珠江三角洲典型灰霾天气过程和清洁过程近地层流场的EOF对比分析

文章编号:167328411(2008)0420023203珠江三角洲典型灰霾天气过程和清洁过程近地层流场的EO F 对比分析廖国莲1,曾　鹏2,程　鹏3(11广西气候中心,南宁　530022;21广西气象科技服务中心,南宁　530022;31广西人工影响天气办公室,南宁　530022)摘　要:利用广东省466个地面自动气象站资料、广州气象站常规气象资料及珠江三角洲4个主要城市的P M 10浓度等资料,通过矢量EO F 方法,对选出的珠江三角洲典型灰霾天气过程(2004年1月4～10日)和清洁过程(2005年11月15～21日)的近地层流场进行对比分析。

分析表明典型灰霾天气过程第二、三模态有非常明显的日变化特征,受局地中小尺度环流系统影响,污染物局限在当地,出现严重的灰霾天气;而清洁过程与强平流输送有关,主要受大尺度环流系统影响。

关键词:灰霾;近地层流场;经验正交函数(EO F );珠江三角洲中图分类号:P 45　文献标识码:AEOF Con trast Analysis on Surface Flow F ields dur i ng Ser ious HazeProcess and Clean i ng Process i n Pearl R iver D eltaL iao Guo 2lian 1,Zeng Peng 2,Cheng Peng3(11Guangx i C li m ate Cen ter ,N ann ing Guangx i 530022;21Guangx iM eteo ro logical Info r m ati on Cen ter ,N ann ing Guangx i 5300222;31Guangx i w eather m odificati on office ,N ann ing Guangx i 530022)Abstract :B ased on the data p rovided by 466su rface au tom atic w eather stati on s over Guangdong p rovince ,Guangzhou conven ti onal w eather stati on ,and PM 10daily average concen trati on data frong fou r cities of Pearl R iver D elta ,the su rface flow fields du ring the typ ical seri ou s haze p rocess and clean ing p rocess had been analyzed by u sing EO F (em p irical o rthogonal functi on ).T he analysis show s that the second and th ird m odes of the seri ou s haze p rocess have obvi ou s diu rnal variati on .Influenced by local m eso 2scale and m icro 2scale circu lati on system s ,con tam inati on islocalized and leads to the seri ou s haze w eather .T he clean ing p rocesses are related to strongadvecti on tran spo rt .and influenced by m acro 2scale circu lati on system s .Key words :s m og ;su rface flow fields ;EO F ;Pearl R iver D elta收稿日期:2008207204作者简介:廖国莲(19822),女,硕士,主要从事环境气象研究及预报。

近年来,珠江三角洲大气灰霾现象越来越严重,影响社会经济的可持续发展和人们的日常生活。

通过研究气象因子对灰霾天气的影响,进而科学、有效地预测和控制灰霾天气,已是十分重要和紧迫的研究课题。

国内外已有很多学者从天气形势、逆温层、混合层以及各种气象因子的角度对空气质量进行了大量的研究,但针对霾的研究相对不多。

吴兑曾对珠江三角洲地区的霾天气作过一些研究,重点分析了2003年11月初广州发生的一次严重霾天气过程。

本文主要利用矢量EO F 方法,对选出的珠江三角洲典型灰霾天气过程(2004年1月4～10日)和清洁过程(2005年11月15～21日)的近地层流场第29卷　第4期 气　象　研　究　与　应　用 V o l 129　N o 142008年12月JOU RNAL O F M ET EOROLO G I CAL R ESEA RCH AND A PPL I CA T I ON D ec 12008进行对比分析,探讨该地区近地层流场对灰霾天气的影响。

1　资料与方法选取典型灰霾天气过程(2004年1月4～10日)和清洁过程(2005年11月15～21日)时期,广东省气象局466个地面自动气象站的逐时风资料进行EO F分析,选用广州气象站的常规气象资料及广州、深圳、珠海、中山的PM10日均浓度资料,运用C ress m an插值法进行统计分析。

