造成北京9L@重污染的二类典型天气形势

第!卷第!期##$年!月气候与环境研究%&’()*’+),-.,/’01,(2,*)&3242)0+561&7!!817!9),7##$收稿日期!##:;#;收到!##:;!!;#?收到修定稿资助项目!国家重点基础研究发展规划项目##%=#作者简介!王喜全!男!!D:年出生!博士研究生!副研究员!主要从事城市空气质量数值预报和城市气候研究.;()’&#EdZ!()’&7’)G7)+7+,造成北京9L@重污染的二类典型天气形势王喜全!!齐彦斌!王自发!!郭!虎@!虞!统=!!中国科学院大气物理研究所竺可桢;南森国际研究中心!北京!!###D!吉林省人工影响天气办公室!长春!!@##:@!北京市气象台!北京!!###?D=!北京市环境保护监测中心!北京!!###?=摘!要!!利用北京空气质量监测资料和8%.I再分析资料!分析了北京发生I^!#重污染的天气形势研究表明#!%虽然北京地区I^!#重污染$BIK指数@级以上%每年只有!#-左右!但与之关联的轻微或轻度空气污染$BIK指数@级%天数!却可能占全年@级污染总天数的=#\#\因此!分析研究造成北京I^!#重污染的天气形势!对于空气污染的预警预报以及污染源的控制和管理!都具有十分重要意义%通过海平面气压场的主观分析!确定了二类北京I^!#重污染的典型天气形势!即高压南下东移阻滞型和与北上台风$或热带低压%相关联的弱高压控制型!并指出了后者在##?年奥运会期间!对开展北京空气污染预报和污染控制的指导作用关键词!!I^!#重污染!天气形势!北京文章编号!!##:;D?$##$%#!;##?!;#:!!中图分类号!C!:!!文献标识码!B$%&;(/*1&(8&./6+(.3-89)33&5(.(9L@V&)H+’-59.**13-.(-(T&-X-(PJB8UC’;VP),!!VKS),;’,@!JB8UT’;])!!UP1LP@!),-SOQ1,M=!!H3#’K-&!$’.3$%(3;?’#’3./-2’$’.!!#$%$&$’()*$+(#,-’.%/0-1#%/#!2-%’#’*/34’+1()5/%’/’#!6’%7%8!!###D!6’%7%8=’$’(.(;(8%/3;TB#’.93$(.1!6’%7%8!!###?D@!:%;%0.(9%/’C’3$-’.=(4%)%/3$%(T))%/’!2-38/-&!!@##:=!6’%7%89%.(+’$3;0.($’/$%(=(%$(.%82’$’.!6’%7%8!!###?=’=,35)83!!I^!#52)/Y)’0G1&&P*’1,2/2,*4$BIKM02)**5),@M0)-24%’,2’F’,M)02)5)/2X22,0242)0+52-XY),);&Y[’,M)’0ZP)&’*Y-)*)),-8%.I02),)&Y4’4-)*)7!%Q52-)Y41WI^!#52)/Y)’0G1&&P*’1,’,2’F’,M)02))021,&Y);X1P*!#-)Y4!XP*)’0G1&&P*’1,-)Y402&)*2-E’*5*52(()YX2)++1P,*2-)X1P*=#\#\1W*1*)&)’0G1&&P*’1,-)Y4’,2’F’,M7N1!*524*P-Y1,4Y,1G*’+G)**20,024P&*’,M’,I^!#52)/Y)’0G1&&P*’1,’4/20Y’(G10*),*W10*52W102+)4*),-G01F2+*1WI^!#52)/Y)’0G1&&P*’1,),-*52+1,*01&),-(),)M2(2,*1W)’0G1&&P*’1,41P0+247%YP4’,M1XF2+;*’/2),)&Y*’+)&(2*51-1W4P0W)+2)’0G0244P02!*E1*YG’+)&*YG241W4Y,1G*’+G)**20,4!E5’+51W*2,024P&*’,I^!