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作者；張毅   

   目前，霧霾范圍已經(jīng)超越了城鄉(xiāng)、內(nèi)陸沿海界線，表現(xiàn)為連片的、大范圍霧一霾區(qū)，形成了聯(lián)動(dòng)效應(yīng)（王珊等，2014；蘇捷等，2012；李小飛等，2012；袁博等，2009）。霾是在排除降水、沙塵暴、揚(yáng)沙、浮塵、煙幕、吹雪、雪暴等天氣現(xiàn)象造成的視程障礙外，能見度<10 km，相對濕度<80%的一種天氣現(xiàn)象，霾不僅降低能見度，導(dǎo)致交通事故發(fā)生，而且還能誘發(fā)呼吸道等多種疾病，危害人類的身心健康，同時(shí)對氣候以及生態(tài)環(huán)境均會(huì)造成較大危害（張小曳等，2012；陳雄飛等，2013）。研究表明天氣類型與霾<曹偉華等，2013；過宇飛等，2013）、大氣污染物濃度關(guān)系密切（靳軍莉等，20111；李菲等，2012；王宏等，2008；張國璉等，2010），特別是出現(xiàn)范圍大、強(qiáng)度強(qiáng)的霾，一般都會(huì)在一些特定的天氣形勢下發(fā)生（劉梅等，2014；謝付瑩等，2010）。

  大氣環(huán)流分型分為主觀和客觀兩種分類法。主觀分型法比較直觀、容易解釋其物理意義，但因主觀性明顯，不利于推廣應(yīng)用。以EOF和PCA為代表的向量分析是常用的客觀分型方法( Yamal，1993)，具有可重復(fù)性，但由于需要依賴原始資料，即應(yīng)用不同長度的氣象資料得到的分型結(jié)果不同，從而限制了其在實(shí)際業(yè)務(wù)中的應(yīng)用。Jenkinson等(1977)通過定義指數(shù)及分類標(biāo)準(zhǔn)將Lamb(1950)分類方法客觀化，Lamb-Jenkinson方法（簡稱L-J方法）操作性強(qiáng)，天氣氣候?qū)W意義明確，已被國內(nèi)氣象學(xué)者應(yīng)用于研究天氣氣候大氣環(huán)流分型（黃榮輝等，1994；賈麗偉等，2006；周榮衛(wèi)等，2010），但該方法在災(zāi)害天氣分型研究應(yīng)用不多（賴紹鈞等，2009）。研究表明該方法在我國大部分地區(qū)適用（朱艷峰等，2007）。

  本文利用L-J方法研究霾與環(huán)流的關(guān)系，通過對2001 2012年發(fā)生寧波地區(qū)大范圍的霾過程進(jìn)行環(huán)流歸類，得出寧波區(qū)域霾的主要形勢場類型及環(huán)流特征，指出寧波區(qū)域霾的時(shí)空分布特點(diǎn)等，從而提高對沿海地區(qū)霾天氣的認(rèn)識(shí)，也為進(jìn)一步研究霾的形成機(jī)理及尋求預(yù)報(bào)線索提供一些科學(xué)依據(jù)，對霾預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)有一定的指導(dǎo)意義。

1  資料來源與處理方法

1.1  資料來源

  地面氣象觀測資料來自七個(gè)國家氣象觀測站（寧波的慈溪、余姚、北侖、鄞州、奉化、石浦、寧海）地面要素月報(bào)的一天四個(gè)時(shí)次（02、08、14和20時(shí)）的能見度、相對濕度、風(fēng)、目測霾日等資料，站點(diǎn)分布見圖1。目測霾日是指各站氣象觀測員根據(jù)人工觀測，在當(dāng)日記錄霾天氣現(xiàn)象，則記為一個(gè)霾日。地面、高空形勢場來自NCEP的逐日再分析資料，分

辨率為2.5°×2.5°。S02、N02、PM10、PM2.5、API數(shù)據(jù)來自寧波市環(huán)保局對外公開發(fā)布監(jiān)測數(shù)據(jù)。寧波市主要社會(huì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來自寧波市統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)年鑒。

