上海地区霾的观测标准探讨及统计特征分析.pdf

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1、上海地区霾的观测标准探讨及统计特征分析陈敏施红陈辉阴俊潘文伟(上海浦东新区气象局,上海200135)摘要本文以上海浦东地区的观测资料为例,详细探讨了“霾”天气的不同观测标准及在提高相对湿度阈值后“霾”天气的统计方法及分布演变特征。并详细分析了自动站能见度仪观测值与人工能见度观测值的差异特征,首次尝试将新的“雾、轻雾、霾”的观测标准应用到自动站能见度仪观测资料库。结果表明:1.由于判别标准的不确定、不统一以及相对湿度阈值的明显偏低,大量的“霾”被记成了轻雾或雾,吴兑等提出的“雾、轻雾、霾”的观测标准将相对湿度阈值提高到80%~95%更有理论依据。2.维萨拉FD12P型能见度仪观测值明显偏小于人

2、工能见度观测值,在上海地区“霾”天气现象发生的1~10公里能见度范围内,人工观测对能见度仪观测值的平均调整比例在2倍左右。3.将新的“雾、轻雾、霾”观测标准按试验确定的统计标准应用到自动站逐时历史资料库提取的霾样本日及其统计特征分布是合理的。关键词:霾,相对湿度阈值,能见度,人工,自动站1引言我国改革开放以来,经济规模的迅速扩大和城市化进程的加快,使得化石燃料煤、石油、天然气等的消耗量迅猛增加,汽车尾气、燃油、燃煤、废弃物燃烧直接排放的气溶胶粒子和气态污染物通过光化学反应产生的二次气溶胶污染物日增。而这些空气中的灰尘、硫酸与硫酸盐、硝酸与硝酸盐、有机碳氢化合物等气溶胶粒子,正是形成“霾”的干

3、尘粒。因此“霾”已由一种少见的天气现象成为常见的天气现象。其组成成分中的许多有毒有害物质,可被人体呼吸道吸入,尤其是亚微米粒子会分别沉积于上、下呼吸道和肺泡中,从而引起鼻炎、支气管炎等病症,对人体健康和环境的危害远大于沙尘暴,“霾”[1]已经成为一种新的灾害性天气。可以说,“霾”的出现有着重要的空气质量的指示意义。气象学上,雾和轻雾、霾都是造成视程障碍的天气现象,在气象台站的地面观测记录簿中历来都有记载,与之匹配的天气符号分别为:≡、=、∞。在每天8个时次的地面天气图中,可以实时监测全国各地以及其他国家或地区是否发生了这些造成视程障碍的天气现象。但是,由于对“雾、轻雾、霾”定义理解上的不统一

4、,全国并没有统一的“雾、轻雾、霾”的观测标准,在天气较复杂时霾和轻雾或雾的记录很容易混淆,从而影响了“霾”的监测,这必然为“霾”的科学研究设置障碍。那么究竟怎样的“雾、轻雾、霾”的观测标准相比更加科学、更加合理呢?如何将新确定的“霾”的观测标准应用于历史资料库以建立“霾”天气的“历史档案”?新的观测标准下“霾”天气的分布演变特征又有怎样的变化呢?2“霾”的观测标准探讨中国气象局《地面气象观测规范》中,对“雾、轻雾、霾”有详细定义(表1)。由于天气现象的复杂性,定义中对雾、轻雾、霾的定义实际上还是定性为主,并没有一个统一的定量判别标准。在气象观测中,主要还是靠观测员的目测及经验来进行判别。表1

5、.中国气象局《地面气象观测规范》中有关雾、轻雾、霾的特征描述天气现象符号特征或成因影响能见度的程度(km)天气条件大致出现时间雾≡大量微小水滴浮游空中<1.0相对湿度接近100%日出前及锋面过境前后轻雾=微小水滴或已湿的吸湿性质粒所构成的稀薄雾幕1.0~<10.0空气较潮湿且稳定早晚霾∞大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中<10.0气团稳定且较干燥一天中的任何时候[1]吴兑的调查表明,全国各地对“雾、轻雾、霾”的观测标准五花八门。我国南方的大多数地区都是用相对湿度的某一阈值来区分,有些地区还结合了天气的变化趋势,但绝大多数地区这一阈值的确定都是约定俗成的,而且基本都以60%~70%来区分;而

6、我国北方广大地区由于湿度水平一般比较低,易于区分“雾、轻雾、霾”这些天气现象,故而大多数地方未规定附加的相对湿度标准。2151[2]在详细分析了形成雾滴及霾粒子的气溶胶粒子的物理及化学特性后,吴兑等进一步指出,大气中主要的水溶性气溶胶的相变湿度都在80%~95%之间,我国绝大多数地区约定俗成地区分霾与轻雾或雾的相对湿度阈值定得相当低,业务中常常将大量“霾”记成了轻雾或雾,直接后果就是在天气图上出现莫名其妙的雾区或轻雾区,而本该监测到的“霾”却丢失了。近年来,已经有很多省、市和地区的专家们开展了“霾”的相关研究工作,有不少省市已率先推出了“霾”的预报和预警业务,其中一些省市更是以文件形式统一了

7、“雾、轻雾、霾”的观测标准。[1,2,3]比如,吴兑等在分析了大气中吸湿性气溶胶粒子的相变湿度后建议,将相对湿度小于80%时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化的天气现象确定为“霾”,相对湿度大于95%时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化的天气现象确定为雾,而相对湿度介于80%~95%之间时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾和雾的混合物共同造成的,但其主要成分应该是“霾”。这里,相对湿度的限值有一个区间80

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