随着生产生活水平的提高,城市化建设的不断推进,空气污染也随之加重,空气质量也逐步走进人们的关注视线。霾作为影响空气质量的重要天气现象, 日益成为各类期刊、杂志、学术性交流和科学文献所关注的焦点。实际观测中,由于霾的判别还只能根据其定义配合相对湿度来识别,非常容易与轻雾相互混淆。准确地区分二者,不仅是气象资料准确性的要求,也为空气质量预报提供更为有力的依据。
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定义及成分的区分
从气象角度来讲,霾和轻雾虽同属于视程障碍现象,实际为两种不同的天气现象。根据《地面气象观测规范》,两者区别如表1。
目前判别霾与轻雾的方法主要根据其定义和色彩再配合空气的湿度来进行区分,但其中的色彩大都突出了“微”带某种颜色,这就给从颜色上来判别二者带来了相当大的难度。正是由于“微”带的颜色不能轻易准确地被观测员识别,加上空气中的成分具体是干尘粒(如:矿物尘、硫酸盐、硝酸盐、有机碳氢化合物、黑碳、硫酸和硝酸微滴等粒子)还是小水滴或是两者的混合物,不借助仪器设备只凭观测员肉眼根本无法识别。由此,空气的相对湿度便成为了观测时区分二者的主要辅助指标。自动观测仪判定的依据是通过能见度和相对湿度来判断,由此可以说明,在日常的观测中当能见度在1.0-10.0 km时,通过空气的相对湿度来作为判别轻雾和霾的主要辅助指标已经形成了一种共识并且得到了应用。《地面气象观测规范》中也没有对空气相对湿度做具体规定,直接导致全国各级气象台站通过相对湿度来判别二者的不统一。区分霾与轻雾的判据比较混乱,缺乏可比性,实际上近地层大气中总是有霾存在的,但由于理解的问题,将大量霾记成了轻雾。吴兑曾撰文,将相对湿度的阈值定为90%,作为区分轻雾(雾)与霾的辅助判据是合理的[2]。在吕梁地区各台站霾记录标准的调查中,也无统一标准。在没有大气成分参考下,仅仅依据观测员对相对湿度、天气状况的分析,常常存在个体差异。从记录标准看,相对湿度的取值范围相当宽 (55-85%),特别是大雾结束,相对湿度维持在60-80%,能见度<10.0 km时,对霾与轻雾的区分十分模糊,形成记录霾的阈值普遍偏低。2010年《霾的观测和预报等级》(国家气象行业标准QX/T 113-2010),对霾观测的判识条件规定如下:“能见度小于10.0 km,排除降水、沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕、吹雪、雪暴等天气现象造成的视程障碍。相对湿度小于80%,判识为霾;相对湿度80-95%时,按照地面气象观测规范规定的描述或大气成分指标进一步判识” 。2013年1月,中国气象局综合观测司在气测函〔2013〕17号《观测司关于霾天气现象观测补充规定的函》中,再次补充强调,可将相对湿度参照标准提高到90%。因此山西省2013年4月气测【2013】68号文件对霾天气现象观测做出补充规定:(1)能见度<10.0 km,排除降水、沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕、吹雪、雪暴等天气现象造成的视程障碍,相对湿度小于80%,判识为霾;(2)能见度<10.0 km,排除降水、沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕、吹雪、雪暴等天气现象造成的视程障碍,相对湿度80-95%时,按照地面气象观测规范规定的描述或大气成分指标进一步判识。已建立大气成分监测设备的台站,可以优先采用大气成分指标作为判识霾的参考依据。
3 霾与轻雾产生原因
霾和轻雾相同之处都是视程障碍物。但二者的形成原因和条件却有很大的差别。轻雾是浮游在空中的大量微小水滴或冰晶,形成条件要具备较高的水汽饱和因素。出现雾时空气相对湿度常达100%或接近100%。雾又随着空气湿度的日变化而在早晚较常见或加浓,白天相对减轻甚至消失。出现雾时有效水平能见度<1 km,当有效水平能见度1-10 km时称为轻雾。
