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目 录

1引言 1

2 资料与方法 3

2.1数据介绍 3

2.2研究方法 3

3 结果与分析 4

3.1污染物浓度 4

3.2边界层高度 5

3.3气象要素垂直廓线 7

3.4对比分析 10

4 结论与展望 11

4.1结论 11

4.2展望 12

参考文献 12

长三角清洁和雾霾天边界层变化的对比分析

牛玺

,China

Abstract: This article selects the atmospheric conditions of Nanjing in January 2016 as a representative area to analysis the boundary layer changes in clean and haze days in the Yangtze River Delta region. The sounding data at the Nanjing site were used to obtain the relevant elements of the boundary layer (the height of PBL, temperature，relative humidity，wind, etc.) and research how the concentration of pollutants changes. The air quality data of pollutants in Nanjing area is used to plot how the concentration changes. The 17th and 18th of month are selected as haze days, and the 24th and 25th are selected as clean days. The comparison of selected days can obviously analysis the characteristics of boundary layer parameters. The results of comparative analysis show that the change trend of the height of PBL is negatively related to the change trend of aerosol pollutant concentration. When the air is clean the height of the PBL is high, and when the haze is heavy the height of PBL is low. In terms of elements of the boundary layer, higher relative humidity and temperature inversion will lead to accumulation of pollutants and aggravate pollution. The PBL wind has a great impact on the distribution of pollutants. When the wind speed is high, PBL has good diffusion conditions, making the pollutants easier to dissipate and reducing pollution. On the contrary, when the wind speed is low, the diffusion conditions are bad, causing the accumulation of pollutants and making the pollution worse.

Key words: Haze; Boundary layer height; Pollutant concentration; Meteorological element profile;

1引言

雾霾^[1]是一种经常发生在大气近地层中的灾害性天气，其出现会导致大气的能见度降低，对社会的经济发展以及人民的日常生活产生重要的影响，且大气气溶胶都聚集在大气的近地层，会使得大气污染程度增强，空气质量下降，对人们的身体健康造成严重的危害。霾主要是由SO₂、NO_X以及可吸入颗粒物这三项组成，其中最后一项颗粒物是加重雾霾天气污染的重要因素。这些污染物与雾气结合，使得天空瞬间变得灰蒙蒙的，大气变得浑浊，能见度下降，当水平能见度小于10千米时，将这种气溶胶系统造成的视程障碍称为灰霾。霾粒子的分布比较均匀，大小从0.001到10，平均粒径大小在1至2左右。研究表明，雾和霾的长期变化趋势与人类活动和气候变化具有密切的联系。

随着时代经济的快速发展，城市建设规模的扩大，居住人口数量的迅速增长和工业开发的扩张等方面的因素，从而使得人为因素造成大气污染物的排放量迅速增加，同时也为地球带来许多的环境问题，给人类的生活带来很大的负面影响，其中大气污染是很显著的一个方面,它会对社会经济发展以及人的生活产生较为直接的负面影响，以及近地层的污染会对人体健康造成危害。目前我国的大气环境的污染事情不只是过去的局部地区出现污染的状况，而是已经发展成一种区域型污染，一种综合型的污染^[2]。近年来的大气污染事件频频发生，污染的性质也不是单一种类污染物的污染更不是单一地影响某一个方面，反而最近的这些污染事件大部分表现出大范围污染，多种污染物的复合污染以及在时间规律上出现一定的周期性变化等特征。关于造成这些频发污染事件的原因，从长期的角度考虑，大气污染事件的污染程度与城市的工业发展结构的快速更新、交通规模的扩大，机动车使用数量的上升以及人类生活本身所排放的污染物增多等方面有很大的关系；从短期的角度来看，大气污染事件的污染程度主要与近地面的气象要素有关，这些因素较为直接地影响着污染物的积累、维持、消散，以及一定距离内的排放输送和扩散。因此，要减轻空气污染物所带来的污染造成的负面影响，首先需要从长期的条件考虑，要求人为地去制定并规划合理的政策并长时间地严格坚持；然后从短期的边界层气象条件角度考虑，需要研究边界层气象因子与污染物浓度之间的关系，分析并了解气象要素对污染物浓度变化的影响机制，从而减轻污染事件的污染程度以至于减少污染物事件的发生，保护自然环境的生态平衡。

