满洲里地区高污染天气过程概念模型
摘要：普查满洲里市首要污染物以及雾、霾、烟的分布情况，根据首要污染物浓度与气象条件的关系，归纳出有利于或不利于首要污染物扩散的天气形势，综合分析天气形势、边界层结构等大气扩散条件对空气污染的影响，分析高污染天气和静稳型天气的典型形势场、气象要素分布、特征物理量、出现和持续时间得出相应的概念模型。
关键词：高污染天气；典型形势场；概念模型
中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）03-0210-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.113
Abstract： the investigation of Manchuria primary pollutants and fog， haze and smoke distribution， according to the relationship between the primary pollutant concentration and meteorological conditions， summed up the favorable or unfavorable weather situation of primary pollutant diffusion， a comprehensive analysis of the weather situation， the boundary layer structure of atmospheric diffusion conditions on the effects of air pollution， high pollution and weather analysis static type of weather situation and meteorological elements typical field distribution， characteristics of physical quantity， and the duration of the corresponding conceptual model.
Key words： high pollution weather； typical situation； conceptual model
1 滿洲里高污染天气分布
根据统计2013至2015年满洲里市空气质量 API>100的共16天；出现中度以上霾，或中度及以上的烟、雾、霾或其混合物，最低能见度小于3公里或持续出现3天及以上定为高污染天气过程，1957年至2015年共选取29次。
高污染天气过程分布特征 ：
API大于100的高污染天气过程均出现在3至5月份，多出现在风力较大的天气背景条件下，正值春季，主要是风力大，扬沙带来的空气污染，这与PM10监测的特点（颗粒较大）十分吻合。
霾类型高污染（静稳）天气分布特征：对满洲里国家基准站1957年建站至2016年观测资料进行统计分析（下同）表明，60年来满洲里市共计出现霾278次，平均每年出现4.6次。全年12个月每月均有出现，其中1月份出现最多，9月份出现最少见。烟类型高污染（静稳）天气分布特征：在静稳天气条件下，当生产生活产生的烟不能及时扩散时，便产生了烟。出现烟589次，平均每年9.8次，最长的一次烟连续11日出现。烟主要出现在1月和12月。雾类型高污染（静稳）天气分布特征：雾也是在静稳天气条件下产生的一种天气现象。共出现雾142次，平均每年2.3次，以11月份出现最多。
2 满洲里高污染（静稳）天气模型
对29个高污染天气过程进行天气学分析，结合气象要素特征，建立高污染天气过程概念模型。从地面天气形势和高低空配置形势两方面进行分型。
2.1 地面分型
选取北纬55°～北纬45°、东经110°～东经125°为关键区，对高污染天气过程的地面天气图进行天气环流分型。将满洲里市高污染天气过程分为四种类型。
2.1.1 贝湖冷高底部型
贝加尔湖冷高压中心稳定在北纬55°附近，本站受其底部向东北扩散的弱气压区影响（10个纬距小于4条等压线），受高压以南气旋活动影响，在高压底部经常出现气旋性环流弱辐合区。高空中高纬度大陆以经向环流为主，500hpa本站持续处于低涡底部偏西气流区域；850hpa弱西北气流，风场形成明显的气旋环流，温度场呈暖性结构。主导风向通常为西北风，风速3m/s左右，通常出现多层逆温，逆温强度2℃/100m。一般无降水，出现霾。
2.1.2 低前高后弱气压区型
