华东环境气象培训20141126霾霭形成及长期趋势

霾和霭的识别

与三大城市群的长期变化趋势

吴兑（暨南大学大气环境安全与污染控制研究所）Wuduigz@中国气象局综合减灾司和中国气象局华东区域气象中心环境气象培训尊敬的各位同行上午好衷心感谢国家自然科学基金10余年来持续的支持49975001，40375002，40418008，40775011，U0733004，41475004国家“973”课题2011CB403403国家“863”课题2006AA06A306

近百年来全球和中国的气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变化，它对世界和我国的生态系统和社会经济产生了并将继续产生重大的影响。

目前全球变暖问题已成为各国政府和科学界共同关心的重大问题，也是我国政府和科技界十分关心的重大问题。气候变化平均状态变化离差幅度变化引自丁一汇引起气候变化的因素自然波动：太阳辐射的变化、火山爆发等；人类活动：温室气体和气溶胶的排放、土地利用的变化等。吴兑，2003，温室气体与温室效应，气象出版社化石能源燃烧活动（二氧化碳CO2等）化石能源开采过程（二氧化碳CO2和甲烷CH4）工业生产过程（二氧化碳CO2）农业和畜牧业（甲烷CH4）废弃物处理（甲烷CH4和氧化亚氮N2O）土地利用变化(二氧化碳CO2)以上活动都伴随着二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物、一氧化碳、气溶胶等污染物的排放排放温室气体的人类活动吴兑，2003，温室气体与温室效应，气象出版社近50万年全球人口的增长趋势吴兑，2003，温室气体与温室效应，气象出版社工业化（1750年）以来，大气中温室气体明显增加。年100012001400160018002000280300320340360浓度(ppmv)CO2南极LawDome冰芯资料显示的近1000年大气CO2浓度吴兑，2003，温室气体与温室效应，气象出版社节能减排已经刻不容缓发展低碳经济是基本国策节能减排是发展的必由之路目前每年全世界二氧化碳排放量达到291.95亿吨，中国占第一位达60.18亿吨（年增长11%），，超过美国的59.03亿吨（年减少2%），第三至第六分别是俄罗斯（17.04亿吨）、印度（12.93亿吨）、日本（12.47亿吨）、德国（8.58亿吨）控制大气污染最根本的应该是控制碳，而控制二氧化硫污染、氮氧化物污染、颗粒物污染等都是局部的、片面的。什么是大气复合型污染传统的大气污染物浓度居高不下光化学烟雾初显端倪前体物－氮氧化物、挥发性有机物、一氧化碳排放增加标识物－臭氧浓度明显增加产物－细粒子颗粒物PM2.5、PM1浓度快速增加，使得能见度恶化，形成灰霾天气。吴兑，2013，探秘PM2.5，气象出版社“雾霾”不是规范性学术名词2014年春季习近平要求环保部分清楚雾和霾李克强要求气象局分清楚雾和霾作为云雾物理工作者，觉得汗颜周秀骥院士：一片混乱！大气物理学与大气光学专著中关于雾与霾的叙述近地层大气中每时每刻总是有霾存在，而雾滴的存在是少见或罕见的霾粒子尺度范围从0.01－10微米，雾滴是3-100微米气溶胶质量浓度体系吴兑，2013，探秘PM2.5，气象出版社霾“终风且暴”、“终风且霾”、“终风且曀”

“霾”字的古义就是尘《尔雅释天》“风而雨土曰霾”

