,2012,28(1):55-58.

[23] 環(huán)境保護(hù)部.GB 3095—2012 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2012.

[24] 環(huán)境保護(hù)部.HJ 663—2013 環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)[S].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2013.

[25] HOLZWORTH G C.Mixing depth,wind speeds and air pollution potential for selected location in the United States[J].Journal of Aapplied Meteorology,1967,6(6):1039-1044.

[26] 杜萍,陳長(zhǎng)和,錢(qián)澤雨.蘭州冬季城鄉(xiāng)邊界層高度的比較分析[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,37(2):152-154.

DU Ping,CHEN Changhe,QIAN Zeyu.Comparative analysis of urban and rural boundary layer height in winterin Lanzhou[J].Journal of Lanzhou University (Natural Science),2001,37(2):152-154.

[27] 張杰,張強(qiáng),唐從國(guó).極端干旱區(qū)大氣邊界層厚度時(shí)間演變及其與地表能量平衡的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2013,33(8):2545-2555.

ZHANG Jie,ZHANG Qiang,TANG Congguo.Temporal variety of boundary layer height over deep arid region and the relations with energy balance[J].Acta Ecologica Sinica,2013,33(8):2545-2555.

[28] 崔洋,常倬林,桑建人,等.河套干旱地區(qū)夏季邊界層結(jié)構(gòu)特征觀測(cè)分析[J].冰川凍土,2015,37(5):1257-1265.

CUI Yang,CHANG Zhuolin,SANG Jianren,etal.The atmospheric boundary layer structure characteristics over the Hetao-Arid Region in summer:observation and analysis[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2015,37(5):1257-1267.

[29] 李令軍,王英,李金香,等.2000—2010北京大氣重污染研究[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2012,32(1):23-30.

LI Lingjun,WANG Ying,LI Jinxiang,etal.The analysis of heavy air pollution in Beijing during 2000-2010[J].China Environmental Science,2012,32(1):23-30.

[30] KIM K H,LEE S B,WOO D,etal.Influence of wind direction and speed on the transport of particle-bound PAHs in a roadway environment[J].Atmospheric Pollution Research,2015,6(6):1024-1034.

[31] RAFAILIDIS S.Influence of stable atmospheric thermal stratification on urban street-canyon re-aeration[J].International Journal of Environment and Pollution,2001,16:393-403.

[32] 朱乾根,林錦瑞,壽紹文,等.天氣學(xué)原理和方法[M].北京:氣象出版社,2000:120-121.