内蒙古典型草原区低能见度天气大气能见度微观影响因子分析

2018年第5期

31

内 蒙 古 气 象文章编号 1005-8656（2018）05-0031-02

doi :10.14174/ki.nmqx.2018.05.008

中图分类号 X513 文献标识码 A 内蒙古典型草原区低能见度天气大气能见度微观影响因子分析

闫宾1,2

（1.内蒙古气象局，内蒙古 呼和浩特 010051；2.中国气象局北京城市气象研究所，北京 100089）

摘要 对2010年1月到2015年12月锡林浩特地区低能见度天气条件下（能见度＜10km）气溶胶的光学特性观测

资料进行计算，分析大气能见度微观影响因子。结果显示，近年来内蒙古典型草原区低能见度天气条件下，主要污染物是PM 10，气溶胶散射是最主要的影响大气能见度的微观因子（对能见度衰减贡献比例为75.19%），水汽对大气能见度影响非常明显（对能见度衰减贡献比例为21.55%）。

关键词 内蒙古典型草原区；低能见度；大气能见度；微观影响因子

引言

大气能见度是重要的常规气象观测要素之一，低能见度天气（大气能见度<10km）不但影响人们正常生产生活，还影响人们身心健康，近年来越来越引起大众的关注，也成为大气科学领域的热点研究问题[1-5]。

气溶胶是指悬浮在气体中的固体和(或)液体微粒与气体载体共同组成的多相气体系，大气能见度的好坏取决于气溶胶的光学性质。20世纪60年代以来，国内外学者就已经着手开展大气能见度影响机制方面的研究[6-17]。从微观上讲，影响大气能见度的因子是大气气溶胶粒子散射和吸收、气溶胶组分、空气分子散射、污染性气体的吸收[1，5，17]。

本文使用内蒙古典型草原区的锡林浩特国家气候观象台所测得的气溶胶散射系数和吸收系数、PM 10浓度等资料，对内蒙古典型草原区低能见度天气条件下大气能见度的微观影响因素进行分析，以期为内蒙古典型草原区低能见度发生机理提供科学依据。1 资料来源

锡林浩特国家气候观象台地理位置位于43°57′N，116°7′E，海拔高度1003m ，位于锡林浩特市东郊25km ，下垫面为典型草原生态类型，观测场周围无高大建筑，无污染源，受人类活动扰动很小。本文所用资料为2010年1月到2015年12月锡林浩特观象台每日02、05、08、11、14、17、20、23时（北京时）观测到相对湿度、能见度、天气现象等常规气象资料；与常规气象资料时间匹配的气溶胶散射系数和吸收系数、PM 10浓度等资料，取得气溶胶资料的观测仪器、方法、规范可以参见文献[18]，大气能见度微观因素观测项目及仪器类型见表1。本文所述低

能见度天气即大气能见度＜10km 。经过筛选，共得到研究时间段内匹配数据1350组。从季节变化看，锡林浩特地区90%以上的低能见度天气发生在冬春两季，夏季发生频率最低；从日变化看，88%以上的低能见度天气条件发生在午后，上午的能见度要远好于午后。

观测要素仪器备注散射系数M9003积分浊度仪吸收系数A31黑碳仪

PM 2.5和气态污染物GRIMM 180颗粒物监测仪气态污染物无观测

表1 锡林浩特国家气候观象台影响大气能见度微观 因素观测要素及仪器

2 方法概述

可见光波段,低能见度天气大气气溶胶对能见度的影响主要通过5个因素作用实现：分别是（1）气态污染物的吸收作用；（2）干气溶胶散射作用；（3）干气溶胶吸收作用；（4）水汽分子的散射作用；（5）干洁空气的散射作用。

而上述作用可简单表述如下：大气能见度与消光系数（E a ）有简单的反比例关系[5，17]，而E a 受干结空气散射（E gs ）、干气溶胶散射（E as ）、气溶胶吸收（E aa ）、水汽分子散射（E ws ）、气态污染吸收（E pa ）等5个微观因素影响，公式(1—3)。

E a =E gs +E as +E aa +E ws +E pa （1）E as =0.0173×m 10 （2）

E pa =3.3Y （3）

式（1）中，E gs 可取常数0.1×10-4m -1。E as 通过（2）式计算，m 10为PM 10质量浓度。锡林浩特国家气候观象台的Magee 两通道黑碳仪可以观测得到E aa 。近似认为锡林浩特国家气候观象台的浊度仪观测得到

资助项目：中国气象局北京城市气象研究所城市气象科学基金项 目（UMRF201107）资助。

2018年第5期

32内 蒙 古 气 象

Analysis on Microcosmic Impact Factors on Atmosphere

Visibility during Low Visibility weather in Inner Mongolia Typical Steppe

Yan Bin 1,2

(1. Inner Mongolia Climate Centre, Inner Mongolia Hohhot 010051；

2. Institute of Urban Meteorological, China Meteorological Administration, Beijing 100089)

Abstract The observational data of aerosol optical properties in low visibility weather conditions (visibility less than 10km) in

Xilinhaote area from January 2010 to December 2015 were calculated, and the microcosmic impact factors of atmospheric visibility were analyzed. The results show that in recent years in Inner Mongolia typical steppe area during low visibility weather conditions, the main pollutant was PM10. The aerosol scattering was the main influence factor (the attenuation contribution ratio was 75.19%). The water vapor effect was very obvious (the attenuation contribution ratio was 21.55%).