文中将相对湿度的阀值定为90%,作为区分轻雾与霾的辅助判据,即把能见度低于10km,且相对湿度小于90%时,排除降水等天气现象的视程障碍定为灰霾。

2　典型过程近地层风的EOF分析211　典型灰霾天气过程2004年1月4～10日期间,珠江三角洲大部分地区出现了较严重的灰霾天气现象,各城市污染物浓度及能见度有相似的变化趋势,表现出较为明显的区域性特征。

其中,广州整个过程的能见度日均值均低于5km,相对湿度均低于85%,属于一个低能见度事件,是一个严重的灰霾天气过程。

天气形势表现为,广东高空为偏西气流,低层为弱高压脊,在高压环流控制下,多数站点滴雨未下,珠江三角洲地区天气晴朗。

1日晚到2日地面有弱冷空气南下,3日起转为变性高压脊控制,能见度在1月5日达到一个低值;6～7日再次有弱冷空气南下影响,因此,6日能见度又有所上升;8日重新转变性高压脊,故能见度又逐渐下降,并于10日达到最低值。

整个灰霾过程时间上比较短,不存在季节变化,因此对此次典型灰霾过程的逐时近地层流场做矢量EO F分解时,采用原始风场数据。

分析得出,前3个模态的方差贡献率分别为5018%、1011%和611%,累积方差贡献率达到67%,前三个模态能大概反映此段时间近地层风场的基本特征,因此本文对该过程的前三个模态进行分析。

从第一模态可知,整个区域存在偏东风,高值中心出现在海上,珠江三角洲及其它内陆地区风速较小。

第一模态的时间系数在5至6日较小,出现波谷,表明此段时间第一模态的偏东风场较弱。

通过分析可知,此段时间有弱冷空气南下影响该地区,致使第一模态的偏东风场受影响。

第二、第三模态的时间系数存在明显的日变化特征,表明第二、第三模态与地方性中小尺度系统如海陆风环流等有关。

当时间系数为正,第二模态表现的是海风,当时间系数为负,第二模态表现的是一个相反的流场,即陆风。

结合第二模态的时间系数,峰值出现在下午和凌晨,表明下午海风最强,凌晨陆风最强。

第三模态时间系数的峰值出现在中午和半夜,结合空间场可知,珠三角地区中午存在一个东北风场,半夜存在一个西南风场。

此次灰霾过程中,珠江三角洲常受变性高压脊控制,天气晴朗,环境风场较弱,有利于地方性中小尺度系统的形成。

由时间系数可知,此过程中小尺度系统非常强,局地环流使得污染物局限在当地,导致污染严重,出现严重的灰霾天气。

此次影响珠江三角洲的典型灰霾过程的气象背景场为:珠江三角洲处于变性高压脊控制下,地方性中小尺度系统强,近地层持续小风,出现气流停滞区。

212　清洁过程2005年11月15～21日期间,珠江三角洲大部分地区的PM10浓度比较低,是一次区域范围的清洁过程。

其中,整个过程广州的A P I均低于50,能见度日均值均高于16km,为典型的清洁过程。

2005年11月,冷空气前锋14日开始自北向南影响广东,给广东带来降雨和降温天气;16日,冷锋过境,广东转冷锋后晴朗天气。

随后仍不断有冷空气补充,直至20日地面24h变压均维持正值,表明不断有冷空气补充,此后气压逐渐降低,24h变压转为负值,能见度最好出现在19日。

对此次清洁过程的逐时近地层原始风场做矢量EO F分解。

与前面典型灰霾过程不同的是,该清洁过程近地层流场第一模态的方差贡献率达到了7615%,已能反映此段时间近地层风场的基本特征,而其后各场的方差贡献率均小于4%,因此本文只对该过程的第一模态进行分析:第一模态的时间系数始终为正,表明此过程整个区域盛行第一模态所示流场,即偏北风场。

其中高值中心在珠江三角洲及沿海地区,低值中心在粤北、粤东地区,这主要与广东北高南低、东西向腹部倾斜的地势有关。

第一模态的时间系数在15～16、19～21日较高,表明此段时间该模态的偏北风较强。

天气形势上,2005年11月15～16日冷锋过境,此后,仍不断有冷空气南下补充该地区,使该地区的偏北风持续较强,污染42 气　象　研　究　与　应　用 29卷物得到较好扩散,珠江三角洲中心城市广州能见度在19～21日均超过了1715km。