#52)/Y)’0G1&&P*’1,’,2’F’,M)02)),-)01P,-!E)4-2W’,2-!*5)*)02*52X&1+b’,MG)**20,1W(1/’,M41P*5E)0-),*’;+Y+&1,2),-*52E2)b),*’+Y+&1,2G)**20,02&)*2-*1(1/’,M,10*5E)0-*01G’+)&+Y+&1,27&+?.5:,!!I^!#52)/Y)’0G1&&P*’1,!4Y,1G*’+G)**20,!2’F’,M气!候!与!环!境!研!究%&’()*’+),-.,/’01,(2,*)&3242)0+5!卷61&7!@!引言按照中国环境监测总站的定义!将BIK指数为=级的空气污染统称为重污染在污染源基本稳定的前提下!大气污染的程度主要由天气过程控制+!,有研究指出+,#河套倒槽’东北低压槽’东北地形槽’华北地形槽等!是造成北京地区I^!#重污染的重要天气系统我们知道!这些天气系统均属中尺度天气系统!其特征时间尺度的量级为!@-+@,还有研究者对华北地形槽的研究表明+=,!华北地区出现地形槽天气的频率!每月大约有!#-左右据统计!从##!##年!北京每年发生I^!#重污染的频率为!#-左右可以看出!北京地区出现I^!#重污染的频率!并没有像上述中尺度天气系统的发生频率那么高对造成北京地区I^!#重污染的气象因子的分析表明+,#I^!#重污染的出现与前期的污染状况紧密相关!这从侧面说明了天气过程的稳定性和持续性!在北京地区发生I^!#重污染时的重要性因此可以说!上述中尺度天气系统对北京地区I^!#重污染的发生是有影响的!但还不能说具有决定性的贡献本文利用8%.I的再分析资料和I^!#监测资料!分析了北京地区I^!#污染的一般规律!指出了易造成北京地区I^!#重污染的二种典型天气形势这对于了解北京地区I^!#重污染的现状!开展城市I^!#重污染的预警预报和污染源控制管理!也许会有所裨益!!北京地区9L@重污染现状从##!##年北京发生的I^!#重污染来看!北京空气重污染的现状有如下特点#$!%北京城市空气重污染!基本上都是I^!#重污染虽然在采暖期间可能出现首要污染物为NR!夏季出现首要污染物为R@的情况!但它们都达不到重污染的程度$%北京城市I^!#重污染的日数!年年平均约为!-左右!但离散度较大$@-%若扣除沙尘天气造成的I^!#重污染!北京城市I^!#重污染日的年年平均天数为!#-左右这里的沙尘天气现象以北京观象台的天气现象记录为准沙尘暴天气造成的北京地区I^!#重污染!可由I^!#的监测资料结合目测的方法判断但本章只是利用了北京观象台的天气现象记录!将当日有沙尘天气现象记录和I^!#监测记录达重污染水平的日子!简单地判断为由沙尘天气造成的I^!#重污染日$@%除去沙尘天气影响!北京城市I^!#重污染!在秋冬季发生频率最高!特别是每年的!#’!!月每年的D月!几乎不出现空气重污染的情况$但@级空气污染过程!在任何月份都可能发生%$=%大多数情况下!北京I^!#重污染是在区域性污染的背景下发生的!其表现是#北京城市空气污染的程度与周边城市的污染程度几乎同步变化另外!北京I^!#重污染日还与前期的空气污染状况紧密相关!即重污染日的前!或-已发生轻微或轻度污染$BIK指数@级%这说明北京I^!#重污染过程具有区域性以及形成的渐进性和累积性特点$%从##!##年!虽然北京空气质量好于或等于级的天数!以每年\的速率增加!但I^!#重污染日$除去沙尘天数%的天数并没有明显地减少!特别是秋季$!#’!!月%仍保持每年@-的发生频率$:%虽然每年的I^!#重污染日天数只有!#-左右!但由于其污染过程的持续性!其连带的@级污染日!占全年@级空气污染日的比例却不容低估如##=年北京共发生!#次重污染过程!重污染日为!$-!但与之关联的@级空气污染日却有@-!占全年@级空气污染总天数的=#\因此!研究北京I^!#重污染的形成条件!对于开展空气质量预警预报!