Key words Inner Mongolia Typical Steppe ；Low Visibility ；Atmospheric Visibility ；Microcosmic Impact Factors

最主要措施。参考文献

[1]王堰.大气气溶胶直接辐射强迫研究[D].江苏.南京信息工

程大学,2010.

[2]高润祥.我国大气气溶胶物理特性的观测与模拟研究[D].江

苏.南京信息工程大学,2009.

[3]李凯,张承中,周变红.西安市采暖期PM 2.5污染状况及其与

气象因子的相关分析[J].安徽农业科学,2009,37(20):9603-9605.

[4]范柏祥,孙熙，王金波.可吸入细颗粒物的治理[J].中国环

保产业,2003(3):27-29.

[5]刘新罡,张远航,曾立民，等.广州市大气能见度影响因子

的贡献研究[J].气候与环境研究,2006,11(6):733-738.

[6]苏维瀚,张秋彭,沈济，等.北京地区大气能见度与大气污

染的关系初探[J].大气科学,1986,10(2):138-144.

[7]孟燕军,王淑英,赵习方.北京地区大雾日大气污染状况及

气象条件分析[J].气象,2000,26(3):40-43.

[8]赵习方,徐晓峰,王淑英，等.北京地区低能见度区域分布

初探[J].气象,2002,29(11):55-57,65.

[9]王淑英,张小玲.北京地区PM 10污染的气象特征[J].应用

气象学报,2002,13(增刊):177-184.

[10]梁秀婷,王丽春,宋学峰，等.呼和浩特市区能见度与大气

污染的特性分析[J].内蒙古气象,1995(1):35-38.

[11]王跃思,周立,王明星，等.北京大气中可形成气溶胶的有

机物——现状及变化规律的初步研究[J].气候与环境研究，2000,5(1):13-19.

[12]杨军,李子华,黄世鸿.相对湿度对大气气溶胶粒子短波辐

射特性的影响[J].大气科学,1999,23(2):239-247.

[13]赵柏林,王强,毛节泰，等.光学遥感大气气溶胶和水汽的

研究[J].中国科学(B 辑),1983（10）:951-962.

[14]赵秀娟,陈长和,袁铁，等.兰州冬季大气气溶胶光学厚度

及其与能见度的关系[J].高原气象,2005,24(4):617-622.[15]韩永,饶瑞中,王英俭.基于散射法原理的能见度及气溶胶

消光特性测量分析[J].红外与激光工程,2008,37(4):663-666.

[16]苏晨,张小玲,刘强，等.上甸子本底站气溶胶散射系数变

化特征的初步分析[J].气候与环境研究,2009,14(5):537-545.

[17]闫宾,卢士庆,孟伟，等.灰霾天气气溶胶对北京市大气能

见度影响贡献分析[J].安徽农业科学，2015，43(6):220-221.

[18]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京:气象出版社，

2003.

表2 低能见度天气内蒙古典型草原区大气能见度 微观影响因素

参数E a E gs E as E aa E ws 平均/10-4m -1

3.990.13 2.480.520.86比例/%

100

3.26

62.16

13.03

21.55

的大气总散射系数与干气溶胶散射系数之间的差值即为E ws 。由于水平方向O 3的吸收作用很小，所以气态污染物的吸收作用主要考虑污染气体NO 2的影响。NO 2对可见光的吸收采用经验公式（3）计算，E pa 为NO 2的吸收系数(单位：10-4m -1)，Y 为大气中NO 2的含量（单位：体积分数（10-6））。锡林浩特国家气候观象台未开展NO 2的观测，加之内蒙古典型草原区工业污染少，故此本文不考虑E pa 的贡献。3 结果与分析

根据观测资料分析，低能见度天气条件下，筛选出来的1350组能见度观测时次的平均值为7.8km，主要污染物是PM 10，PM 10小时值的平均值为143.3μg ﹒m -3。根据以上原理方法，对观测数据进行整理、计算、分析，得到5个影响因素的统计分析结果（见表2），影响内蒙古典型草原区大气能见度的各微观影响因子的构成比例为：干结空气散射作用占3.26%,干气溶胶散射作用占62.16%，干气溶胶吸收作用占13.03%，水汽分子散射作用占21.55%。大气气溶胶的散射和吸收对能见度的衰减比例占到75.19%,是大气能见度的首要影响因子。水汽分子的散射作用（对能见度衰减比例高达21.55%）是大气能见度的次要影响因子。水汽分子散射作用的显著性，主要有两个原因：第一，高湿度环境下，水汽帮助气溶胶吸湿长大，从而间接影响了能见度；第二，水汽分子本身尺度较大，对能见度的直接衰减也有显著影响。4 结论

微观角度讲，低能见度天气条件下，气溶胶的散射与吸收是衰减大气能见度的首要因素，水汽分子散射是衰减大气能见度的次要因素。治理内蒙古典型草原区低能见度天气，控制大颗粒的气溶胶的浓度是