1.2  處理方法

  (1)霾日標(biāo)準(zhǔn)：目測為霾日，該日即為霾日。如目測是非霾日時(shí)，則按中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QX/T 113-2010規(guī)定，排除降水、沙塵暴、浮塵、揚(yáng)沙、雪暴、吹雪和煙幕等造成視程障礙外，當(dāng)一天四個(gè)時(shí)次內(nèi)任一時(shí)次同時(shí)滿足能見度<10 km和相對濕度<80%時(shí)，該日也歸為霾日。符合任一霾日標(biāo)準(zhǔn)的，該日即為霾日。

(2)霾等級(jí)劃分：根據(jù)中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(QX/T 113-2010)和氣預(yù)函[2013] 34號(hào)文

件，按水平能見度大小，將3～10 km、2～3 km、1～2km、<1 km分別劃分為輕度霾、中度霾、重度霾和嚴(yán)重霾，共四個(gè)等級(jí)。

  (3)區(qū)域霾標(biāo)準(zhǔn)：上述寧波七個(gè)站點(diǎn)有2/3及以上的縣（市）區(qū)，即≥5站出現(xiàn)霾，則認(rèn)為是一次區(qū)域霾過程；以任一站出現(xiàn)最高霾等級(jí)，作為區(qū)域霾等級(jí)。

  (4) Lamb-Jenkinson環(huán)流分型方法是一種主客觀結(jié)合的分型方法，通過定義一些客觀的標(biāo)準(zhǔn)把主觀的分型方法客觀化，由定性的分型變?yōu)槎�量的分型。具體方法是在設(shè)定的計(jì)算范圍內(nèi)，每隔10個(gè)經(jīng)度、5個(gè)緯度的網(wǎng)格上取一個(gè)差分格點(diǎn)（圖2），共計(jì)16個(gè)點(diǎn)。

  寧波位于我國海岸線中段，浙江寧紹平原東端，即28°51'～30°33'N、120°55'～122°16'E。本文選取以(29°N、121°E)為中心點(diǎn)，以20°～40°N、105°～135。E的范圍為研究區(qū)域（圖2），根據(jù)式(1)～(6)計(jì)算中心C點(diǎn)的地轉(zhuǎn)風(fēng)(u，v)和地轉(zhuǎn)渦度（ξu，ξv），其中，p為海平面氣壓，u、v分別是地轉(zhuǎn)風(fēng)的緯向分量和經(jīng)向分量，ξu為u的經(jīng)向梯度，ξv為v的緯向梯度。

  根據(jù)地轉(zhuǎn)風(fēng)速、風(fēng)向以及地轉(zhuǎn)渦度之間的關(guān)系，把環(huán)流類型分為平直氣流型、旋轉(zhuǎn)型和混合型3大類，共計(jì)27小類，如表1所示。

  上述方法得到的分型結(jié)果具有清晰明確的物理意義。如某一地區(qū)的環(huán)流型為A型，說明該地區(qū)被高壓（反氣旋）所控制；如為C型則被低壓（氣旋）所控制；N型則表示該地區(qū)被偏北氣流所控制；CN型則表示該地區(qū)被低值系統(tǒng)控制下的偏北風(fēng)影響；其余依此類推（下同）。

  (5) HYSPLIT-4方法是美國國家海洋和大氣局(NOAA)等開發(fā)的供質(zhì)點(diǎn)軌跡、擴(kuò)散及沉降分析方法，通常用來跟蹤氣流所攜帶的粒子或氣體移動(dòng)方向，已被廣泛應(yīng)用于大氣污染物輸送研究（張維等，1994;王喜全等，2011;王艷等，2008;蘇福慶等，2004)；聚類分析根據(jù)氣團(tuán)水平移動(dòng)速度和方向?qū)Υ罅寇壽E進(jìn)行分組，采用組間差異極大、組內(nèi)差異極小分組原則，估計(jì)大氣污染物的潛在源區(qū)的不同輸送態(tài)勢分類。

