代玮1 张玉卿1 徐静1
1.山东省青岛生态环境监测中心，山东 青岛，266003
摘要：本文针对2019年1月11日-15日影响青岛市的重污染天气过程，分析了污染时段的气象特征、雷达监测结果及周边城市的污染情况。结果表明，青岛市区高空受到平直西风气流或弱脊控制，中层为反气旋环流，地面处于弱高压场控制，在高湿、弱风的不利气象条件下污染物不断累积。青岛出现两次高空传输过程，分别为1月11日、1月13日至14日，北风风力增大后，周边上风向城市峰值在前、峰值较高，呈明显传输特点，这与激光雷达观测到有高空沉降时段一致。
关键词：空气污染 天气形势 气象条件 雷达监测
1 引言
随着城市化进程的不断加快，大城市空气污染日益严重，对人体呼吸系统、循环系统和神经系统等造成危害，越来越引起相关部门和科研工作者的重视[1-2]。已有研究表明，在污染源排放相对稳定的条件下，空气质量的好坏与气象条件关系密切，风速、降水量、云量、相对湿度及气温等气象要素对污染物浓度变化均具有一定的影响[3-4]。吴战平等[5]利用环境空气质量指数(AQI)、降水量及大气环流场资料对2013年贵阳市2次空气污染过程进行分析，从天气形势和空气污染演变角度分析气象因子在其中的作用。喻谦花等[6]利用2014—2016年高空、地面气象资料和大气环境监测资料,分析了开封市空气质量特征及10次连续性重度污染过程天气形势。本文主要关注发生于2019年1月11日-15日影响青岛市的空气污染过程，通过分析空气污染的气象特征、雷达监测结果及周边城市的污染情况，掌握青岛市冬季的典型空气污染特征，以期为青岛市的重污染天气预报预警提供参考。
2 资料与方法
本文的气象资料由青岛市气象台提供，包括2019年1月11-15日污染期间500hPa、850hPa高空天气图、地面海平面气压场资料，以及自动站逐小时气温、气压、相对湿度、风速及风向、降水等要素；环境空气质量资料采用山东省青岛生态环境监测中心提供的逐小时空气质量指数（AQI）及颗粒物浓度数据。根据气象资料从天气形势和气象要素两方面对此次污染过程进行详细讨论，与雷达观测结果进行对比验证，并结合周边城市的污染情况综合分析此次污染过程。
3 空气污染过程分析
3.1 污染状况介绍
11日起，受大范围静稳高湿不利气象条件影响，我省大部分城市空气质量降为中度至重度污染。青岛市于11日10时出现中度污染，13时降至重度污染，11日夜间至13日上午空气质量在中度-重度污染间波动，13日13时在上游污染的缓慢传输作用下，空气质量降至严重污染，14日空气质量维持在重度污染的水平，15日在冷空气的作用下风力加大，扩散条件转好，污染过程逐渐结束，整个过程的首要污染物为PM2.5。从PM2.5与PM10的变化曲线来看（图1），两者的变化趋势较一致，11日-12日处于污染堆积的时期，PM2.5与PM10浓度同步缓慢升高，13日上午时段污染略有减缓，13日下午起在污染缓慢传输的作用下污染继续加重，PM2.5最高达348μg/m3，14日浓度持续较高，15日下午PM2.5与PM10浓度明显下降，污染结束。
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图1 2019年1月11日-15日青岛市PM2.5、PM10浓度及相对湿度逐时变化
3.2天气形势分析
11日-14日，青岛市区高空500hPa受到平直西风气流或弱脊控制；中层850hPa为反气旋环流，持续较弱西北风，连续4日无明显冷空气活动；地面形势处于弱高压场控制，气压梯度较小，风力持续较弱。温度对数压力图显示（图2），近几天低层逆温一直存在，逆温强度不断增强，低空大气层比较稳定不利于污染物的扩散；温度露点差在近地层几乎饱和，说明湿度较高，利于空气中污染物的生成和转化。
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图2 2019年1月12日08时温度对数压力图
3.3 气象要素分析
11日-15日天气以多云、有轻雾为主，11日阴有小雨，雨后随着气温升高、蒸发作用增强，近地面相对湿度一直较高，日均相对湿度在81%-89%之间。已有研究表明，气溶胶吸湿增长特性和相对湿度呈正相关，气溶胶吸湿增长越显著，有利于空气散射作用增强、能见度下降和雾霾天气出现。本文中湿度的增长也验证了这一点，如图1所示，11日-14日持续的高湿度使得污染物浓度不断上涨；同时日平均风速在2.5～4.1m/s，风力持续较小。市区处在高湿、弱风的不利气象条件下，污染物不断累积。在大范围不利扩散条件的影响下，省内及周边地区污染物浓度不断升高，出现中度到严重污染。风向数据显示，市区近几日风向多为西-西北风，在上游污染的缓慢传输作用下，也使得污染物浓度不断升高。两者的共同作用造成空气质量达到了重度污染。
3.4雷达监测情况
由气溶胶激光雷达监测结果来看，1月11日至15日污染过程中，出现两次高空传输过程，第一次出现在1月11日，4000米至5000米高空有气溶胶粒子及粗颗粒向地面沉降，第二次出现在1月13日至14日，1000米至2000米左右高度有气溶胶粒子及粗颗粒向地面沉降。其余污染时段整体边界层高度较低，扩散较差，污染堆积，14日夜间起，污染逐步扩散，15日午后空气质量好转。
3.5周边城市空气质量分析
1月11日至15日期间，主导风向为西北风，污染初期青岛本地污染物缓慢积累，且整体浓度低于周边城市，西北风风力增大后，各城市浓度均升高，而上风向城市峰值在前，峰值较高，呈明显传输特点，呈现传输特点的时段与激光雷达观测到有高空沉降时段一致。
4 小结与讨论
11日-15日，青岛出现了一次持续时间较长的重污染天气过程，青岛市于11日10时出现中度污染，13日在上游污染的缓慢传输作用下空气质量降至严重污染，15日在冷空气的作用下风力加大，污染过程逐渐结束，整个过程的首要污染物为PM2.5。
气象条件显示，青岛市区高空受到平直西风气流或弱脊控制，中层为反气旋环流，无明显冷空气活动，地面处于弱高压场控制。低层逆温一直存在，相对湿度持续较高，在高湿、弱风的不利气象条件下污染物不断累积。气溶胶激光雷达监测结果显示，青岛出现两次高空传输过程分别为1月11日、1月13日至14日，北风风力增大后，周边上风向城市峰值在前、峰值较高，呈明显传输特点，这与激光雷达观测到有高空沉降时段一致。
参考文献
[1]廖晓农，张小玲，王迎春，刘伟东，杜佳，赵玲慧.北京地区冬夏季持续性雾-霾发生的环境气象条件对比分析[J].环境科学,2014,第6期.
[2]谷少华，贾红英，李萌萌，杨军，司春峰，张瑞，刘小波，刘起勇.济南市空气污染对呼吸系统疾病门诊量的影响[J].环境与健康杂志,2015,第2期.