辽宁省非职业性一氧化碳中毒气象预报方法

书书书第２５卷第６期２００９年１２月气象与环境学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹＡＮＤＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＶｏｌ．２５Ｎｏ．６Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２００９收稿日期：２００９－０１－１４；修订日期：２００９－０８－２５。基金项目：辽宁省气象局“２００７年非职业性一氧化碳中毒气象潜势预报系统”课题资助。作者简介：梁寒，女，１９８３年生，助理工程师，主要从事中期预报和专业气象预报服务工作，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]。辽宁省非职业性一氧化碳中毒气象预报方法梁寒１　陈宇１　刘凤辉２　王瀛１　吴曼丽１　方娟１（１．沈阳中心气象台，辽宁沈阳１１００１６；２．辽宁省气象局，辽宁沈阳１１００１１）　　摘　要：利用统计学方法，对２００３年１１月至２００７年３月辽宁冬季采暖期的气象资料进行普查，分析可能引发非职业性一氧化碳中毒事件的天气形势和气象条件。结果表明：不利于一氧化碳扩散的主要天气因子包括存在混合层且与混合层高度较低及地面风速小、空气湿度大等。根据普查结果并借鉴大气污染潜势预报等级划分标准，将非职业性一氧化碳中毒气象条件潜势预报分为五级，其中五级为最严重级别。结合高等级（四级和五级）天气实况和烟、霾和雾等不利于污染物扩散的天气现象出现日期对天气环流形势进行普查，得出４种主要的天气环流型。利用２００７年１１月至２００８年３月辽宁冬季采暖期实况资料对预报等级标准和天气形势场分型进行检验，结果显示本预报方法所定义的等级划分标准以及天气形势场分型具有实际业务应用价值。关键词：非职业性一氧化碳中毒；气象条件；等级划分；环流分型；预报检验　　中图分类号：Ｐ４５６／Ｘ５１３　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１６７３－５０３Ｘ（２００９）０６－００３９－０６１　引言近年来，随着工业化、城市化进程的不断推进，人类所从事的工业生产活动对环境的不利影响越来越显著。在不利于污染物扩散的气象条件下，一旦出现燃煤使用不当、不及时通风等情况时就容易引发一氧化碳中毒事件。由于辽宁冬季气候寒冷，采暖期长，在一些特定的天气形势背景下，大气扩散能力较弱，容易导致一氧化碳等有害气体中毒事件的发生，严重威胁人类的生命和健康。有关资料显示，急性一氧化碳中毒的发病率和死亡率居我国各种急性中毒之首［１］。王晓明等［２］研究了一氧化碳中毒事件时的天气条件和气象要素变化的综合情况及其对烟道排烟的可能影响，并对４６ａ的历史资料进行对比分析，对易导致居室一氧化碳中毒的主要气象条件进行了总结。路屹雄等［３］从“高影响天气”事件的角度，从天气条件与人类活动互耦的观点，侧重天气学背景、一氧化碳化学反应过程和烟囱抽吸失效机理，以及气温、气压、风和逆温层等气象要素的特征，对一氧化碳中毒的气象条件进行了分析。李明香等［４］以一氧化碳中毒事件发生日地面天气形势和局地气象条件特征，对一氧化碳中毒气象条件预报展开了研究。本文主要利用辽宁冬季采暖期（每年１１月至翌年３月为采暖期）历史数据资料，对不利于一氧化碳扩散的主要气象要素和环流形势进行分析，为开展一氧化碳中毒气象条件预报提供科学参考。２　资料与方法资料选取２００３年１１月至２００７年３月的冬季采暖期辽宁５４个观测站（包括４个探空站）逐日常规地面观测和高空观测数据。由于缺乏一氧化碳浓度的探测数据，在对于相似污染物的扩散能力的相关天气特征进行普查时发现，当气象条件不利于污染物扩散时，多出现雾、霾和烟幕等天气现象。因此，本文对雾、霾、烟幕等不利于污染物扩散的天气现象出现时的各个气象要素（气压、混合层高度、温度、温度露点差和风速等）进行普查和统计。