孟州水平复杂度的时空变化特征

孟州水平复杂度的时空变化特征

孟州水平测度分析水平能见度对航空、航海、城市交通、军事图像的检查和军事遗迹有重要影响。为了降低不良水平能见度造成的危害,本文对孟州1998年7月1日～2004年6月30日逐日08～18时整点地面观测资料进行统计分析,得到该地区水平能见度的季、日变化规律,并分析了其水平能见度的影响因子,为今后更好地预报孟州水平能见度提供参考。1孟州水平剖面的变化特征1.1污染的季节和季节对环境的清洗作用,水平测度好,气季节划分取春季(3、4、5月)、夏季(6、7、8月)、秋季(9、10、11月)和冬季(12、1、2月)。统计结果表明:孟州春季风力较大,且以偏西风为主,利于污染物的扩散,水平能见度最好;夏、秋季节由于太阳辐射强,近地层热力对流旺盛,空气扩散条件好,逆温出现的几率小,降雨较多,能见度较好;冬季空气干燥,地表植被较少,风力较大,易出现浮尘、扬沙天气,虽有降雪,但降雪对污染物的清洗作用远不如降雨,故水平能见度较差。另外,不同季节影响孟州水平能见度的主要天气现象和使水平能见度转好的因子不尽相同,其中雾是主要影响因子之一。水平能见度<1km的雾主要出现在冬季,水平能见度在1～10km的轻雾则在四季都有出现(见表1)。1.2孟州天气走向的特征受气象因素和人类活动影响,孟州水平能见度在一天中各时次的变化较大。若无明显天气过程(如降水、大风、降温等,下同)影响,水平能见度的日变化有一定的规律。本文分别取2004年6月28日和2004年1月26日两个无明显天气过程影响的晴天,分析孟州水平能见度的日变化特征(见附图)。由附图可看出:无论是夏半年还是冬半年,若无明显天气过程影响,孟州上午水平能见度较差,下午较好,15～17时达到峰值。这是因为08时太阳辐射和近地层对流开始增强,大气稳定度减弱,扩散能力增强,15～17时热力对流达到旺盛时期,水平能见度也达到最大。17时以后,随着太阳辐射和近地层对流的减弱,水平能见度开始下降。此外,附图还表明冬半年日水平能见度达到峰值的时间一般略晚于夏半年。2气象因素对孟州水平能见度的影响2.1污染物扩散能力测定孟州受低气压控制时,大气低层辐合,空气有上升运动,云量较多,假若风速再稍大,大气多为中性或不稳定状态,有利于污染物扩散,一般水平能见度好。相反,地面受高压控制时,有下沉气流,但夏半年日照充足,太阳辐射强,气温高,热力对流强,有利于污染物扩散,故水平能见度仍较好;冬半年受高压控制时,由于存在下沉气流且热力对流弱,并常伴有强的辐射逆温,大气扩散条件差,污染物浓度高,水平能见度较差。2.2近地层对流+地面温度地面温度与大气污染物浓度有较好的正相关关系,地面温度越高,近地层对流越强,越有利于污染物向上输送,污染物浓度越低,水平能见度越好;当地面温度低时,情况则相反。2.3湿度、湿度、湿度相对湿度与水平能见度有一定的负相关关系。除有降水外,湿度越大,空气中水汽越多(相对湿度为90%～100%时,有利于雾的生成),空气中的可悬浮颗粒物容易附着在水汽中,且此时大气层结较稳定,导致水平能见度下降。2.4风之风2.4.1提高解析率风速与水平能见度有明显的正相关关系:风速大,污染物稀释能力强,浓度降低,水平能见度好;风速小,水平输送能力差,扩散能力差,容易造成污染物局地堆积,水平能见度差。对孟州历史气象资料统计分析发现,冬、春季节当风速>8m/s时,会出现扬沙天气,使水平能见度迅速降低。2.4.2偏重风压降影响孟州周围地势西高东低,若受偏西风控制,来自西部相对干冷的空气随地形下沉增温加压,相对湿度减小,有利于雾的消散,水平能见度易转好;受偏东风控制时则有利于雾的形成,水平能见度转差。统计表明,孟州降雨(雪)后若维持偏西风且风力在4m/s以上,会出现日最大水平能见度在10km以上并维持数日的情况;若维持偏东风且风力在2m/s以下,孟州经常出现轻雾或浮尘,水平能见度一般不会好转,2～3日后随着相对湿度的减小,午后水平能见度会达到10km以上;若风向不稳定且风力较小,不利于污染物的扩散,水平能见度一般较差。2.5清洗时间a,t降雨和降雪对大气污染物具有清洗作用,尤其是对造成孟州出现浮尘天气的气溶胶状污染物。斯林(1997)给出污染物浓度随降水时间呈指数衰减关系:C0=C0exp(-At)其中,A、t表示清洗系数、清洗时间。斯林给出的降水清洗系数A与降水强度J0的近似表达式A≈J03/4表明,降水量大,清洗系数就大。但小雨或短时间降水不仅不会使水平能见度增加,反而降低。其原因有两个:一是降雨使近地层热力对流减弱,二是使空气的湿度增大。夏季大气的相对湿度较大,降水后若风力较小,往往出现轻雾,导致水平能见度较差。春、秋季节大气的相对湿度相对较小,降水后出现轻雾的几率较小,水平能见度好。降雪以固态雪晶冰晶出现,沉降速度比雨滴小的多,雪粒子与空气粒子间隙大,吸附作用远不如降雨。2.6近地面大气稳定度的影响大气稳定度是决定大气稀释扩散能力的一个重要因子,稳定度的判据是大气逆温。近地面300m气层中的稳定度与污染形势关系见表2。当逆温存在时,大气层结十分稳定。在逆温层内大气的垂直运动很难发展,污染物被向下卷夹,造成近地层污染物的大量积累。孟州冬季辐射逆温经常存在,造成冬季水平能见度一般较差。3近地层大气浮尘天气少影响水平能见度发生变化的非气象因素有:①孟州郊区工厂排放的污染物浓