霾的形成主要是空气中悬浮的大量微粒和气象条件共同作用的结果,其成因有三个方面:
(1)在水平方向静风现象增多。城市里大楼越建越高,阻挡和摩擦作用使风流经城区时明显减弱。静风现象增多,不利于大气中悬浮微粒的扩散稀释,容易在城区和近郊区周边积累。
(2)垂直方向上出现逆温。逆温层好比一个锅盖覆盖在城市上空,这种高空的气温比低空气温更高的逆温现象,使得大气层低空的空气垂直运动受到限制,空气中悬浮微粒难以向高空飘散而被阻滞在低空和近地面。
(3)空气中悬浮颗粒物的增加。随着城市人口的增长和工业发展、机动车辆猛增,污染物排放和悬浮物大量增加,直接导致了能见度降低。
4 霾与轻雾的相互转化
除去由纯小水滴构成的轻雾之外,由吸湿性颗粒吸湿的轻雾同霾的形成机理是相同的,都是由吸湿性物质吸湿后所构成,区别仅在于水分含量的多少。所以,从理论上讲轻雾与霾应该是可以相互转化的,当相对湿度增加到超过100%时,霾粒子吸湿成为雾滴,而相对湿度降低时,雾滴脱水后霾粒子又再悬浮在大气中 [2]。因此,在一个相对湿度范围内轻雾和霾可以实现相互转化、共同存在。通过几种标准的结合,大致可以得出,相对湿度80-95%应该是二者相互转化、共同存在的范围。
5 轻雾、霾历史资料分析
5.1 年际变化
根据临猗的历史资料可以得出,1998年以后雾霾天气出现的次数逐日增多,主要原因在于城市化进程的突飞猛进,城市面积和人口的不断增加,交通和生产活动产生的大量污染物,对轻雾、霾的影响最大。城市建设的迅速发展,建筑、拆迁、道路施工及堆料、运输遗洒等施工过程产生的建筑扬尘不断增多,增大了地面摩擦系数,使风流经城区时明显减弱,使得低风速现象增多,不利于大气污染物向城区外围扩展稀释,导致积累高浓度污染。其次,城市热岛效应使得垂直方向形成逆温现象。污染物不能逐渐循环排放到大气中,导致污染物的低空滞留。工业的发展、机动车辆的增多,污染物的排放直接导致了悬浮颗粒的增加,造成能见度的降低,当逆温、静风时形成雾和霾。
5.2 月际变化
轻雾与霾出现最多的在11-2月之间,这是因为冬季地面夜间的辐射降温明显,大气低空容易出现 “逆温层”,空气的水平、垂直方向交换流通能力变弱,空气中排放的污染物被限制在浅层大气中,并逐渐积聚形成霾,导致空气污染。雾霾天气形成既有气象原因,也有污染排放原因。尤其冬季采暖期能源消耗排放猛增,再加上化工企业集中生产排放。2012年冬季,全国多地雾霾天气持续, 2013年1月9日以来,全国中东部地区陷入严重的雾霾和污染天中,中央气象台将大雾蓝色预警升级至黄色预警,13日10时北京甚至发布了北京气象史上首个霾橙色预警。
6 小结
综上所述,关于轻雾和霾的判别得出了以下几点认识:
(1)相对湿度可以作为日常地面观测中判别轻雾与霾的主要辅助指标。
(2)判定标准的不统一将造成大量的轻雾与霾的混淆记录,各地区统一判别标准将进一步提高观测资料的准确性。
(3)虽然全国各地的判别标准不一致,但在判定模型中提到的临界判定值(80%、95%)应该存在,各地区由于地域上的不同该值也应当不同,建议各地区结合当地历史观测资料进行综合分析,确定该值。
(4)当轻雾与霾都存在时,应根据观测时间、结合天气背景、天空状况、空气湿度、颜色气味及卫星监测等因素来综合分析判断,结合观测经验进行综合判别,加强记录。
(5)各地在规范统一判定标准时,应将我国霾区分布特征作为一个重要的参考因素进行综合考虑。
参考文献
[1]中央气象局.地面气象观测规范[M].北京:气象出版社,2003:23-24.
[2]吴兑. 再论相对湿度对区别都市霾与雾(轻雾)的意义[J].广东气象,2006(1): 10-13.
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