2  結(jié)論與討論

2.1  區(qū)域霾的時(shí)間分布

  根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，2001-2012年的12年寧波地區(qū)共發(fā)生區(qū)域霾179次，年均近15次，圖3可見，2010年及之前霾日發(fā)生比較平穩(wěn)，2011和2012年霾過程呈跳躍性增多，分別達(dá)49和32次。從月分布看，秋冬季為霾頻發(fā)期，10月起明顯增多，到12月達(dá)到峰值，一直持續(xù)到1月，之后霾日逐漸減少，7 9月最少，統(tǒng)計(jì)時(shí)段中，9月沒發(fā)生過大范圍的霾天氣。另外，統(tǒng)計(jì)表明寧波地區(qū)大范圍霾過程最長持續(xù)時(shí)間可達(dá)4d。

2.2  霾日變化的環(huán)流特征

  霾天氣形成的條件主要有兩個(gè)：一是大氣中污染物總量較多；二是當(dāng)時(shí)的大氣環(huán)流不利于污染物的擴(kuò)散和稀釋。由圖4可見，2008  201 2年寧波主要經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)基本穩(wěn)定或逐漸上升，說明人為污染排放物總量雖然逐年增多，但并沒有出現(xiàn)突變。根據(jù)中國氣象局國家氣候中心的年度風(fēng)場距平場圖（圖5）分析，2010-2012年環(huán)流特征各有不同，就浙江東部沿海地區(qū)上空而言，2010年500 hPa環(huán)流表現(xiàn)為處于反氣旋環(huán)流，850 hPa受較明顯的偏南氣流影響；2011年500 hPa處于氣旋環(huán)流，2012年則受偏西氣流控制。

2.3  后向軌跡分析

  霾的產(chǎn)生與氣象條件、大氣顆粒物污染密切相關(guān)（趙普生等，2012；蒲維維等，2011；鄧雪嬌等，2006;魏文秀，2010）。細(xì)粒子是寧波市大氣顆粒物污染的主要組成部分，城市揚(yáng)塵、機(jī)動(dòng)車尾氣塵、二次硫酸鹽和煤煙塵對PM2.5的分擔(dān)率最多，為14.4%～19.9%，研究表明寧波市對PM2.5有明顯貢獻(xiàn)的源類呈多源類并重的態(tài)勢（肖致美等，2012）。結(jié)合環(huán)流形勢分析，可以看出寧波大氣顆粒污染與本地排放和外來輸入均有關(guān)系。設(shè)定寧波市(29.8°N、121.5°E)為起點(diǎn)，采用HYSPLIT-4方法對2010  2012年秋冬季節(jié)（11、12和1月）寧波100 m上空的前36 h氣流軌跡做聚類分析（圖6）。

  由圖6可見，2010年秋冬季寧波氣流軌跡相對比較分散，來自西南方向的占觀測數(shù)15%、偏東方向23%，西北或偏北方向62%；而2011和2012年氣流軌跡則以寧波以北方向和長距離輸送為主，2011年占87%、2012年占76%。這與前面分析的多霾年份氣旋性環(huán)流有利于引導(dǎo)冷空氣南下、少霾年份反氣旋環(huán)流易致冷空氣偏弱，或低層受較強(qiáng)盛偏南氣流的環(huán)流形勢基本吻合。由此可見，與2010年相比，2011和2012年霾日跳躍性增多與大氣環(huán)流不利于污染物的擴(kuò)散和稀釋密切關(guān)系。

2.4  Lamb-Jenkinson環(huán)流分型

  L-J分型結(jié)果不僅可以用來研究溫度、降水等基本氣象要素，而且還可以用來研究大氣污染擴(kuò)散與環(huán)流的關(guān)系等。本文采用該方法，利用分辨率為2.5°×2.5°NCEP逐日平均海平面氣壓再分析資料，以寧波地區(qū)為中心區(qū)域，對2001-2012年179次霾過程的大氣環(huán)流進(jìn)行了客觀分型。