中高纬度大陆自西向东依次分布着高-低-高系统，本站受低压前部和高压后部弱气压区影响，10个经纬距2条等压线，风场有弱辐合区形成。高空500hpa中高纬度大陆呈一槽一脊波动，槽位置偏北偏西，位于贝湖附近，受脊后偏西气流影响，弱暖性结构；850hpa受弱西北气流影响，风场有反气旋环流，温度场呈明显暖性结构。地面向上，逆温层厚度达300米左右，逆温强度达到2-3℃/100m。风速1-5m/s，以东北和西北风为主导，一般无降水，出现霾。
2.1.3 北部冷高压南下影响型
本地北部冷高压南下，长轴呈南-北向，上游有低压活动，本站处于高压后部弱气旋性环流区，10个经距3条等压线，地面风场有弱辐合。上层大气扩散能力很弱，地面稍有扰动就将气溶胶颗粒输送到一定高度滞留，而无法扩散出去。高空500hpa本地处于高压脊区域，受偏西气流影响，风场呈现出反气旋环流，弱暖性结构；850hpa脊区，暖温脊，风场明显反气旋环流。由于地面辐射降温而中高层增温明显，使得逆温层更厚，强度更大，大气层结更加稳定。出现强逆温，至地面向上，逆温层厚度达1km左右，逆温强度达到了1-3℃/100m，多有双层逆温。风速1-4m/s，以偏东风为主导，无降水，出现霾[1]。
2.1.4 变性高压和上游小低压共同作用型
地面初为变性高压区，后在低层暖平流减压作用下，地面变性高压西部外围形成小低压区，低压前的偏南风有利于边界层暖湿平流的输送。天气形势稳定，水汽条件较好。高空500 百帕处于平直西风气流区，且平直西风气流区非常宽广，控制我国大部分地区，中高空天气形势波动小。700-850 百帕出现偏南风，有暖湿平流。出現强逆温，至地面向上，逆温层厚度达1km左右。风速4m/s左右，以偏西风为主导，无降水，易出现雾。
2.2 高低空配置分型
高低空配置环流分型，对满洲里市历史上出现的29个高污染（静稳）天气过程统计分析，根据高低空配置及气象要素特征，分为五种类型。
2.2.1 平直偏西气流型
北纬50°南北20纬距内呈纬向环流，槽脊位置位于北纬55°以北，500hpa西北气流，850hpa偏西气流，低层一般有弱暖性结构和反气旋环流。这种配置高层下沉气流不明显，低层为弱辐散下沉气流，层结稳定程度较弱。地面通常有弱辐合，气压梯度较小。通常阶段性、短时间出现较弱的霾，能见度多在3km以上；逆温显著 ；多西北风3m/s左右；无降水或微量降水。
2.2.2 脊前弱暖性结构型
北纬50°南北20纬距内呈经向环流，脊底部至北纬50°以南，槽（涡）位于北纬60°附近，500hpa、850hpa西北气流，一般有弱暖性结构和反气旋环流。高、低层均为下沉气流，层结稳定程度高。通常出现霾可伴有轻雾，持续时间较长，可达10个小时左右，能见度多在3km以上；逆温显著，经常出现多层逆温；多偏西、偏东风3m/s左右；无降水或微量降水[2]。
2.2.3 暖脊型
北纬50°南北20纬距内呈经向环流，脊底部至北纬50°以南，500hpa、850hpa均处于脊区反气旋环流内，一般有温度脊配合。高、低层均为下沉气流，暖脊发展旺盛，层结稳定程度高，持续时间较长。通常出现霾或烟，可伴有轻雾和微量降水，持续时间较长，可达50多个小时左右，能见度可达3km以下；逆温显著，经常出现多层逆温；多偏西、偏东风4m/s左右；无降水或微量降水。
2.2.4 脊前槽后型
北纬50°南北20纬距内呈纬向环流， 500hpa处于弱暖脊区，850hpa处于反气旋环流内，一般有温度槽脊波动。高、低层均为下沉气流，低层有冷侵入，层结稳定程度高，冷暖交替利于产生雾及雾凇等。可出现霾、烟、雾或相伴出现，可伴有微量降水，持续时间较长，可达15个小时左右，能见度可达3km以下；逆温显著，经常出现多层逆温；多偏西、偏东风0-5m/s左右；无降水或微量降水。
3 结论
3.1 近年来霾明显增多
数据统计年度变化显示，霾日数大多出现在2014年以后，究其原因，一是近年来城市规模扩大，机动车数量明显增加其造成的气溶胶粒子有所增加；二是霾的观测手段由人工监测改为自动监测，监测密度大大增加，数据的监测范围得到扩大。
3.2 高污染天气是特定天气背景和人类活动共同作用的结果
高污染天气过程的产生，既是静稳天气的产物，也处处体现出人类活动的影响。满洲里市空气污染源主要有机动车排放、工业排放、取暖排放以及风沙影响等。首要污染物为PM10。逆温是产生高污染天气的重要条件（不包括风沙影响的高污染）。满洲里地处草原腹地，地势平坦，常年多大风天气，风卷沙扬也往往造成空气质量大幅度下降。高污染天气往往出现在边界层有弱辐合上升，中高层为弱下沉气流，中低层风场呈现反气旋环流且有暖性结构的形势场下。
参考文献
[1] 蒋维楣等.空气污染气象学教程[M]. 北京：气象出版社，2004.
[2] 许小峰.现代气象服务[M]. 北京：气象出版社，2011.