通过对国内已经做过的相关大气边界层和污染物事件之间的文献调研，结合研究中所表明的结论，大致了解我国关于大气边界层变化与污染物事件的演变过程之间的一些研究现状。大气中的气溶胶已经成为导致我国城市空气质量变差的主要污染物，造成近年来城市型以及区域型雾霾现象频发，大气能见度的下降^[3]。大气边界层是直接受到地表影响最为强烈的低层大气，其厚度会影响污染物扩散的有效空间范围，以及其高度和存在其上方的逆温层与阻碍气层上下的流动相关联，从而导致了近地层大气维持静稳状态以至于雾霾天气的出现^[4]。因此，边界层气象要素层结的垂直变化与雾霾的发展维持以及消散有很大关系，大气边界层高度持续地保持较低的状态以及稳定的气层结构是导致雾霾发生的主要原因。边界层顶部的逆温结构会抑制污染物的垂直运输，夜晚地表的逆温层以及相对湿度的增大会造成近地面PM₁₀质量浓度的增大^[5]。在污染物来源相对稳定的条件下，其浓度受局地气象因子影响较大，比如大气的稳定度、相对湿度和风，稳定天气时污染物浓度与风速和气压呈负相关，和相对湿度呈正相关，边界层内的低空垂直向的顺时针风切变会导致长时间的大气污染；大气边界层是在地表和大气之间的能量发生交换的主要场合,异常的边界层垂直结构会影响污染物的积累，输送和扩散^[6]。逆温层高度下降,使得地面能见度变小相反逆温层高度上升,使得地面能见度变大。另外,地面能见度还与逆温强度呈正比,逆温强度越大,地面能见度也是越低。从逆温层的角度可以推论出边界层高度与污染程度的关系。逆温层和近地层湿区导致颗粒物吸湿增长变大，加重雾霾的严重程度^[7]。PM_2.5浓度与相对湿度呈弱的正相关，与能见度的对数呈高度负相关,与混合层高度呈负相关^[8]。边界层的弱风，高湿以及逆温层的存在是低能见度的雾霾事件的重要因素^[9]；暖湿平流导致逆温，其中较低的边界层高度和高相对湿度是主要影响因子^[10]。大气边界层最为基本的特征就是气象因子的日变化，白天时因地表吸收太阳辐射加热，使得温度升高；晚上时则是因为地表向上的长波辐射所产生的冷却作用而降温，使得近地面的气温呈现日变化；在陆地高压区，不稳定边界层常出现在白天，稳定边界层则主要出现在夜里。冬天的夜晚辐射强度更大，时间更长，使得冷却作用更强，接地逆温充分发展，导致混合层高度较低，结合较弱的垂直对流，最终使得低架源排放出的污染物加重近地面的污染^[11]；当大气层结较稳定，对流运动和大气扩散能力越差，空气质量越差；相反地，当大气层结不稳定时，对流运动和大气扩散能力就越良好，空气质量越好；在温度因素方面，当逆温层出现时，污染物垂直方向扩散受阻，空气质量变差；在湿度方面，湿度随高度变大容易导致雾和霾的形成，从而使得大气污染的状况加重；在风的要素方面，当边界层为小风或静风天气时，会导致污染物的大量积累，加重污染，所以在清洁地区的较大风速输送有利于污染物的消散，减轻污染。综合对比发现，风速的变化与其他气象要素相比，与空气质量的变化具有更明显的相关性 ^[12-14]。

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