《说文》“风雨(音玉)土也”“雨”字是动词，表示“落”、“降”、“下”的意思

通假字“”吴兑，2009，雾和霾，气象出版社霾“霾”字的古义就是落尘狸字的异体字“貍”字有两个读音，作为一种动物，读li（音离）。而读mai（音埋）时，貍沈（音埋沉）一词指古人祭祀山林川泽，貍指祭祀山林，即将祭品埋入土中，因而与土关系密切，霾字上下分开就是“落土、降土、下土”之意，吴兑，2009，雾和霾，气象出版社中国古代沙尘现象并不少见商帝辛五年（公元前1093年）雨土于亳唐景龙元年（707年）京师雨土宋庆元六年（1200年）京师雨土，昼蒙明成化6年（1550年）河南开封昼晦如夜黄霾蔽天清咸丰三年（1853年）广东龙门三月雨土古人的“雨土”、“霾”泛指了今天的“扬沙”、“尘卷风”、“沙尘暴”、“浮尘”、“霾”等天气现象吴兑，2009，雾和霾，气象出版社寒冷地区的人总比热带地区的人身材高大，是因为身体体积增加时，表面积与体积之比减小，身体的热量便散失得更慢；北欧人的大鼻子是因为较长的鼻腔能将寒冷的空气尽可能的加热；黄种人的内眦（音自）皱襞（音毕），也称蒙古褶，即上眼睑在眼内角向下延续遮盖泪阜的皮肤皱褶，是长期适应风沙气候的结果。人体的气候适应吴兑等，2001，环境气象学与特种气象预报，气象出版社什么是灰霾将受到人类活动显著影响的霾称为灰霾气溶胶细粒子污染在高湿度条件下形成的低能见度事件灰霾天气的本质是细粒子气溶胶污染组成灰霾的细粒子气溶胶中二次气溶胶比例颇大，不同于由土壤、沙尘粒子组成的自然形成的霾。霾的观测和预报等级国家气象行业标准将受到人类活动显著影响的霾称为灰霾From秦瑜、郑均华、何清10um汉城北京广州北京巴黎澳大利亚吴兑，2009，雾和霾，气象出版社2002年3月20日北京霾大气中严重的“灰霾”广州2003年11月2日广州2003年11月3日严重的城市灰霾天气广州2003年11月3日吴兑等，2006，气象学报伦敦烟雾的治理英国过去50年能见度变化趋势洛杉矶烟雾的治理美国东部过去15年消光系数变化趋势灰霾的成分无机物:矿物粉尘（如土壤尘、沙尘、火山灰）、海盐、黑碳、硫酸盐、硝酸盐等有机物:碳氢化合物、其他有机物，如多环芳烃、持久性有机污染物等生物活性物质:花粉、孢子、病毒、细菌和动植物蛋白碎屑等霾的形成尘卷风扬沙沙尘暴浮尘霾人类活动直接排放颗粒物烟雾灰霾人类活动排放气态污染物气粒转化生成二次气溶胶光化学烟雾灰霾吴兑，2009，雾和霾，气象出版社尘卷风－扬沙－沙尘暴－浮尘－霾

蓝霾悉尼蓝山20131204蓝霾悉尼蓝山20131204

常见大气污染现象

《说文》霭,

云貌,云气，亦指轻烟《说文》

霿，晦也

天色昏暗WMONo782Thesuspensionofmicroscopicwaterdropletsorwethygroscopicparticlesintheair,reducinghorizontalvisibilityto1000to5000m.Therelativehumidityisgreaterthan95percent.微小的水滴或湿的吸湿性粒子在空气悬浮，水平能见度减小为1000至5000米。相对湿度大于95%。霭（ai）霿(meng)雾人类对雾的迷惑由来已久《诗经》认为诗含神雾往往将美好的幻想，常常是对情爱的企盼，比喻为是雾起时形成的一幅朦胧图画“雾”与“蒙”、“梦”相通假

吴兑，2009，雾和霾，气象出版社吴兑，2009，雾和霾，气象出版社海雾海雾SanFranciscoSanFranciscoSanFrancisco地形雾DuBai迪拜DuBai迪拜Dubai迪拜2013年12月5日上海2013年12月5日上海2014年11月21日沈阳2014年11月21日沈阳2014年11月21日沈阳霾和雾的区别天气现象

成分水汽粒子尺度厚度颜色日变化边界雾水滴、冰晶饱和100－102m肉眼可见101－102米乳白色、青白色明显清晰起伏明显霾尘、硫酸、硝酸、碳氢化合物等不饱和10-3－101m肉眼不可见1－3公里黄色、橙灰色不明显不清晰内部均匀吴兑，2009，雾和霾，气象出版社水汽不饱和可能有雾滴吗？如环境水汽压小于临界值，即使干粒子能吸湿长大，但尺度不能超过临界半径，而形成霾滴，若此种潮解粒子很多可影响能见度。－－－－大气物理学霾滴雾滴过饱和驼峰？×吴兑，2009，雾和霾，气象出版社大气物理学与大气光学专著中关于雾与霾的叙述云雾是低温下饱和气块的可见标志每立方米的饱和空气中，4℃时含有6.4克水，

10℃时含有9.4克水，20℃时含有17.1克水，30℃时含有30.0克水。降温！吴兑，2009，雾和霾，气象出版社世界气象组织等标准雾霭霾世界气象组织报告782号(3版)2001年

