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user: 3. 结果与分析 3.1. 天气形势分型 选取20~35˚N、110~125˚E为关键区，将影响福建的天气形势分为10种 [ 11 ] ：冷高压脊、高压底部、高压后部、锋前暖区、地面倒槽、低涡切变、高空槽、副热带高压及其边缘、台风(热带辐合带)、台风(热带辐合带)外围，通过分析各种天气形势下霾的出现率，找出产生霾天数较多和霾出现频率较高的天气型。 3.1.1. 静稳的天气形势 锋前暖区天气形势(图1，左)下发生霾天气的出现频率是最高的，约35%；其次是地面倒槽暖区天气形势(图1，右)约33%；高压后部天气形势下发生霾天气次数最多，出现频率为19% (图略)。 3.1.2. 区域输送的天气形势 就福建而言，区域输送几乎都是大陆气团随着冷高压(冷高压脊)前的偏北气流，将北方污染物输送南下，直接增加本地气溶胶浓度，形成霾天气；输送路径有3条，NE→SW向与NW→SE向或者北霾入海，顺着高压底部东风回流影响福建，特别沿海地区。 3.1.3. 其他可能产生霾的天气形势 一是副热带高压及其边缘高温、强太阳辐射、长时间日照下出现的光化学烟雾事件，能见度低时发 图1. 福建省位于锋前暖区(左)、地面倒槽暖区(右)天气形势示意图 生的霾天气；二是台风(热带辐合带)外围干热的下沉气流导致边界层空气剧烈压缩、增温后形成的霾天气。这两类霾天气发生概率低，持续时间短，强度不强。 3.1.4. 不产生霾的天气形势 低涡、低涡切变、高空槽、台风(热带辐合带)及其外围引发的降水天气过程。 3.2. 2015年霾天气过程汇总与分析 1) 2015年福建省平均霾日数约25~60天，区域分布不均匀，沿海多于内陆，南部多于北部；漳州地区霾日数最多，南平地区霾日数最少。就沿海地区而言，北部沿海受区域输送影响较多，南部沿海因天气静稳出现积累型霾天气较多；海峡中部的平潭岛霾日数(47天)远多于南部的东山岛(5天)，原因是易受北霾南输的影响，霾日数较多(图2)。 2) 2015年福建省共发生了10次典型的霾天气过程(表1)，70%都集中在1月和12月，平均持续时间1.5~3天，主要以轻度~中度霾为主，个别时次出现重度霾，并出现重度~严重等级的污染，主要的影响范围在沿海地区。 3) 除了人为排放(如除夕夜燃放烟花爆竹，清明祭扫)外，福建省霾天气产生的原因有三点，一是积累型，发生在静稳天气下，大气扩散条件比较差，本地污染物聚集导致污染物浓度上升，能见度下降，形成霾天气；二是输送型，因大陆气团携带上游污染物输送(几乎都是北霾南输)的影响，输送通道为NE→SW向、NW→SE向，或者北霾随高压入海，顺着高压底部的东风回流影响福建。与积累型霾天气相比，输送型霾天气有污染突发性强、污染程度重、影响范围广、持续时间短等特点；三是积累和输送共同作用导致的霾天气过程，这类霾天气持续时间就比较长，污染比较严重。 4) 积累型霾天气的消散主要靠降水的清除作用以及风的稀释扩散作用；输送型霾天气的消散主要取决于风场的改变，当风切断了污染的来源，则霾消散；或者当携带污染物的风速减小，携带清洁空气的风速增大都会导致霾消散。 3.3. 近两年霾高发期全省霾天气特征对比 对比2014年10月~2015年5月与2015年10月~2016年5月福建省霾高发期(10月~翌年5月是福 图2. 2015年福建省9个设区城市霾日数分布图 Table 1 Fujian province haze weather process in 2015 summar 发生时间 持续时间(天) 影响范围 强度等级 1月5~6日 2 全省，南部地区比较严重 轻度~中度霾天气，局地重度霾天气 1月9~11日 2.5 沿海地区 轻度霾天气 1月17~19日 2.5 全省，沿海地区比较严重 轻度~中度霾天气 1月26~27日 1.5 全省，中北部沿海比较严重 轻度~中度霾天气，局地重度霾天气 4月5~6日 1.5 清明祭扫人为源排放多的地方 轻度~中度霾天气，局地重度霾天气 4月17~19日 2 中北部地区 轻度~中度霾天气 10月27~30日 3 全省，沿海地区明显些 轻微~轻度霾天气 12月12~13日 1.5 中北部沿海地区 轻度~中度霾天气 12月15~16日 1.5 全省，中北部地区明显些 轻微霾天气 2015年12月31日~2016年1月4日 4 全省，沿海地区比较严重 轻度~中度霾天气，局地重度霾天气 表1. 