采用北京常规气象资料和边界层资料,包括大气风廓线仪、L波段秒级探空雷达、大气成分探测数据、道面监测数据、微波辐射计数据和地面自动站观测资料,对2014年2月19日至27日北京地区一次罕见的持续性严重雾霾天气进行综合分析。将此次低能见度事件划分为两个阶段,以雾为主的阶段和以霾为主的雾霾转换阶段。对雾阶段的形成、雾阶段向雾霾转化阶段的边界层特征变化进行了分析。结果表明:(1)即便在整层相对湿度显著降低的情况下,如果PM2.5浓度显著上升,能见度依然会继续降低。(2)干暖空气混合于雾层是雾阶段向雾霾混合阶段转换的重要条件。(3)4次北风活动中,必须同时满足3个条件:(a)存在北风;(b)北风造成了低层大气气温降低(700 h Pa、850 h Pa、925 h Pa);(c)冷空气到达地面。缺少任何一个条件,所谓的弱冷空气多扩散条件的改善将不存在,能见度不会升高、污染物浓度不会降低。(4)逆温层的消失会在一定程度而非根本上改善能见度并降低污染物浓度。(5)高浓度PM2.5气团对北京的侵入自南向北发生,监测站PM2.5峰值浓度自北向南逐渐出现,PM2.5的侵入为雾阶段向雾霾转换阶段做必要准备。
在北京地区,有一类高污染产生在850 h Pa以上为偏北风的背景下.利用气象观测资料、NCEP再分析资料和地面PM2.5浓度监测结果分析了环境气象条件在这类污染过程形成中的作用.结果表明,在污染物浓度逐渐升高的过程中,环境大气并不总是处在层结稳定状态,有利于污染物累积的气象条件来自垂直运动和散度在垂直方向上的"分层"结构.从地面到对流层中层,垂直速度呈上升-下沉-上升的分布,而且散度呈辐合-辐散-辐合的结构.近地层的辐合导致周边的污染物向本地汇集,上升运动则将它们送向空中.但是,叠置在其上空的、长时间维持的下沉气流层却阻止了污染物继续向上运动,从而导致近地面层的污染浓度不断升高.垂直运动出现"分层"是由于高空偏北风并没有侵入到边界层内,近地层仍然维持偏南风或小风,冷空气太弱或者没有冷空气活动是高空偏北风不能到达近地层的主要原因.而下沉气流层的形成则与其上空的空气辐合有关,该辐合层源自偏北气流中的风速脉动.因此,环境大气动力作用是高空偏北气流型空气污染过程形成的关键机制.关注对流层中下层温度24 h变化、垂直速度和散度的垂直分布将有助于提高此类高污染过程的诊断分析和预报能力.
