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1、第29卷第2期 2007年5月广东气象 GuangdongMeteorologyVol . 29 No. 2 May 2007都市霾与雾的区分及粤港澳的灰霾天气观测预报预警标准吴 兑1, 2,邓雪娇1,毕雪岩1,李 菲1,谭浩波1(1.中国气象局广州热带海洋气象研究所,广东广州 510080;2.中山大学环境科学与工程学院大气科学系,广东广州 510275)摘 要:都市霾与雾的区分是迫切需要解决的问题。霾的出现有重要的空气质量指示意义,而雾的 记录,有明确的天气指示意义。通常在平面时已达到饱和的水汽压,对相当于球面的云雾滴来讲就是未 饱和的,云雾滴就会蒸发;在水汽条件不变时,云雾滴由于蒸发而变
2、小,导致它的平衡水汽压升高,就更 易蒸发掉。在不饱和大气中小于数m的云雾滴必然蒸发,而且伴随着蒸发云雾滴尺度会进一步变小, 导致曲率越来越大,蒸发速率越来越快。过去错误认为凝结核可以在低相对湿度(RH)情况下产生凝 结生成雾滴的观点,是忽视了粒子曲率作用的结果,将实验室大颗粒(常常达mm量级)的吸湿性特征, 延用至次m粒子造成的。降温是达到饱和形成雾滴的重要物理过程,云雾是低温下饱和气块的可见 标志。在云雾中必然存在凝结或凝华过程,因而必然伴随着潜热释放,这就使云雾内的温度高于环境, 在云雾内必然盛行微弱的上升气流,不可能是下沉气流,这些宏观过程在霾层内是不存在的,因而成为 识别雾与霾的重要的
3、宏观动力条件。在对历史资料进行统计时,在排除降水、 吹雪、 雪暴、 沙尘暴、 扬沙、 浮尘、 烟幕等视程障碍现象的情况下,通过调试RH,使雾与轻雾反映自然的年际与年代际气候波动,而 霾反映由于人类活动而引起的趋势性变化,其限值大体在90%左右,与美国和英国在讨论霾影响能见 度(vis)的长期变化趋势中使用的限值RH 10- 1m时,可以得到近 似公式:Er/E=1 +Cr/ r , (凸面, rm)(3)Er/E=1 -Cr/ r , (凹面, rm)(4)根据以上讨论我们可以得到平衡水汽压与云雾滴半 径的关系(表1) , 10m的云雾滴需要1. 2%的过饱和度 才能凝结增长, 1m的云雾滴需
4、要12. 5%的过饱和度才 能凝结增长,这在地球上完全不可能。因而,在不饱和大 气中小于数m的云雾滴必然蒸发,而且伴随着蒸发云雾 滴尺度会进一步变小,导致曲率越来越大,蒸发速率越来 越快。这个过程比吸湿增长过程要快得多。表1 平衡水汽压与云雾滴半径水滴半径(r) /m:10- 1100101102103104 平衡水汽压(ErE- 1 ) /%:323.00 112.50 101.20 100.12 100.01 100.00这就进一步证实了我们过去的结论,在自然环境中, 吸湿性粒子没有可能单纯通过湿度增加吸湿增长成为雾 滴,虽然大气中可能存在的吸湿性气溶胶的相变湿度比较 低,但那是在曲率非常
5、小的情况下的试验结果,任何吸湿 性物质的相变湿度都与粒子直径有关,粒子越小,相变湿 度越大,气溶胶粒子的实际相变湿度比室内实验值还要大 得多2。因而,在非饱和条件下,不但非水溶性的霾粒子 不能转化成雾滴,即便是水溶性的霾粒子一般也不可能转 化为雾滴。过去错误认为凝结核可以在低RH情况下凝 结生成雾滴的观点,是忽视了粒子曲率作用的结果,将实 验室大颗粒(常常达mm量级)的吸湿性特征,延用至次 m粒子造成的。结合我们过去的讨论2,可以确定,如果不是在地势 较高处看到山边或低洼处的雾层,在城市区域出现的各个 方向能见度均匀恶化的现象是霾造成的,而雾和轻雾必需 要有一定的过饱和度才能稳定存在,考虑到R
6、H传感器的 误差,也需要RH 95%才能认定是雾或者轻雾。2 霾与雾的宏观动力过程明显不同 实际上近地层大气中每时每刻总是有霾粒子存在,而 雾滴的存在是少见或罕见的;霾滴要想通过吸湿增长成为 雾滴,必须有足够的过饱和度,能够越过过饱和驼峰才行, 这在自然界并不容易。 云雾是低温下饱和气块的可见标志4,每m3饱和空 气中的水, 4 时6. 4 g, 10 时9. 4 g, 20 时17. 1 g, 30 时30. 0 g。如果过程降温从30降到20,就会有12. 9 g水从空气中析出,形成雾滴,降温是达到饱和形成 雾滴的重要物理过程。在气温高达30 以上的盛夏季节 报道有浓雾,是匪夷所思的,在高
7、温情况下形成云雾,需要 的水汽量非常大,这在地球上几乎不可能! 霾的出现有重要的空气质量指示意义。而雾或轻雾 的记录,有明确的天气指示意义,与特定的天气系统相联 系。区分霾和轻雾(雾) ,应该根据影响天气系统的变化 和台站所处相对位置,结合宏观特征的各种判据来确定。 既然云雾是低温下饱和气块的可见标志,在云雾中必然存 在凝结或凝华过程,因而必然伴随着潜热释放,这就使云 雾内的温度高于环境,在云雾内必然盛行微弱的上升气 流,不可能是下沉气流,这些宏观过程在霾层内是不存在 的,因而成为识别雾与霾的重要的宏观动力条件。 实际上,人类活动造成的气溶胶污染主要是使都市霾 出现的频数增加,而对水雾的影响相
8、对较少。有些分析认 为近年来轻雾明显增加的结论,就是因为在资料处理过程 中没有正确区分轻雾与霾而得到了错误的结果。3 WMO及其它专门机构有关霾的建议 在不同历史时期,世界气象组织(WMO)和其它国家 气象机构曾经给出过区别雾(fog)与霾(haze)的建议,其 中也有使用RH作为辅助判据的(见表2)。在WMO 1984 年的报告中,建议haze的RH大约 95%7;而英国天气局在1994年规定出现haze时RH RH95%8 - 10;对于fog,各表2 不同机构的雾/轻雾/霾的标准制订标准的年份雾Fog轻雾Mist霾HazeWMO No. 266 1984vis 1 km RH is le
