地面观测中霾与雾的识别

地面观测中霾与雾的识别

郑都华吴云向勇

（巴东县气象局，444300）

摘要：随着人类活动对环境影响的最强，霾与雾的观测和识别越来越重要。本文通过文献综述的方法，结合观测实际，认为可以通过相对湿度、四周能见度分布、颜色和大气要素变化等来区分霾和雾，并认为以80%作为区分霾与轻雾的相对湿度标识也符合山区观测实际。

关键词：霾雾相对湿度识别

1 雾和霾的定义

根据《地面气象观测规范》，雾是大量微小水滴浮游空中，常呈乳白色，使水平能见度小于1.0Km。轻雾指微小水滴或已湿的吸湿性质颗粒所构成的灰白色的稀薄雾幕，使水平能见度大于等于1.0Km至小于10.0Km。霾是大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10.0Km的空气普遍混浊现象。

雾和霾的形成机理相似但又不同，相同的是都要求大气层结稳定，不同的是雾的形成需要增加水汽，而霾的形成需要增加霾粒子。雾是空气中水汽凝结（凝华）的产物，由水滴或冰晶组成，雾滴是少见或者罕见的，尺度范围是3~100μm，其相对湿度应该是饱和的，但由于凝结核的存在和仪器测量误差，测得的相对湿度不一定达到100%。在空气中雾形成的关键是水汽要能够达到过饱和。在一定温度下，空气能容纳的水汽是有限度的，超过了这个限度，空气中的水汽就达到了过饱和；或者水汽不增加，温度下降到一定程度，空气也可以达到过饱和。也就是说空气过饱和有两种途径，一种是增加水汽，一种是降温，在天气图上有水汽输送、冷平流或者地面辐射降温。雾或者轻雾与锋面、冷暖平流和辐射降温等有关，有明显的天气学指示意义

近地层大气中每时每刻都有霾粒子存在，主要有悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒等，粒子尺度范围是0.001~10μm，霾中空气较干燥。霾的形成需要霾粒子的大量增加，天气形势上就需要近地层大气有较长时间的逆温存在，水平方向上静风多。霾的出现有重要的空气质量指示意义，与废气排放等大气污染密切相关。

吴兑等论证认为[1]，在自然环境中，硫酸盐、硝酸盐、铵盐、海盐等吸湿性气溶胶粒子没有可能单纯通过湿度增加吸湿增长成为雾滴，虽然大气中可能存在的吸湿性气溶胶的相变湿度比较低，但那是在曲率非常小的情况下试验的结果，任何吸湿性物质的相变湿度都与粒子直径有关，粒子越小，相变湿度越大，气溶胶粒子的实际相变湿度比室内实验值还有大的多。相对湿度增加超过100%和相对湿度的降低，在自然界中促成了霾和雾的相互转化。吴兑等认为湿度较高，霾粒子吸湿后会使能见度恶化，但仅仅是吸湿长大的灰霾粒子，不是雾滴，要形成雾滴要有像凌晨辐射降温那样的过程使有液态水析出才行。

2 轻雾和霾的辨识

轻雾和霾都是视程障碍现象，根据定义观测中实质是判断是由雾滴还是霾粒子组成，但受观测手段的影响不可能去直接区分组成颗粒，问题就转化为根据形成机理和外观来判定雾和霾。形成雾时相对湿度接近100%，90%甚至95%以上，并且这时能见度低于1.0Km，雾或霾的特征更加清晰，易于区分。雾与霾的辨识，关键就是轻雾与霾的区分。

2.1 根据相对湿度判定

《地面气象观测规范》指出，有轻雾时空气较潮湿、有霾时较干燥。对潮湿和干燥的认识是一个发展的过程，80年代时多数人将很低的相对湿度作为区分轻雾和霾的标准，张凤林认为相对湿度达到70%左右时，霾不在以其本来的面貌存在，而是变成轻雾的凝结核了；

但他同时认为不能只因为湿度大（70%左右）而强记为轻雾，特别是在工业区……而是霾的现象。王青东等认为相对湿度70%以下仍可能有轻雾。易仕明在分析了霾粒子和雾滴的光学特性后，结合观测经验指出‚有的站规定用相对湿度70%作为区分它们的‘硬指标’是不可取的‛。而杨兆明在《福建三都的霾》一文中认为‚有霾时，一般说来空气湿度不是很大，但本站个别有霾的场合，相对湿度也可高达93%‛。但长期以来，在实际观测中很多台站以相对湿度60—70%作为区分霾和雾（轻雾）的标准（表1）。

世界气象组织（WMO）1984年的报告建议霾的相对湿度RH小于80%，1996年建议RH 比一个百分数低，例如80%；英国天气局在1994年规定出现霾时RH＜95%。

表1 部分地区原区分霾与雾（轻雾）的相对湿度标准（%）[2]地区RH 地区RH 地区RH

广东70 江苏60~70 北京70

香港85~95 安徽70 新疆无

澳门80 浙江60 吉林无

湖南65 广西无河北无

上海60~70 海南无辽宁无

湖北60~70 福建无江西无

在中华人民共和国气象行业标准《霾的观测和预报等级》（QX/113-2010）中规定‚能见度＜10.0Km，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%，判识为霾；相对湿度80%~95%时，按照地面气象观测规范的描述或大气成分指标进一步判识‛。可以RH为80%或95%是判识霾和雾（轻雾）的一个重要标准，但这相对湿度是霾、雾（轻雾）中的相对湿度，而不是其外沿或者之外的相对湿度。轻雾大都是局地性的，特别是在河谷、山区，又受地形地貌等影响，局地性更强，容易出现能见度差，但测站正处在轻雾的外沿或之外的现象，这时候RH可能就小于80%，但观测依然有轻雾。统计巴东2011、2012年2、8、14和20时4次定时观测记录如表2，发现两年都有14次整点记录为轻雾但RH小于80%，分别占当年4个时次对应有轻雾记录的7.3%和8.9%、都不到10%，并且都主要集中在冬春两季。另外有轻雾时最小相对湿度记录为72%，有9次为79%、有3次为78%，且超过75%的占82%，这不能排除测站处于轻雾外围而观测到有轻雾；而湿度传感器在气温高于-20℃时测量误差一般不超过1~8%，这也可能造成RH 记录小于80%而观测有轻雾。

RH小于80%轻雾记录少，并且这部分记录主要集中在75%以上，可见采用RH是否小于80%作为区分霾和轻雾的RH标准在山区也适用，不但不会造成霾的误记，还有可能避免因人工观测误差造成的轻雾误记。但考虑到仪器误差，在实际观测中还要综合考虑其它特征进行判定。

表2 2011—2012年巴东定时观测RH＜80%记轻雾次数

2012 1 1 6 1 5

合计9 3 9 2 5

2.2 根据四周能见度分布判定

雾的能见度范围是小于1.0Km，霾是小于10.0Km（＜2.0Km重度霾很少出现），轻雾能见度范围是1.0至＜10.0Km，通过能见度的绝对值比较容易区分雾和霾，问题的关键是区分霾和轻雾。轻雾分布不均匀、范围小，四周能见度不尽相同；而霾是空气普遍混浊现象，各方向上能见度大致趋同。另外轻雾的春至厚度只有几米到几十米，而霾的厚度为1~3Km。

2.3 根据颜色判定