2015年福建省霾天气过程汇总 备注：典型的霾天气过程：日均相对湿度小于95%，能见度小于7.5公里，PM 2.5 平均浓度50微克/立方米以上，持续时间24小时以上，范围较大；持续时间几个至十几个小时，范围小，生、消很快的霾天气就不罗列在上表中了。 建省的冬半年，是霾的高发期，90%的霾天气以及100%中度以上霾天气都出现在这个时段内)霾天气出现次数、影响范围、持续时间、等级强度、天气成因等的不同点。 由表2可见，在2015极强的厄尔尼诺事件背景下，福建霾天气的变化： 1) 2015年10月~2016年5月霾天气过程出现次数较上一年度略有增加，但总天数明显增加，从14.5天增加为23.5天。 2) 霾天气过程持续时间明显增长，从平均1~2.5天，增加为1~4天，最长的达到6.5天。 3) 污染程度以轻度~中度为主，重度霾发生的时次有所增加。 4) 区域输送过程数明显增多，集中发生在2015年12月~2016年2月。 5) 在2015~2016年初，在极强的的厄尔尼诺事件背景下，福建虽然秋冬季节降水异常偏多，且春季汛期开始时间较常年提前了15天，降水频繁，但是霾天气过程出现次数并没有减少。 由表3、表4可见： 2015年10月~2016年5月全省经历了9次典型霾天气过程，2次静稳、6次输送、1次人为污染。除人为排放、积累型约占25%、输送型约占75%，这与历史(2005~2014年)资料的统计结果不同，一般年份，静稳天气形势下霾天气的发生频率要高于区域输送，约占60%~70%。 3.4. 干霾和湿霾生成、维持和消散的天气学成因分析 由于福建受夏季风(SW、SE)影响时间较长，空气湿度相对较大，低能见度天气较多，除了雾和轻雾外，不同天气形势，不同湿度下产生的霾天气对应着完全不同的天气学过程，因此将日均相对湿度在80%以下的，干燥的天气下产生的霾天气称为干霾；将日均相对湿度在80%~95%的，潮湿的天气下产生的霾天气称为湿霾。以福州市为例，选择日均能见度在7 km以下的典型个例(否则样本数太大)，分析干霾与湿霾的区别，由表5可见： 1) 福州市干霾天气主要出现在11月~翌年1月，秋末和冬季，受冷空气影响，大陆主导风为干冷的偏北风，天气较为干燥，雨水较少；干霾日占总霾日数的25%，整体污染程度比较重，多呈现灰霾天 Table 2 The haze weather process of May 2014 and October 2015 compared to October 2015 and May 201 序号 2014年10月~2015年5月 持续时间(天) 2015年10月~2016年5月 持续时间(天) 1 2014 年 11 月 13 日 1 2015年10月27~30日 3 2 2014年11月29~30日 1.5 2015年12月12~13日 1.5 3 2015年1月5~6日 2 2015年12月15~16日 1.5 4 2015年1月9~11日 2.5 12月31日~2016年1月4日 4 5 2015年1月17~19日 2.5 2016年1月19~20日 1.5 6 2015年1月26~27日 1.5 2016年2月7~8日 1.5 7 2015年4月5~6日 1.5 2016年2月20~22日 3 8 2015年4月17~19日 2 2016 年 2 月 29 日 1 9 / / 2016年3月29~4月4日 6.5 合计 14.5天 23.5天 表2. 2014年10月~2015年5月与2015年10月~2016年5月霾天气过程对比 备注：区域输送型(黄色阴影)、积累型(紫色阴影)、人为排放(蓝色阴影)。 Table 3 Analysis of accumulation type haze weather from October 2015 to May 201 时间 影响范围 等级强度 天气成因和主要天气现象 2015年 10月27~30日 全省，沿海地区明显些 轻微~轻度霾天气 暖区升温明显，前期东风回流带来污染物， 后期冷空气前锋暖区，静稳天气，弱上升运动 2016年 3月29~4月4日 全省 轻度~重度霾天气 典型的暖区，静稳天气，天气阴沉扩散条件差， 中南部大范围的污染天气，3日出现降水，西南气流， 污染更重；4日后期冷空气入侵，降水，空气质量转好 表3. 