  圖7給出了統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)，寧波市各環(huán)流類型出現(xiàn)的頻率，可以看出，寧波區(qū)域霾的環(huán)流類型幾乎集中在反氣旋型及該型的南北兩個(gè)氣流方向，共占總數(shù)近85%，出現(xiàn)頻率最高的是環(huán)流A型，達(dá)65.9%，其次是AN和AS型，分別為12.3%和6.7%，C、S、N、CS、CN型環(huán)流的發(fā)生頻率不超過5%，其他環(huán)流均沒有出現(xiàn)。據(jù)此分析結(jié)果，以下我們主要對A、AN、AS和C型（四型占總數(shù)的89. 6%）的高低空環(huán)流形勢進(jìn)行逐一分析。

2.4.1  A型環(huán)流

  統(tǒng)計(jì)A型環(huán)流型共發(fā)生118 d，其中，發(fā)生在秋冬季節(jié)（1月、10-12月）的占該類總數(shù)的75. 4%，圖8顯示，850~500 hPa的高空環(huán)流場表現(xiàn)為較淺薄的一槽一脊型控制，東亞地區(qū)為一致的西北偏西氣流影響，地面為龐大高壓控制，高壓中心位于貝加爾湖的西南側(cè)，東部沿海地區(qū)處于高壓前部的稀疏氣壓場中，風(fēng)力微弱。高空一致的西北偏西氣流易致空氣水汽含量較低，云量減少，有利于夜間輻射降溫；同時(shí)貝加爾湖地區(qū)高壓脊的明顯偏弱，不利于冷空氣東移南下，從而形成了靜穩(wěn)型環(huán)流形勢特點(diǎn)，容易出現(xiàn)連續(xù)區(qū)域霾。在共26次連續(xù)2 d或以上的霾過程中，A型就占了24次，共計(jì)57 d，占到了近一半的該環(huán)流型霾口，其中，2011年8 d、2012年6d，為歷年最多的，最長的是2011年2月18-21日，持續(xù)4d。所以，預(yù)報(bào)員要特別警惕A型環(huán)流造成的連續(xù)霾天。

2.4.2   AN型環(huán)流

  統(tǒng)計(jì)AN型環(huán)流型共發(fā)生22 d，發(fā)生在冬季(1和12月)的占該類總數(shù)的72.7%。850～500 hPa的高空環(huán)流仍然表現(xiàn)為一槽一脊型（圖9），但是與A型相比，其環(huán)流經(jīng)向度明顯增加，主要表現(xiàn)為東亞槽加深、槽后西北風(fēng)速加大，東部沿海一帶700 hPa風(fēng)速達(dá)到20--22 m．s-l，東亞地區(qū)偏北風(fēng)分量明顯加大，為西北偏北風(fēng)，風(fēng)向隨高度呈逆時(shí)針變化；同時(shí)，地面高壓強(qiáng)度增強(qiáng)，貝加爾湖西南側(cè)的閉合環(huán)流中心氣壓為1037.5 hPa，且高壓中心東移南壓，氣壓梯度明顯加密，以上跡象表明AN環(huán)流型有冷空氣明顯參與。此型環(huán)流出現(xiàn)連續(xù)霾概率較低，僅出現(xiàn)過兩次連續(xù)2d的霾過程。

2.4.3AS型環(huán)流

  統(tǒng)計(jì)AS型環(huán)流型共發(fā)生12 d，發(fā)生在春秋季節(jié)（2  4月、6和11月）的占該類總數(shù)的83. 3%。雖然700～500 hPa仍表現(xiàn)為淺薄的一槽一脊型（圖10），但是850 hPa環(huán)流形勢已發(fā)生調(diào)整，主要表現(xiàn)為西北氣流減弱北縮，西南氣流開始逐漸活躍，西太平洋面出現(xiàn)152 gpm閉合高壓環(huán)流，脊線位于20°N、西伸點(diǎn)130°E；貝加爾湖西南側(cè)的地面高壓已減弱消失，東部沿海地區(qū)處于即將東移人海的高壓中心附近，說明冷高壓已經(jīng)變性，寧波幾乎處高壓中心的靜風(fēng)區(qū)控制，或即將轉(zhuǎn)高壓后部的弱偏南氣流影響。所以，AS型環(huán)流大多出現(xiàn)處于冷暖空氣的交替調(diào)整期，即冷空氣減弱變性、暖空氣還沒得到加強(qiáng)發(fā)展的時(shí)期，該型沒有出現(xiàn)連續(xù)2d或以上的霾過程。