此次清洁过程的气象背景场为:冷空气刚过,珠江三角洲近地层持续大风一段时间,大尺度天气系统较强,地方性中小尺度系统偏弱。

3　对比分析与结论对珠江三角洲典型灰霾天气过程(2004年1月4～10日)和清洁过程(2005年11月15～21日)时期,广东的逐时风资料进行矢量EO F的对比分析:从方差贡献率看,灰霾过程的第一方差贡献率明显小于清洁过程,但第二、第三方差贡献率却比清洁过程的大,表明珠江三角洲灰霾过程主要受大尺度环流系统和海陆风等局地中小尺度环流系统的共同影响,而清洁过程主要受大尺度环流系统影响,局地中小尺度环流系统影响不明显;从第一模态及其时间系数看,清洁过程珠江三角洲空间场的数值和时间系数明显较高,两者相乘得到的流场的风速较大,而灰霾过程流场的风速较小。

以上分析表明,典型灰霾天气过程第二、三模态有非常明显的日变化特征,海陆风等局地中小尺度环流系统非常强,致使污染物局限在当地,出现严重的灰霾天气;而清洁过程与强平流输送有关,主要受冷空气等大尺度环流系统影响。

参考文献:[1]董蕙青,黄海洪,何　莉.广西主要城市空气质量状况及其与气象条件关系分析[J]1广西气象,2001,22(4):26230[2]吴棠先,董惠青,黄香杏.南宁市夏季影响大气污染的气象条件分析[J]1广西气象,2001,22(4):34236 [3]陆　甲,董蕙青,谢宏斌.2004年南宁市空气质量回顾[J]1广西气象,2005,26(3):38240[4]郑永骏,董惠青,覃天信.广西气象台城市空气质量预报业务系统[J]1广西气象,2001,22(4):37239 [5]董蕙青,阙秀美.2002年广西三城市空气质量状况及与气象条件的关系[J]1广西气象,2003,24(2):27230(上接第13页)参考文献:[1]吴　兑,邓雪娇1环境气象学与特种气象预报1北京:气象出版社,2001:42104[2]吴　兑,邓雪娇1环境气象学与特种气象预报1北京:气象出版社,2001:4211[3]蒙远文,蒋伯仁,等1广西天气及其预报1北京:气象出版社,1989:11217[4]董惠青,谢宏斌,等12003广西主要城市空气质量评价及空气污染物浓度与气象统计条件关系1广西气象, 2004,25(1):36239[5]吴　先1南宁市一次较高空气污染指数过程气象条件分析1广西气象,2004,25(1):40243[6]陆　甲,董惠青,等12004南宁市空气质量回顾1广西气象,2005,26(1):38240[7]袁美英,周秀杰,等1天气形势对哈尔滨市空气质量影响得初步研究,气象,2005,31(1):55258[8]钟善锦,董惠青,等1广西城市空气污染预报业务系统得建立,气象,2005,31(1):59262[9]黄雪松,周惠文,等12003广西近50年来气温、降水气候变化1广西气象,2005,26(4):9211[10]叶爱芬,肖伟军1最不稳定层的确定及应用1气象研究与应用,2007,28(1):29231[11]覃志年,何　慧,等1广西季气温、降水量异常频次的时空分布特征1气象研究与应用,2007,28(2):272 30[12]杨　琳,钟保　1热岛效应对四季变化的影响1气象研究与应用,2007,28(3):18219[13]李克敌1广西农业环境污染的成因分析及对策研究[J]1广西农业科学,2008,39(2):2562260 [14]廖雪萍12005广西主要气象灾害对农业生产的影响[J]1广西农学报,2006,21(5):45247[15]钟　波1浅谈广西冬季气候资源的开发利用[J]1广西农学报,2006,21(5):66268[16]黄晓昭1广西主要气象灾害对甘蔗生产的影响[J]1广西农学报,2006,21(3):16218524期 廖国莲,曾　鹏,程　鹏:珠江三角洲典型灰霾天气过程和清洁过程近地层流场的EO F对比分析 。