收稿日期：2017-05-06
作者简介：赵碧莹，女，1999年毕业于湛江气象学校，2007年南京信息工程大学成人本科毕业，2012年主持完成内蒙古气象局青年科技项目，2017年主持完成呼伦贝尔市气象局业务科技项目。
关键词：高污染天气；典型形势场；概念模型
中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）03-0210-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.113
Abstract： the investigation of Manchuria primary pollutants and fog， haze and smoke distribution， according to the relationship between the primary pollutant concentration and meteorological conditions， summed up the favorable or unfavorable weather situation of primary pollutant diffusion， a comprehensive analysis of the weather situation， the boundary layer structure of atmospheric diffusion conditions on the effects of air pollution， high pollution and weather analysis static type of weather situation and meteorological elements typical field distribution， characteristics of physical quantity， and the duration of the corresponding conceptual model.
Key words： high pollution weather； typical situation； conceptual model
1 滿洲里高污染天气分布
根据统计2013至2015年满洲里市空气质量 API>100的共16天；出现中度以上霾，或中度及以上的烟、雾、霾或其混合物，最低能见度小于3公里或持续出现3天及以上定为高污染天气过程，1957年至2015年共选取29次。
高污染天气过程分布特征 ：
API大于100的高污染天气过程均出现在3至5月份，多出现在风力较大的天气背景条件下，正值春季，主要是风力大，扬沙带来的空气污染，这与PM10监测的特点（颗粒较大）十分吻合。
霾类型高污染（静稳）天气分布特征：对满洲里国家基准站1957年建站至2016年观测资料进行统计分析（下同）表明，60年来满洲里市共计出现霾278次，平均每年出现4.6次。全年12个月每月均有出现，其中1月份出现最多，9月份出现最少见。烟类型高污染（静稳）天气分布特征：在静稳天气条件下，当生产生活产生的烟不能及时扩散时，便产生了烟。出现烟589次，平均每年9.8次，最长的一次烟连续11日出现。烟主要出现在1月和12月。雾类型高污染（静稳）天气分布特征：雾也是在静稳天气条件下产生的一种天气现象。共出现雾142次，平均每年2.3次，以11月份出现最多。
2 满洲里高污染（静稳）天气模型
对29个高污染天气过程进行天气学分析，结合气象要素特征，建立高污染天气过程概念模型。从地面天气形势和高低空配置形势两方面进行分型。
2.1 地面分型
选取北纬55°～北纬45°、东经110°～东经125°为关键区，对高污染天气过程的地面天气图进行天气环流分型。将满洲里市高污染天气过程分为四种类型。
2.1.1 贝湖冷高底部型
贝加尔湖冷高压中心稳定在北纬55°附近，本站受其底部向东北扩散的弱气压区影响（10个纬距小于4条等压线），受高压以南气旋活动影响，在高压底部经常出现气旋性环流弱辐合区。高空中高纬度大陆以经向环流为主，500hpa本站持续处于低涡底部偏西气流区域；850hpa弱西北气流，风场形成明显的气旋环流，温度场呈暖性结构。主导风向通常为西北风，风速3m/s左右，通常出现多层逆温，逆温强度2℃/100m。一般无降水，出现霾。
2.1.2 低前高后弱气压区型
中高纬度大陆自西向东依次分布着高-低-高系统，本站受低压前部和高压后部弱气压区影响，10个经纬距2条等压线，风场有弱辐合区形成。高空500hpa中高纬度大陆呈一槽一脊波动，槽位置偏北偏西，位于贝湖附近，受脊后偏西气流影响，弱暖性结构；850hpa受弱西北气流影响，风场有反气旋环流，温度场呈明显暖性结构。地面向上，逆温层厚度达300米左右，逆温强度达到2-3℃/100m。风速1-5m/s，以东北和西北风为主导，一般无降水，出现霾。