利用２００７年１１月至２００８年３月的冬季采暖期的天气实况资料对预报结果进行检验。３　结果分析３１　非职业性一氧化碳中毒的气象条件与预报大气污染物扩散能力相似［７］，非职业性一氧化碳中毒事件多发生在特殊气象条件下的某些特定地点，通常这时大气污染物的扩散能力较差。通过对历史资料普查，发现混合层高度、风速、温度露点差存在明显的变化规律。因此，初步确定了混合层高度、风速、温度露点差等气象要素为影响一氧化碳扩散的主要气象因子。３１１　混合层温度自地面起随高度递减，至某一高度后温度曲线出现折角开始随高度递增，则可以粗略认为此折角的高度为混合层高度，即混合层高度为逆温层底的高度。混合层高度指示了污染物在铅直方向上４０　　　气象与环境学报第２５卷　能够被热力湍流所扩散的范围，混合层高度愈高，地面浓度愈低。如果温度一直随高度递减，没有逆温则认为无混合层。辽宁只有４个探空站有探空资料，普查结果只是针对辽宁４个探空站资料进行普查（表１）。从表１可以看出，出现不利于一氧化表１　冬季采暖期不利于一氧化碳扩散的天气出现时辽宁４个探空站混合层出现次数次年份２００３—２００４年２００４—２００５年２００５—２００６年２００６—２００７年总次数２８３２５８２２８２７０出现混合层次数２５６２３１１９７２２９碳扩散的天气时，存在逆温层的次数占所有总次数的８７８％。混合层的出现对不利于一氧化碳扩散的天气现象的出现具有指示意义。３１２　风速排放到大气中的污染物在风的作用下，会被输送到其他地区，因此风速越大，污染物浓度越低，风不但对污染物进行水平“搬运”，而且有稀释冲淡的作用［９］。本文将风速作为不利于一氧化碳扩散的一个气象因子进行普查（表２）。从表２可以看出，当不表２　冬季采暖期辽宁５４站不易扩散天气出现时不同风速所占百分率风速Ｖ／（ｍ·ｓ－１）不同风速所占百分率２００３—２００４年２００４—２００５年２００５—２００６年２００６—２００７年≤１６６５６６８６８０６７０≤２８４７８５８８７２８６９≤３９３４９４０９４８９４３≤４９６９９７２９７５９７６≤５９８６９９０９８８９９０平均风速１０１０１０１３易扩散天气出现时，出现风速小于等于５ｍ／ｓ的次数占总次数的９８％，风速普遍偏小。风速的大小对不利于一氧化碳扩散的天气现象的出现具有指示意义。３１３　温度露点差温度露点差是用来衡量湿度大小的一个因子，温度露点差越大，表示湿度越小；温度露点差越小，表示湿度越大。当湿度大时，不利于燃煤的充分燃烧。在一定的风速条件下，当湿度达到一定值时，容易产生雾的天气，雾天不利于一氧化碳的扩散。本文将温度露点差作为不利于一氧化碳扩散的主要气象因子，对其进行普查（表３）。从表３可以看出，平均温度露点差在３—４℃，出现温度露点差小于或等于７℃的次数占总次数的９００％以上。温度露点差的大小对不利于一氧化碳扩散的天气现象的出现具有指示意义。３２　非职业性一氧化碳中毒气象条件潜势预报等级划分表３　难扩散天气出现时辽宁省５４站不同温度露点差所占百分率温度露点差ｔｔｄ／℃不同湿度露点差所占百分率２００３—２００４年２００４—２００５年２００５—２００６年２００６—２００７年≤３４６０５１５４２２５８７≤４６６３７５８７２６７５６≤５７９６８７０８１８８４１≤６８５８９３２８６９８９８≤７９０１９５８９０８９３８平均温度露点差３８３３３５３７３３０９　　基于上述气象条件的普查分析结果，同时借鉴了大气污染潜势预报的等级划分标准，将非职业性一氧化碳中毒气象条件潜势预报初步分为以下五级（表４）。表４　非职业性一氧化碳中毒气象潜势预报等级划分标准等级评价混合层高度Ｈ／ｍ温度露点差ｔｔｄ／℃平均风速Ｖ／（ｍ·ｓ－１）一级极少引发Ｈ＞１２００－Ｖ＞８二级不易引发１０００＜Ｈ≤１２００－５＜Ｖ≤８三级可能引发４００＜Ｈ≤１０００－３＜Ｖ≤５四级容易引发２００＜Ｈ≤４００２＜ｔｔｄ≤４１＜Ｖ≤３五级极易引发Ｈ≤２００ｔｔｄ≤２Ｖ≤１３２１　一级划分混合层高度大于１２００ｍ，风速大于８ｍ·ｓ－１。混合层高度较高或不存在混合层，风速很大，有利于一氧化碳的扩散，引发一氧化碳中毒事件的可能性极小。