能见度<1000m能见度1000-5000m相对湿度>=95%能见度<=5000m,与霭、沙尘、浮尘、冰晶、烟幕不能兼记世界气象组织报告782号(4版)2005年

能见度<1000m能见度1000-5000m相对湿度>=95%能见度<=5000m,与霭、沙尘、浮尘、冰晶、烟幕不能兼记世界气象组织报告782号(5版)2008年

能见度<1000m能见度1000-5000m相对湿度>=95%能见度<=5000m,与霭、沙尘、浮尘、冰晶、烟幕不能兼记《观测人员手册》英国气象局,1982年

能见度<1000m相对湿度通常接近100%能见度=>1000m相对湿度=>95%,通常<100%能见度没有限制

《气象术语》,英国气象局,1991年

能见度<1000m能见度>=1000m相对湿度>95%左右能见度没有限制

《航空气象手册》,英国气象局,1994年

能见度<1000m相对湿度通常接近100%能见度=>1000m相对湿度=>95%,通常<100%相对湿度<95%

我国地面气象观测规范沿革霾、霭、雾概念图霭我国霾与轻雾观测标准（规范）的历史沿革轻雾现象初始为雾现象的次分，在民国时期与1950年代主要称为霿（音meng）或霭，出现轻雾时相对湿度也应接近饱和，部分版本给出轻雾的参考相对湿度区间为90%-98%可以干湿球寒暑表所示之空气湿度为准，空气潮湿，则此微粒为水汽，所成之现象即为雾或霿，否则为霾而非雾霿不能。霾现象主要由“干性物质颗粒”组成的表述在1961版规范首次出现，并规定现象可简化记录，将“浮尘、烟幕、霾并记为霾”，1979版规范重新将几种现象分开，但其潜在影响持续至今。Mist不是“轻雾”，是“霭”文革中简化业务，将“霭”废除是沉疴痼疾的病根造成了今天的一片混乱！Smog不能翻译为“雾霾”Smoke+Fog是“烟霾”或“烟雾”包括天气现象的“烟幕”、“霾”可以称“霾霭”或“烟霾”“灰霾”？“雾霾”？来自毛节泰，2012大气灰霾对人体呼吸系统的影响黑碳粒子人类红细胞黑碳粒子仅仅是人类红血球的百分之一广州肺癌死亡率与灰霾？TieandWu2009AE能见度灰霾日高浓度细粒子气溶胶导致能见度降低形成灰霾天气长期来看珠三角灰霾天气与经济发展同步广州地区灰霾日的长期变化趋势TieandWu2009AE广州地区吸烟率TieandWu2009AETieandWu2009AE全国霾日的长期变化趋势1980年以来中国4个严重灰霾天气区中，珠三角地区是其中之一吴兑等，2010，气象学报案例

北京灰霾事件2013年1月，京津冀地区共发生四次强霾污染过程，北京只有4天晴天。这一个月中，北京空气PM2.5小时浓度最高值曾达到1000微克/立方米，有120个小时超过300微克/立方米。空气有强烈刺鼻气味。北京地区灰霾日的长期变化趋势能见度<10km相对湿度<90%长期来看京津冀灰霾天气也与经济发展同步吴兑等，2014，环境科学学报北京灰霾天气月际变化的长期趋势吴兑等，2014，环境科学学报邢台霾日雾（轻雾）日的长期变化趋势吴兑等，2014，环境科学学报邢台地区霾日月季变化的长期趋势吴兑等，2014，环境科学学报环首都圈区域灰霾的长期分布吴兑等，2014，环境科学学报2013年1月北京能见度与相对湿度的时间序列吴兑等，2014，环境科学学报2013年1月环首都圈的风矢量和吴兑等，2014，环境科学学报区域矢量和日均值与北京能见度时间序列图吴兑等，2014，环境科学学报2013年1月环首都圈近地层输送示意图吴兑等，2014，环境科学学报北京、沈阳霾日雾（轻雾）日的长期变化趋势沈阳北京吴兑等，2010，气象学报重庆、海口霾日雾（轻雾）日的长期变化趋势重庆海口吴兑等，2010，气象学报南京地区灰霾日的长期变化趋势能见度<10km相对湿度<90%长期来看长三角灰霾天气也与经济发展同步吴兑等，2010，气象学报南京灰霾天气月际变化的长期趋势吴兑等，2010，气象学报合肥、杭州霾日雾（轻雾）日的长期变化趋势合肥杭州吴兑等，2010，气象学报广州地区灰霾日的长期变化趋势能见度<10km相对湿度<90%长期来看珠三角灰霾天气也与经济发展同步吴兑等，2006，气象学报广州灰霾天气月际变化的长期趋势吴兑等，2006，气象学报广州与香港历年灰霾天气年日数最近10年区域性特征明显吴兑等，2013，环境科学学报广东省2001－2010年灰霾日分布图能见度<10km,相对湿度<90%清远－三水－佛山－顺德－新会－斗门及东莞－深圳是灰霾天气集中的污染带YearPM2.5(µg/m3)PM10(µg/m3)PM2.5/PM10198954.8117.046.8200488.8143.661.8200575.2129.857.9200665.288.973.3200748.961.779.3200849.261.979.5200942.052.979.4201039.451.975.9201142.262.567.5201244.759.974.6201339.952.775.7广州近年来PM年均值及细粒子比例(%)近10年广州市年平均PM10、PM2.5浓度变化

