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雾和霾是发生在大气边界层内的天气现象,属于灾害性天气。气候统计表明,城市霾在增多,雾有所减少,雾和霾对城市环境的影响日趋严重。研究城市雾和霾边界层特征和变化具有重要意义,可为改进城市雾和霾预报服务提供科学依据。
文中主要利用2004年lO~12月在北京地区开展的城市边界层综合探测实验的资料,并对相关资料进行了误差订正和预处理,确保了资料的可靠性。实验资料、常规天气资料、历史气候资料相结合,进行天气学分析,重点进行边界层结构特征和变化规律的研究。
对北京雾和霾的天气分析表明,北京城区雾和霾具有周期性、持续性和渐进性的特征,形成以上特征主要有三个原因:其一,比较有利的天气系统;其二,稳定的边界层结构,辐射和湍流是影响边界层结构的主要物理过程,霾天中的辐射和湍流作用有利于稳定边界层的维持;其三,一定浓度的空气污染物(气溶胶)。
利用城市边界层综合探测实验的资料,分析了北京雾和霾过程中的边界层结构特征、不同高度的辐射特征、湍流特征和气溶胶浓度分布特征,进一步分析了从晴天到霾、再到雾的转化过程中的主要特征。研究表明,雾和霾的区分条件是:能见度低于1000m、相对湿度达到或接近饱和、净辐射达到或接近平衡,这三个条件同时具备,就有雾形成,否则就是霾。
雾和霾是可以相互转化的,影响雾和霾转化的是气溶胶中的吸湿性物质,在雾和霾转化中起重要作用。也是雾和霾转化中的渐进性主要原因之一。
雾水采样分析表明,近年来,北京雾水由酸性向中性变化,电导率降低,阴性离子浓度有所减少,显示出北京市的大气污染程度有所减轻。与重庆、印度德里等地区的雾水比较,在离子浓度、pH值、电导率等方面的改善较为明显。本文在分析实验期间个例的基础上,提出指标预报方法、天气学概念模型和依据雾形成的物理条件而做的临近预报方法。天气学概念模型概括了雾和霾周期性变化。
综合研究表明:在稳定的天气条件下,北京城市大气中主要污染物(气溶胶)的积聚有利于稳定边界层的维持,它也是雾和霾转化中的重要载体。减少空气中气溶胶浓度,可减少霾发生的频率,减轻雾中的污染程度。