2.4.4  C型環(huán)流

  統(tǒng)計(jì)C型環(huán)流型共發(fā)生8d，其中發(fā)生在春夏季節(jié)（3月、5-6和8-9月），發(fā)生在夏季（6和8月）占該類總數(shù)的62.5%。700～500 hPa為淺薄的兩槽一脊型（圖11），西太平洋高壓繼續(xù)加強(qiáng)，出現(xiàn)了范圍明顯加大的塊狀高壓區(qū)，特別是850～700hPa高壓西側(cè)的西南氣流明顯得到加強(qiáng)；地面表現(xiàn)為與前三種環(huán)流型明顯不同的是我國大陸已受低氣壓系統(tǒng)控制，低壓中心在新疆西北部地區(qū)，東部沿海一帶處于弱的低壓環(huán)境場中，該型也沒有出現(xiàn)連續(xù)2d或以上的霾過程。

2.5  四類環(huán)流型的時(shí)間分布

  上述四類環(huán)流型（合計(jì)類）的時(shí)間分布趨勢與霾日基本一致（圖12），即呈現(xiàn)兩頭多中間少的月分布特征，其中，A型因日數(shù)多，分布特征更加明顯；AN型主要發(fā)生在1和12月；AS型月特征不明顯；C型以6和8月居多。這與實(shí)際環(huán)流特征比較吻合。另外，2011-2012年也是歷年中四類環(huán)流發(fā)生日最多的，分別占49和32 d，表現(xiàn)為A型環(huán)流明顯增多，也就是說冷空氣強(qiáng)度總體減弱或影響位置偏北，導(dǎo)致靜穩(wěn)環(huán)流形勢增多，這也是造成2011和2012年霾日增多的主要原因之一。所以，除了輸入性霾外，預(yù)報(bào)員也注意本地環(huán)流變化導(dǎo)致霾發(fā)生可能性明顯增大。

2.6環(huán)流型與氣象要素的關(guān)系

  大范圍霾天氣過程與大尺度環(huán)流形勢關(guān)系密切，一般來說，霾是發(fā)生在較干燥環(huán)境中（史軍等，2010；王建國等，2008;饒曉琴等，2008）。但因影響系統(tǒng)不同，各型的氣象要素有差異。上述四個(gè)主要環(huán)流類型的氣象要素具有以下特征（表2）：能見度大多在8 km左右，C型最差，不到7 km;相對濕度在66%～75%，AN型空氣最干燥，相對濕度為66.6%；地面風(fēng)速在1.9~3.3 m·S-1，AN型風(fēng)速較大，AS型最��；中度霾是四種環(huán)流型出現(xiàn)概率最高的，特別是C型，占該類總數(shù)的四分之三，A和AN型出現(xiàn)重度霾的概率明顯高于另兩型，AS型出現(xiàn)嚴(yán)重霾的概率最高，C型還沒有出現(xiàn)過嚴(yán)重霾。

2.7  環(huán)流型與污染物濃度的關(guān)系

  霾是直接反映空氣質(zhì)量的天氣現(xiàn)象之一，表3為各型的污染物濃度和相應(yīng)空氣質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表，C型空氣質(zhì)量最好，四分之三的空氣質(zhì)量等級(jí)為良，這與夏季寧波空氣質(zhì)量最好的統(tǒng)計(jì)結(jié)果相吻合；A和AN型中S02和N02的濃度及污染空氣出現(xiàn)頻率均比較高；PM2.5濃度在A、AN、AS型均超過100μg·m-3，但總體差別不大；PM10濃度相對較低是否與地面風(fēng)速較大有關(guān)系，還有待于進(jìn)一步研究分析。