近年珠三角BC气溶胶的浓度（μg/m3）123456789101112平均200411.110.712.510.69.510.68.28.310.810.713.014.810.920057.55.310.710.77.36.67.68.211.88.511.710.99.520069.29.210.86.95.49.36.99.36.07.06.06.07.620076.15.65.75.47.25.73.14.55.27.37.311.56.220087.46.98.27.06.94.85.24.25.35.35.37.96.220095.64.44.55.34.14.83.14.75.07.37.08.05.3201010.35.46.44.62.93.22.22.93.32.95.66.64.720114.14.65.34.74.13.03.53.14.23.85.46.14.320124.45.56.34.23.73.02.83.73.34.64.44.84.2平均7.36.47.96.75.75.74.85.56.16.57.38.66.5近10年来广州年平均黑碳浓度变化(μgm-3)珠三角与西沙群岛的黑碳气溶胶Wuetal，2013，ACP不同大小气溶胶粒子(PM10,PM2.5,PM1,EC）对能见度的影响0.25-1um气溶胶粒子散射气溶胶粒子吸收1-2.5um散射2.5-10um散射69%灰霾天气的本质是细粒子污染能见度(Vis.)与PM1的关系密切关键区：50－60ug/m310km政府治理灰霾的长期性与艰巨性早期研究要点（1988-1990年）吴兑等，2014，气候与环境研究近期研究要点（2008-2010年

）吴兑等，2014，气候与环境研究Ca2+和NH4+变化Ca2+浓度的降低说明了广州市的粉尘污染已经受到控制，而NH4+浓度的迅速升高值得我们注意。吴兑等，2014，气候与环境研究亚洲径向（a）、纬向（b）环流指数序列

2005年旱季经向环流比2004年旱季显著2004年纬向环流比2005年显著。吴兑等，2008，应用气象学报珠江三角洲近地层风的特征2005年风速有明显的雨季旱季变化。与2004年相比，2005年旱季风速大，不利于灰霾天气的形成。2005年的静风频率比2004年低。吴兑等，2008，应用气象学报近地层流场演变(14-29,Nov,2005)在旱季，大部分珠三角灰霾天气受输送条件控制，与冷空气过程紧密相联系，近地层形成气流停滞区，然后形成灰霾天气吴兑等，2008，应用气象学报2004年1月5日00时至1月9日23时近地层风的120小时矢量和

整个珠江三角洲甚至其周围地区风的矢量和非常小，污染物的水平扩散条件很差，气流停滞区造成污染物的停滞、积累。吴兑等，2008，应用气象学报2005年11月15日00时至11月20日23时风的120小时矢量和整个珠江三角洲甚至其周围地区风的矢量和比较大，污染物的水平输送条件很好。吴兑等，2008，应用气象学报海、陆、山地、城市群区域的复杂边界层Wuetal，2013，ACP污染雾（干雾、烟尘雾）的雾水比雨水脏几百倍雨水雾水雾水非常难采集，48小时才采集10毫升广州2005年3月17日雾水和雨水的化学成分(umol/L)

地点样品pHD(us/cm)F-Cl-NO3-SO4=NH4+K+Na+Ca++Mg++南岭1999雨水5.322.66.826.515.