2.1.3 北部冷高压南下影响型
本地北部冷高压南下，长轴呈南-北向，上游有低压活动，本站处于高压后部弱气旋性环流区，10个经距3条等压线，地面风场有弱辐合。上层大气扩散能力很弱，地面稍有扰动就将气溶胶颗粒输送到一定高度滞留，而无法扩散出去。高空500hpa本地处于高压脊区域，受偏西气流影响，风场呈现出反气旋环流，弱暖性结构；850hpa脊区，暖温脊，风场明显反气旋环流。由于地面辐射降温而中高层增温明显，使得逆温层更厚，强度更大，大气层结更加稳定。出现强逆温，至地面向上，逆温层厚度达1km左右，逆温强度达到了1-3℃/100m，多有双层逆温。风速1-4m/s，以偏东风为主导，无降水，出现霾[1]。
2.1.4 变性高压和上游小低压共同作用型
地面初为变性高压区，后在低层暖平流减压作用下，地面变性高压西部外围形成小低压区，低压前的偏南风有利于边界层暖湿平流的输送。天气形势稳定，水汽条件较好。高空500 百帕处于平直西风气流区，且平直西风气流区非常宽广，控制我国大部分地区，中高空天气形势波动小。700-850 百帕出现偏南风，有暖湿平流。出現强逆温，至地面向上，逆温层厚度达1km左右。风速4m/s左右，以偏西风为主导，无降水，易出现雾。
2.2 高低空配置分型
高低空配置环流分型，对满洲里市历史上出现的29个高污染（静稳）天气过程统计分析，根据高低空配置及气象要素特征，分为五种类型。
2.2.1 平直偏西气流型
北纬50°南北20纬距内呈纬向环流，槽脊位置位于北纬55°以北，500hpa西北气流，850hpa偏西气流，低层一般有弱暖性结构和反气旋环流。这种配置高层下沉气流不明显，低层为弱辐散下沉气流，层结稳定程度较弱。地面通常有弱辐合，气压梯度较小。通常阶段性、短时间出现较弱的霾，能见度多在3km以上；逆温显著 ；多西北风3m/s左右；无降水或微量降水。
2.2.2 脊前弱暖性结构型
北纬50°南北20纬距内呈经向环流，脊底部至北纬50°以南，槽（涡）位于北纬60°附近，500hpa、850hpa西北气流，一般有弱暖性结构和反气旋环流。高、低层均为下沉气流，层结稳定程度高。通常出现霾可伴有轻雾，持续时间较长，可达10个小时左右，能见度多在3km以上；逆温显著，经常出现多层逆温；多偏西、偏东风3m/s左右；无降水或微量降水[2]。
2.2.3 暖脊型
北纬50°南北20纬距内呈经向环流，脊底部至北纬50°以南，500hpa、850hpa均处于脊区反气旋环流内，一般有温度脊配合。高、低层均为下沉气流，暖脊发展旺盛，层结稳定程度高，持续时间较长。通常出现霾或烟，可伴有轻雾和微量降水，持续时间较长，可达50多个小时左右，能见度可达3km以下；逆温显著，经常出现多层逆温；多偏西、偏东风4m/s左右；无降水或微量降水。
2.2.4 脊前槽后型
北纬50°南北20纬距内呈纬向环流， 500hpa处于弱暖脊区，850hpa处于反气旋环流内，一般有温度槽脊波动。高、低层均为下沉气流，低层有冷侵入，层结稳定程度高，冷暖交替利于产生雾及雾凇等。可出现霾、烟、雾或相伴出现，可伴有微量降水，持续时间较长，可达15个小时左右，能见度可达3km以下；逆温显著，经常出现多层逆温；多偏西、偏东风0-5m/s左右；无降水或微量降水。
3 结论
3.1 近年来霾明显增多
数据统计年度变化显示，霾日数大多出现在2014年以后，究其原因，一是近年来城市规模扩大，机动车数量明显增加其造成的气溶胶粒子有所增加；二是霾的观测手段由人工监测改为自动监测，监测密度大大增加，数据的监测范围得到扩大。
3.2 高污染天气是特定天气背景和人类活动共同作用的结果
高污染天气过程的产生，既是静稳天气的产物，也处处体现出人类活动的影响。满洲里市空气污染源主要有机动车排放、工业排放、取暖排放以及风沙影响等。首要污染物为PM10。逆温是产生高污染天气的重要条件（不包括风沙影响的高污染）。满洲里地处草原腹地，地势平坦，常年多大风天气，风卷沙扬也往往造成空气质量大幅度下降。高污染天气往往出现在边界层有弱辐合上升，中高层为弱下沉气流，中低层风场呈现反气旋环流且有暖性结构的形势场下。
参考文献
[1] 蒋维楣等.空气污染气象学教程[M]. 北京：气象出版社，2004.
[2] 许小峰.现代气象服务[M]. 北京：气象出版社，2011.
收稿日期：2017-05-06
作者简介：赵碧莹，女，1999年毕业于湛江气象学校，2007年南京信息工程大学成人本科毕业，2012年主持完成内蒙古气象局青年科技项目，2017年主持完成呼伦贝尔市气象局业务科技项目。