３２２　二级划分混合层高度位于１０００—１２００ｍ，风速５—８ｍ·ｓ－１。混合层高度较高，风速较大，较有利于一氧化碳的扩散，引发一氧化碳中毒事件的可能性较小。３２３　三级划分混合层高度位于４００—１０００ｍ，风速３—５ｍ·ｓ－１。混合层高度较低，风速较小，较不利于一氧化碳的扩散，有可能引发一氧化碳中毒事件。３２４　四级划分混合层高度位于２００—４００ｍ，风速１—３ｍ·ｓ－１，温度露点差达到２—４℃。混合层高度较低，风速较小，不利于一氧化碳的扩散；湿度较大，不利于燃煤充分燃烧，引发一氧化碳中毒事件的可能性较大。３２５　五级划分混合层高度低于２００ｍ，风速小于１ｍ·ｓ－１，温度露点差小于２℃。混合层高度极低，风速极小或接近静风，非常不利于一氧化碳的扩散；湿度较大，不　第６期梁寒等：辽宁省非职业性一氧化碳中毒气象预报方法４１　　　利于燃煤充分燃烧，引发一氧化碳中毒事件的可能性极大。３３　非职业性一氧化碳中毒的天气形势场分型根据以上一氧化碳中毒气象条件潜势预报等级划分标准，对辽宁５４个观测站（包括４个探空站）２００３—２００７年采暖期逐日天气实况数据资料进行定级，对一氧化碳中毒气象条件高等级（实况分析等级为四级和五级）出现的日期进行天气形势普查，共４４个个例。通过分析，划分为以下４种主要的天气形势场（图１）。图１　非职业性一氧化碳中毒的主要天气形势场３３１　高压前部均压场型高压前部均压场型是比较常见的非职业性一氧化碳中毒气象条件环流型。辽宁位于高压前的均压区中，高压前对应较强的冷锋，辽宁处于锋前暖区中，此型过后常对应北大风天气。近地面层辐射降温，其上对应弱的暖空气，形成稳定层结，地面基本为静风。高压前部均压场型出现的次数为２１次，占个例总次数的４８％。３３２　长白山高压加地形槽型长白山高压加地形槽环流型也是比较常见的非职业性一氧化碳中毒环流型。由于高层环流系统较弱，地面受地形及辐射降温的影响，在长白山地区形成长白山小高压，平原地区形成地形槽。当然，个例不同，长白山小高压的位置强度，地形槽强度会有些变化。长白山高压加地形槽环流型出现次数为９次，占个例总次数的２０％。３３３　低压倒槽环流型低压倒槽环流型在我国东北地区对应从俄罗斯延伸来的高压。此高压有时延伸至我国华北，其东部为低压倒槽，也是一种典型的环流型。有时由于东北高压脊内气压梯度较大，容易忽视。低压倒槽环流型出现次数为８次，占个例总次数的１８％。３３４　低压前部均压场环流型低压前部均压场环流型为蒙古低压前沿抵达我国辽宁西部。我国辽宁东部对应中心在朝鲜到日本海的高压后部，我国辽宁一般为小于４ｍ／ｓ的东南风。由于高压后部为较湿润的东南风，所以此型一般还对应大雾天气。低压前均压场环流型出现次数为６次，占个例总次数的１４％。３４　预报检验目前无法获得有关一氧化碳浓度的实时监测数据，一氧化碳中毒个例的收集也较为困难，因此无法对一氧化碳中毒气象因子进行检验。同时由于造成一氧化碳中毒事件的原因极其复杂，它不仅与气象条件、地理环境和采暖方式等因素有关，还与居住地房屋结构和人群生活习惯等因素有很大关系。因此，单纯从天气学角度并不能完全解释一氧化碳中毒事件的发生，只能通过研究产生这类事件的天气背景，并开展一氧化碳中毒气象条件预报，才能达到预警目的。４２　　　气象与环境学报第２５卷　基于上述客观条件限制，对于一氧化碳中毒气象条件预报的检验，只能从气象上应用的常规天气资料入手，综合分析地面天气实况和探空资料，统计一氧化碳中毒气象条件等级预报的准确率。３４１　检验对象本文检验的一氧化碳中毒气象条件预报为程序自动运算得到的客观预报结果，未经过人工订正。３４２　检验方法当预报一氧化碳中毒气象条件等级为３级或３级以上时，即认为气象条件不利于一氧化碳污染物的扩散；这种气象条件下，有可能引发一氧化碳中毒事件。对应实况，若出现烟、雾或轻雾等天气现象或混合层、风速、温度露点差达到高等级标准（３级或３级以上）时，则认为预报正确；否则，记为空报。同理，当预报一氧化碳中毒气象条件等级为３级以下时，若对应实况未出现烟