2015年10月~2016年5月积累型霾天气特征分析 Table 4 Analysis of regional transport type haze weather characteristics from October 2015 to May 201 时间 影响范围 等级强度 天气成因和主要天气现象 2015年 12月12~13日 中北部沿海地区 轻度~中度霾天气 北霾入海，东风回流影响福建，且位福建处暖区扩散条件差 2015年 12月15~16日 全省，中北部地区明显些 轻微霾天气 北霾南输，但空气干冷，能见度不低，颗粒物浓度不高 2015年12月31~2016年1月4日 全省，沿海地区比较严重 轻度~中度霾天气，局地重度霾天气 从31日下午到1日晚上北霾南输影响福建，2日转折， 3~4日倒槽暖区，大雾，静稳天气，多日无雨，累积效应明显 2016年 1月19~20日 沿海地区 轻度~中度霾天气 北霾南输，北部沿海中度霾，持续了1.5天； 南部沿海轻度霾，19日夜里转好 2016年 2月20~22日 沿海地区 轻度~中度霾天气 20日，偏北气流很强，一方面本地浮尘扬沙、一方面北方有沙尘输送，从宁德开始到漳州污染物浓度逐渐升高；21日暖区辐合到22日白天，污染持续；22日夜里燃放烟花爆竹 表4. 2015年10月~2016年5月区域输送型霾天气特征分析 Table 5 The difference between dry and damp haz 名称(主要出现月份) 日均相对湿度 所占比例(%) PM 2.5 平均浓度(ug/m 3 ) PM 2.5 浓度跨度(ug/m 3 ) 干霾(11~1月) 80%以下 25 65~75 40~250 湿霾(2~5月) 80%-95% 75 35~45 30~160 表5. 干霾和湿霾的区别 气现象，平均PM 2.5 浓度约为65~75 ug/m 3 ，PM 2.5 小时浓度的跨度在40~250 ug/m 3 ，严重的干霾天气，空气污染峰值也可以达到重度或严重等级(个别时次)。 2) 湿霾天气主要出现在2~5月，冬末和春季，西南或东南暖湿气流逐渐代替偏北的干冷气流控制福建，雨水也开始日渐增多；湿霾的日数(不是过程数)较干霾多，每年约10~50天，占总霾日数的75%，污染程度总体低于干霾，平均PM 2.5 浓度约为35~45 ug/m 3 ，多数的湿霾日PM 2.5 浓度值不高，危害小。湿霾天气PM 2.5 小时浓度的跨度在30~160 ug/m 3 ，说明湿霾严重时，空气污染也可以达到中度量级。 3.4.1. 干霾天气生、消的天气成因 1) 分析干霾日(00~23时)AQI，发现全部出现颗粒物(PM 2.5 或PM 10 或同时)超标现象(AQI大于100)，污染程度主要为轻度污染，污染的峰值可达到中度~重度等级，甚至严重等级。 2) 天气形势有静稳天气形势(倒槽暖区、锋前暖区、高压后部)，也有区域输送天气形势(大陆冷高压脊)，重要天气现象有天气晴好、干燥、无雨等。 3) 干霾的生成：与冷空气的加强、大陆高压庞大稳定有关。积累型霾发生在高压后部或弱暖区控制下，气压梯度较弱、地面风存在弱辐合、风速较小、持续无降水，污染物有个聚集的、逐渐升高的过程，当累积效应明显时，易形成霾天气；区域输送型霾是高压前的偏北气流，将污染物输送南下，增加本地气溶胶浓度，直接形成霾天气。 4) 干霾的维持：积累型，比较长2~3天，甚至6~8天。输送型，比较短，十几个小时左右，有时1~2天。 5) 干霾的消散：取决于风场(含风向、风速)的改变，如携带清洁空气的风速加大或携带污染空气的风速减小，还有风向的改变切断了污染的来源，霾就消散了。 6) 在湿度较低，霾比较严重的时候，空气污染也较严重，降水的可能性不大，因此开展人工增雨的可能性不大。 3.4.2. 湿霾天气生、消的天气成因 1) 统计分析湿霾日(00~23时)发现只有1个湿霾日PM 2.5 、PM 10 同时超标(AQI大于100)，绝大部分湿霾日空气质量等级良，但污染的峰值会达到轻度污染等级或者接近轻度污染。 2) 天气形势全部都是静稳的天气型，与输送无关，如倒槽暖区、锋前暖区、高压后部、副热带高压边缘等，重要天气现象包含西南急流、暖区降水、雾、雨雾、回暖升温、午后热雷雨等。 3) 湿霾的生成：与冷空气势力减弱，暖湿空气势力增强，且西南急流的建立有关，湿度增大，夜晨有浓雾或有弱降水形成雨雾，大气层结稳定；在降水前1~2小时，大气层结最不稳定的时候，霾最严重，空气质量最差。 4) 湿霾的维持：积累型时间较长，通常夜晨和白天霾严重，午后到傍晚下雨；第二天又循环。 5) 湿霾的消散：靠暖区强降水，或者冷空气带来的降水和大风。 6) 适时开展人工增雨作业，能有效改善城市空气质量。