为进一步改善北京空气质量提供有效的管理和控制措施!具有重要意义A!北京9L@重污染的典型天气形势!!北京地区I^!#重污染具有区域性和持续性特征虽然文献+,指出了北京地区发生I^!#重污染$沙尘污染除外%的必要天气要素条件$重污染日前期空气污染程度以及空气的高湿度%!但这些条件还不能反映重污染发生的必然性由?!期817!!王喜全等#造成北京I^!#重污染的二类典型天气形势!JB8UC’;VP),!2*)&_Q52K,W&P2,+21WNY,1G*’+I)**20,1,I^!#L2)/YB’0I1&&P*’1,’,2’F’,M于气象要素受天气系统和天气形势的支配因此!为了尽可能地做出准确的重污染预报!不仅要分析污染的一般气候规律和一般气象要素条件!还必须开展天气系统和天气形势的分析研究+:,为了研究天气形势对北京地区I^!#污染的作用!我们对##=年北京地区发生的!@$-@级以上$含@级%I^!#污染的天气形势!利用主观分析法!考察了其海平面气压场特征由于在所有的气象要素中!海平面气压场$NcI%与地面其他气象要素的关系比较稳定+$,!因此可以用海平面气压场分布形势代表天气形势的特征尽管有耗时费力的缺点!但在污染监测资料有限的情况下!采用传统的主观分析法研究天气形势与北京地区I^!#重污染的关系!比某些客观分析方法具有一些优点正如文献+?,所言#对于有经验的分析者来说!传统的主观分析法可以对天气形势进行更深入细致地分析通过对天气系统与污染状况关系的分析!印证了文献+,的结论#在北京地区发生I^!#重污染的时候!确实经常伴随有中尺度天气系统的活动正如引言中所言!单个这样的中尺度天气系统!还不足以造成北京地区的持续性污染以及I^!#重污染的出现下面总结的二类天气形势!即高压南下东移阻滞型和与北上台风或热带低压相联的弱高压控制型!才是最有可能造成北京I^!#重污染的关键因素AG@!高压南下东移阻滞型##=年月!$!日!北京地区发生一次连续-的I^!#空气污染过程!图!给出此次过程北京地区BIK污染指数逐日变化!其中!?和!D日污染达重污染的水平图!!##=年月!$!日北京BIK污染指数逐日变化]’M7!!Q52-’P0,)&/)0’)*’1,1WBIKW01(!$*1!]2X##=图给出此次污染过程地面气压和流场的演变情况在此次过程中!南下东移高压中心一直维持在我国黄海和日本西部之间!北京以及华北地区位于高压后部偏南气流的控制下#日河套倒槽东移影响北京地区!带来大范围的降雨过程!污染开始减弱!至日此次污染过程结束##=年!月!@日’D日’!日发生的北京地区重污染过程与此次重污染过程的天气形势类似!北京及其周边地区都是在高压后部的偏南气流的控制下AG!!与北上台风或热带低压#相关联的弱高压控制型!!##=年!#月=!!日!北京地区发生长达?-的I^!#空气污染过程!图@是此次过程北京市区BIK污染指数逐日变化!其中的$!#日达重污染的水平图=给出了此次污染过程每日#?时地面气压和流场的演变情况在此次冷高压过境’南下东移的过程中!我国东海有热带低压北上!阻滞了高压的南下和东移!造成北京及周边地区处在高压的后部或直接受变性弱高压的控制之下图给出了热带低压UR.N;D卫星监测和中心运动轨迹!以及华北地区空气污染的^ReKN卫星监测图在此期间!北京及周边地区!不断受东移的东北低压槽和华北地形槽以及汇聚性的中尺度低压系统的影响!造成北京地区严重的I^!#空气污染对##=年D月@@#日’!#月!:#日轻微污染过程和?@!日的轻度污染过程的分析表明!这@次北京地区的污染过程也是在与北上台风$或热带低压%相关联的弱高压控制的天气系统条件下发生的在以上两种天气形势控制下!北京地区地面持续小风或静风!温度层结整层稳定!但形成稳定层结的主导因素不同在偏南气流控制下!层结的稳定性主要由平流逆温造成(在弱高压控制下!稳定层结主要由下沉逆温形成B!总结及讨论BG@!北京9L@重污染与天气形势的持续性通过对I^!#重污染