【摘 要】2014年10月8-11日北京地区出现一次重污染天过程，此次重污染天过程持续时间长，PM2.5浓度维持在严重污染程度，给城市环境和交通带来严重影响。本文利用常规气象资料分析了此次重污染天气发生的环流背景和与各气象要素在时间变化上的特征。分析得出PM2.5浓度变化与气温成正相关性，与气压成负相关性。PM2.5浓度变化与湿度和风速变化在雾霾的形成和消散的阶段分别成正和负相关性，与能见度的变化与其与相对湿度的变化一致。
【关键词】PM2.5；浓度；重污染；雾霾；相关性
一、天气实况形势分析
1、大尺度天气形势分析
高空500hPa8-9日北京地区均维持高压脊偏西气流控制，10-11日转为高空槽前西南偏西气流控制，12日开始高空槽缓慢过境。700hPa8-9日受西太平洋台风加强北抬作用，副热带高压开始北抬，大陆高压开始建立，北京地区处高压脊控制。10-11日高压脊进一步加强，但有所东移，北京地区转受高压脊后部西南气流控制。11日20时以后高空槽开始过境。高空850 hPa 8-9日受西太平洋台风加强北抬作用，副高开始北抬，大陆高压开始建立，北京地区处高压脊控制。10-11日高压脊进一步加强，但有所东移，北京地区转受高压脊后部西南气流控制。11日20时以后切变始过境。此阶段暖脊稳定存在并从河套地区缓慢的东移北抬，过程中暖平流明显。地面8日凌晨至上午，北京地区出现弱降水。8-9日北京地区主要受入海高压后部弱气压场控制，9日开始河套倒槽开始发展北抬，鞍型场建立。10日20时冷锋到达河套地区，北京地区开始逐渐转受蒙古低涡底部控制。11日17时冷锋到达北京西侧，锋面开始过境，重污染天气逐渐结束。
整个重污染过程中，地面水平能见度一直维持在4km以下，最低能见度出现在10日夜间。白天有霾出现（11日除外），夜间基本维持轻雾到大雾的天气。
二、大气层结稳定度分析
图2可见，风在垂直方向上850 hPa以下顺时针旋转，说明低层大气暖平流明显。近地层至200米高度左右均有辐射逆温层，且在1500-2000米之间又均存在一个由于低层暖平流形成的逆温层即混合层厚度达2km左右。低层大气在双逆温层作用下十分稳定。850 hPa以下湿度一直保持在较高的水平且维持着偏南到偏东风控制。
三、地面气象要素与PM2.5浓度的关系分析
3.1 图3-1显示PM2.5浓度与温度呈正相关性。PM2.5浓度随温度高而升高，随温度降低而降低。但在傍晚到夜间这一降温过程中PM2.5浓度与温度正相关性不强，有滞后和梯度差异大的现象。
在低层大气水平运动弱，垂直湍流受热力层结静稳抑制的情况下，温度的水平分布与地形和城市热岛效应有关，低海拔地区及城市建筑和人口密集区温度高于高海拔区和建筑物、人口相对稀疏的区域。温度分布延山脉分界明显，高值区分布在山前及城市中心地区，石景山区东南高西北低。
3.2 PM2.5浓度与相对湿度变化
图3-2显示PM2.5浓度与相对湿度在PM2.5浓度高和相对湿度大于70%的情况下相关性差。白天相对湿度降低时，PM2.5浓度几乎没有变化。在8日雾霾天气静稳形势开始建立和11日17时受锋面系统过境影响雾霾开始消散时呈现明显的正相关性。也就是说，在稳定的日变化下，PM2.5浓度在300微克/每立方米左右时与相对湿度没有明显的相关性。
显示PM2.5浓度与气压呈负相关。尤其是在雾、霾形成和驱散及PM2.5浓度处于300-150微克/每立方米区间内负相关性明显。这与温度变化同PM2.5的变化是相对应的，在静稳天气形势下，气压的变化与温度的变化呈现负相关性。
3.4 图3-4显示PM2.5浓度与10分钟平均风速的变化在雾、霾的形成和消散阶段呈负相关性，在雾、霾持续阶段有正相关性，但当PM2.5浓度在300微克/每立方米以上，10分钟风速在基本维持在0.25米/秒以下时正相关性不明显。
3.5 PM2.5浓度曲线与能见度及天气现象人工观测记录对比
通过对比天气现象、能见度与温度、湿度、气压、风速四个要素均有较好的相关性。白天温度正弦曲率变化，湿度、气压余弦曲率变化、西北风向主导，能见度成正弦曲率变化，天气现象以轻雾、霾为主。夜间则曲率变化正好相反，天气现象以轻雾、大雾天气为主。由于能见度的变化决定因素主要是相对湿度和PM2.5浓度，即可知PM2.5浓度与能见度成正相
8-11日北京PM2.5平均浓度分布图关性，但PM2.5浓度高和相对湿度大于70%的情况下相关性差，PM2.5浓度开始升高和最终减小的阶段成正相关性。
弱降水出现在此过程前期，对低层湿度的增加和维持有所贡献，提供了较好的水汽条件。
3.6 图3-5、6显示，此次重污染过程北京西侧山前一带PM2.5的平均浓度明显高于其它地区，这说明污染物向这个方向输送和堆积，证实地形和低层风场的辐合作用对PM2.5浓度分布有较好的相关性和指示作用。
五、分析总结
通过以上分析，得出持续重污染PM2.5的浓度的增加和减小需要一个大的环流背景才可以实现。浓度的增加和高浓度的维持需要大气在垂直方向上处于静稳状态，大气层结上表现为中干下湿，有逆温层的稳定存在，混合层的厚度在1500米左右，没有明显的湍流存在。在水平方向上处于弱的辐合气压场中，在天气形势分析中，表现为该区域转入高压后部或地面倒槽、鞍型场等弱的气压场控制，并且系统稳定能较长时间维持。
PM2.5浓度变化与气温成正相关性，与气压成负相关性。PM2.5浓度变化与湿度和风速变化在雾霾的形成和消散的阶段分别成正和负相关性，当PM2.5浓度在300微克/每立方米左右时与相对湿度没有明显的相关性，当PM2.5浓度在300微克/每立方米以上，10分钟风速在基本维持在0.25米/秒以下时相关性不明显。由于风速小PM2.5浓度变化与风向的变化没有相关性表现。PM2.5浓度变化与能见度的变化与其与相对湿度的变化一致。
PM2.5浓度水平分布与温度分布和地形密切相关，温度分布延山脉分界明显，高值区分布在山前及城市中心地区，石景山区东南高西北低。
参考文献
[1]高怡，张美根.2013年1月华北地区重雾霾过程及其成因的模拟分析[J].气候与环境研究，2014，19（2）：140-152.
[2]吕效谱，成海容，等.中国大范围雾霾期间大气污染特征分析[J].湖南科技大学学报（自然科学版），2013，28（3）：104-107.
[3]曹伟华，梁旭东，李青春.北京一次持续性雾霾过程的阶段性特征及影响因子分析[J].气象学报，2013，71（5）：940-951.
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