9、ss than a certain percentage, e. g . 80%WMO No. 782 2005vis 95%vis5 kmObservers Handbook, UK MO, 1982vis about 95%No limit in visHandbook ofAviation Meteorology, UK MO, 1994vis 90%的资料, 只研究了RH 10020016122002635200325512004826220054733平均33397 广东省灰霾观测预报的标准与建议 为贯彻实施广东省突发气象灾害预警信号发布规 定 (广东省人民政府105号令) ,广东省
10、气象局相继制定 了“ 广东省观测雾、 轻雾和霾的标准 ” 和“ 广东省灰霾天气 预警信号发布细则 ”,于2006年发布“ 关于执行广东省观 测雾、 轻雾和霾发报标准的通知(粤气业2006 16号)”, 在国内首次统一了全省气象部门区别霾与雾的观测标准 (图3,见第9页)。“ 关于下发广东省灰霾天气预警信号发布细则 的 通知(粤气2007 3号)”,主要包括灰霾天气预警信号含 义及发布后的确认时间(表5) ,规定灰霾天气预警信号的 发布和解除,以当地观测站的能见度为主要标准,并且须 将vis和RH结合起来考虑。(1)对于vis3 km并且RH80%;或出现下述 、 的情况且API150时,省局将
11、对灰霾天气预警信号发 布情况进行考核。(2)当3 km 90%的资料,只 研究了RH 90%时的能见度变化趋势。进行RH订正才 能确保资料的高质量。 (5)近年来由于人类活动使大气气溶胶污染日趋严重, 1980年以来大幅增加的霾日,绝大部分是由于人类活 动影响的气溶胶细粒子污染造成的。依据上述讨论和以 前的研究,给出了霾与雾区分的概念模型、 霾与雾观测的 标准和灰霾天气预警信号发布的标准。 (6)我国现行的空气质量评价体系,不能描述现在的粉尘污染 ?硫酸盐 ?硝酸盐的复合污染类型,尤其是不能 描述细粒子气溶胶污染,而影响能见度恶化的气溶胶粒子 是比PM1还要细小的0. 30. 8m的细粒子。所
12、以必须 建立新的空气质量评价体系,才能描述灰霾天气。而能见 度与PM2. 5尤其是PM1有非常好的关系,因而目前用能见 度来描述灰霾天气是最好的指标。香港天文台林邝泗莲高级科学主任和李月婵博士提 供WMO及其下属机构各种版本有关霾与雾区别的建议; 广东省气象局业务发展处给予支持,特此一并致谢!参考文献:1吴 兑.霾与雾的区别和灰霾天气预警建议J .广东气象,2004, 26(4) : 1 - 4.2吴 兑.再论相对湿度对区别都市霾与雾(轻雾)的意义J .广东气象, 2006, 28(1) : 9 - 13.3 吴 兑.关于雨滴在云下蒸发的数值试验 J .气象学报,1991, 49(1) : 1
13、16 - 121.4 盛裴宣,毛节泰,李建国,等.大气物理学M .北京:北京大学出版社, 2003: 322 - 325.5 WorldMeteorologicalOrganization. WMO - No. 266 - CompendiumofLecture Notes for Training Class I V Meteorological Personnel:Volume II- MeteorologyR . 1984(2nd edition). 65and244.6 WorldMeteorologicalOrganization. WMO - No. 8 - Guide to Me
14、2teorological Instruments and Methods of Observation R . 1996(6th edition). I . 14 - 3.7 World Meteorological Organization. WMO - No. 782 - AerodromeReports and Forecasts: A Users Handbook to the Codes R .2005 (4th edition). 18, 71and72.8 MeteorologicalOffice. Observers HandbookR . London: HMSO.1982
15、 (4th edition). 60, 61, 64 and 789 Meteorological Office.Meteorological Glossary R . London:HMSO. 1991(6th edition). 116, 145 and189.10 Meteorological Office. Handbook of Aviation Meteorology R .London: HMSO. 1994 (3rd edition). 144 and 200.11 SchichtelB A, Husar R B, Falke S R, et al . Haze trends
16、overthe United States,1980 - 1995, Atmospheric Environment,2001, 35 (30) : 5205 - 5210.12 Doyle M, Stephen D. Visibility trends in the UK 1950 - 1997J . Atmospheric Environment, 2002, 36(19) : 3161 - 3172.13 吴 兑,毕雪岩,邓雪娇,等.珠江三角洲大气灰霾导致能见度下降问题研究J .气象学报, 2006, 64(4) : 510 - 517.14 广东省气象局,广东省气象局气候中心. 2006广东省气候公报R . 2006.15 邓雪娇,铁学熙,吴 兑,等.大城市气溶胶对光化辐射通量及臭氧的影响研究()
