随着城市化、工业化的迅速发展,机动车辆数量的急剧增加,污染物的排放也大量增加,雾霾天气已经成为我国一些大中型城市空气污染的重要问题。辽宁中部地区工业、交通运输业等向大气中排放的污染物日趋增多,大气能见度下降。因此研究辽宁中部持续性雾霾的长期时空分布及演变趋势,并从天气学角度,以辽宁中部几个代表性城市持续性雾霾期间的主要环流及天气系统入手,探明雾霾天气形成、发展与维持的原因,对实现雾霾天气预报预警有指导性意义。本文利用辽宁中部地区沈阳、鞍山、抚顺、本溪、大连、丹东6个城市1961-2010年地面观测站的气象资料(相对湿度、能见度、降水量),根据雾、霾的判别方法分别对辽宁地区的雾日、霾日进行统计,并给出了其时间变化特征分析。依据2012年颁布的《环境空气质量标准》(GB095-2012)中对SO2,NO2,PM10,PM2.5,O3和CO六种污染物浓度的限制规定,找出了辽宁地区持续性雾霾形成与维持的天气系统分型,揭示了不同类型区域持续性雾霾形成与演变的物理机制,弄清了持续性雾霾过程中不同风向条件下辽宁中部各城市之间细粒子的输送、相互影响及浓度的局地特征,主要研究结论如下:(1)1961-2010年辽宁中部地区雾霾事件分布特征为:雾日具有一定的时间分布规律,其出现频率在沿海城市高,内陆城市低,其年变化在沿海与内陆城市之间也有较大的差异;而从雾日的年际变化来看,辽宁东部的山区城市雾日总体增加,其他城市雾日总体减少。各地的霾日基本都呈单峰分布,按季节来说是冬、秋季较多,夏、春季较少。中部地区各城市对比可见,霾日出现的频率明显高于雾日,各城市霾与雾的频率之间不存在必然联系。从两者的时间分布规律可以看出,在成因方面雾与水汽条件的关系更为密切,而霾与污染物浓度的关系更为密切,因此霾具有明确的空气质量指示意义。(2)利用每6小时1次的NCEP/NCAR,水平分辨率为2.5°×2.5°的再分析资料,通过东亚地区的海平面气压场和10m风场,对全部持续性雾霾出现过程的天气系统进行类型划分,将引发辽宁地区持续性雾霾过程的天气类型归纳为5类,即蒙古高压型、变性高压型、蒙古气旋型、弱低压性、江淮气旋型并统计得出各类型出现次数及在总次数中所占的比例。其中,蒙古气旋引发的区域持续性雾霾天气过程次数最多,达到32.7%;江淮气旋引发的区域持续性雾霾过程次数最少,仅为6.1%。秋、冬季是蒙古高压型、变性高压型和蒙古气旋型持续性雾霾天气过程的多发季节,而夏季是弱低压型、蒙古气旋的多发季节。各类环流形势对辽宁中部地区持续性雾霾天气的影响各不相同,但它们的共同点是雾霾天气发生之前地区处于系统东部(东北或东南方向),即系统前部大范围的均压场区域,系统将各自的上游细粒子污染物及水汽通过系统气流输送至辽宁中部地区;随着系统的东移,过程不断发展,粒子浓度逐渐增大;当系统移出辽宁,其后部有时也会造成区域污染,但维持时间较短,随之而来的是系统过境后等高线的逐渐密集,有利于雾霾的扩散与输送。通过对距地面10m流场、风速、距地2m高度上的相对湿度、近地面垂直速度及1000hPa与925hPa之间的温差等相关物理量场的诊断分析,揭示上述雾霾天气过程发生前后的近低层大气扩散。结果表明,江淮气旋型过程在区域水平气流辐合上与蒙古高压型、垂直的气流输送、大气层结稳定度和逆温趋势都与蒙古高压型比较相近,只是逆温强度更大。相比上述两种类型,其他三种类型的水平辐合情况相当,只是下沉气流、大气层结稳定度、逆温现象要明显偏弱甚至未出现。(3)统计分析2010年1月1日-2012年12月31日辽宁中部地区全部持续性雾霾过程,获得不同天气分型下雾霾现象发生的临界时刻的气象要素区间。由此可知,弱低压和江淮气旋型持续性雾霾过程湿度偏低,过程以霾为主;变性高压、弱低压及江淮气旋型持续性雾霾过程发生时临界风速偏小,即这三种类型在静风、小风情况下就可以形成雾霾天气并维持。(4)利用调试好的Models-3模式以及环保部门提供的污染排放源资料和颗粒物浓度资料,对各天气分型下的持续性雾霾事件的典型个例进行模拟研究。研究结果:①蒙古高压型持续性雾霾过程中,鞍山、辽阳、本溪的细粒子扩散至污染源下风方的沈阳、抚顺。②变性高压雾霾过程初期,区域内偏西风气流的输送将鞍山、辽阳的细粒子扩散至下风方的本溪,沈阳细粒子扩散至抚顺;此后风向逐渐转为西北风,沈阳的细粒子直接输送至本溪。③蒙古气旋型雾霾初期,除鞍山外其他城市细粒子浓度都不大,此后辽阳的污染源排放增加,与鞍山合并在一起,两城市相互影响;沈阳、抚顺的细粒子随西北气流输送至本溪。随后风向完全转变为北风,沈阳的细粒子输送至辽阳、鞍山,抚顺的细粒子输送至本溪。④弱低压型雾霾初期,鞍山、本溪细粒子浓度较大,本溪的细粒子随南风输送至抚顺。此后风向转为西南向,鞍山细粒子输送至辽阳与当地细粒子合并,继续输送至沈阳,本溪细粒子随气流直接影响抚顺。此后,风向再次改变,沈阳细粒子输送至辽阳、鞍山。此次雾霾过程中沈阳、鞍山、本溪细粒子在部分时段合并为一个整体,可以反映出区域雾霾的严重程度。⑤江淮气旋型雾霾的整个过程中区域都为西风气流,鞍山、辽阳污染源合并,始终影响着下风方的本溪,而沈阳的细粒子则源源不断地输送至抚顺。