3  結(jié)論與討論

  (1)寧波區(qū)域霾年均近15次，2010年及之前霾日發(fā)生比較平穩(wěn)，2011和2012年霾過程呈跳躍性增多，分別達(dá)49和32次。秋冬季為霾頻發(fā)期，12月達(dá)到峰值；夏季最少。霾發(fā)生與環(huán)流背景密切相關(guān)，500 hPa氣旋性環(huán)流有利霾日發(fā)生，而反氣旋環(huán)流及低層強(qiáng)盛偏南氣流有助空氣對流，不利霾發(fā)生。

  (2)   Lamb-J enkinson分型結(jié)果表明寧波區(qū)域霾的環(huán)流類型出現(xiàn)A型頻率最高，達(dá)65.9%。其次為AN、AS和C型，四型共占總數(shù)近89. 6%;C、S、N、CS和CN型環(huán)流的發(fā)生頻率不超過5%,其他環(huán)流均沒有出現(xiàn)。四類環(huán)流型特別是A型的時(shí)間分布趨勢與霾日基本一致，為兩頭多中間少的月分布特征；各型出現(xiàn)時(shí)段不盡相同，A型主要發(fā)生1月和10  12月，AN型在1和12月；AS型月特征不明顯，C型以6和8月居多。

  (3)A型環(huán)流平直、天氣系統(tǒng)單一、形勢穩(wěn)定，容易出現(xiàn)連續(xù)區(qū)域霾，最長能持續(xù)4d；AN型受冷空氣影響，環(huán)流經(jīng)向度明顯，氣壓梯度加密；AS型環(huán)流表現(xiàn)為冷空氣變性北縮、西南暖濕氣流開始活躍，但是還沒得到加強(qiáng)發(fā)展，地面處于靜風(fēng)區(qū)，并即將轉(zhuǎn)受人海高壓后部偏南氣流影響；C型為西太平洋高壓明顯加強(qiáng)，地面處于弱的低壓環(huán)境場。在霾預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)中，預(yù)報(bào)員要特別警惕A型環(huán)流造成的連續(xù)霾過程。

(4)A和AN型環(huán)流的S02、NO2的濃度偏高，重度霾和污染空氣概率較高，后者還具有空氣干燥、地面風(fēng)速較大的特點(diǎn)；AS型地面風(fēng)小，平均風(fēng)速不到2 m·S-1，出現(xiàn)嚴(yán)重霾的概率最高；C型以中度霾為主，能見度較差，但空氣質(zhì)量是四類環(huán)流型中最好的。

4提  要：利用2001-2012年NCEP逐日再分析資料和寧波7個(gè)縣（市）區(qū)的地面氣象資料，運(yùn)用Lamb-Jenkinson客觀分型方法和統(tǒng)計(jì)方法，分析寧波區(qū)域霾發(fā)生規(guī)律和大氣環(huán)流場特征。結(jié)果表明，寧波區(qū)域霾具有冬季頻發(fā)、夏季少發(fā)的季節(jié)分布特點(diǎn)，年均15次,2011和2012年區(qū)域霾明顯增多與大氣環(huán)流密切相關(guān)；區(qū)域霾的主要環(huán)流類型為A型.AN型.AS和C型，分別占總數(shù)的65.9%.12.3%.6.7%和4.7%型主要出現(xiàn)在穩(wěn)定平直環(huán)流的秋、冬季，AN型出現(xiàn)在環(huán)流經(jīng)向度明顯增加的冬季，AS型出現(xiàn)在冷暖氣流轉(zhuǎn)換空隙期的春、秋季，C型出現(xiàn)在西太平洋高壓明顯加強(qiáng)的地面弱低壓環(huán)境場的春、夏季；東部沿海500 hPa氣旋性環(huán)流、偏西氣流及850 hPa微風(fēng)有利于寧波區(qū)域霾發(fā)生，反之，500 hPa反氣旋環(huán)流.850 hPa強(qiáng)盛偏南氣流則不利于霾發(fā)生；A型環(huán)流在弱冷空氣影響或靜穩(wěn)天氣條件下，連續(xù)霾日、重度霾出現(xiàn)概率增大。