Page 223 - 《高原气象》2022年第6期

高 原 气 象 41 卷
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取高度，本文中 Z取值为 10 m；Z 为粗糙度；P为大
ZS = 0.85 × [ 0.25( P 6 + 2P 10 + P 14 ) - 0.25( P 5 0
+2P 9 + P 13 ) - 0.25( P 4 + 2P 8 + P 12 ) 气帕斯奎尔稳定度级别，由太阳高度角、总云量、
+0.25( P 3 + 2P 7 + P 11 ) ] （3） 低云量和地面风速决定，取值为 1~6，由于云量数
ZW = 1.12 × [ 0.5( P 15 + P 16 ) - 0.5( P 8 + P 9 ) ] 据缺测较多，尤其是低云量数据缺测较多，本研究
-0.91 × [ 0.5( P 8 + P 9 ) - 0.5( P 1 + P 2 ) ] （4） 云量数据选用欧洲中心再分析资料；f为地转参数。
2
F = SF + WF 2 （5） 混合层高度计算结果为每日 4 次，日均值采用 4 个
Z = ZS + ZW （6） 时次值的算术平均。
式中：SF 为地转风经向分量；WF 为地转风纬向分 3 结果与讨论
量；F 为地转风；ZS 为地转涡度的纬向梯度；ZW 为
地转涡度的经向梯度；Z 为地转涡度；P ~P 为 16 3. 1 汾渭平原环流型特点
16
1
个格点上的海平面气压日值。 在大气污染物排放量变化不大的情况下，污染
2. 3 滞留指数计算方法 物浓度的变化主要受气象条件制约，而区域大气污
滞 留 指 数（RF）最 初 由 Allwine and Whiteman 染的发生与环流形势密切相关，因此对环流分型的
（1994）提出，用于反映风场的通风和滞留程度，可以 研究有重要意义。本文基于 2014-2018 年污染季
的欧洲中心中海平面气压再分析资料，对汾渭平原
间接反映大气的水平扩散条件。其计算方法如下：
( ) ( ) 2 的环流形势进行分类（图 3）。环流型频率为某环流
2
24
24
L = t × ∑ u i + ∑ v i （7） 型出现日数与总日数的比值，频率超过 5% 的环流
i = 1
i = 1
i = 24 型为 A 型（20%）、S 型（14%）、SE 型（12%）、E 型
2 2 （8） （9%）、C型（7%）、ASE型（6%）及 AE型（5%），且每
S = t × ∑ u i + v i
i = 1 个月份各环流型出现的频率接近，这 7 种环流型即
RF = 1 - L （9） 为影响汾渭平原地区的主要环流背景。
S
式中：L 和 S 分别表示一段时间内风的矢量和风速
的累加，本文选取的时间段是 24 h；t 为时间间隔，
本文选取 1 h；u 和 v 分别为水平方向和垂直方向的
i
i
风速；RF 为滞留指数，RF 接近 1 时，表示 24 h 内风
向变化较大，水平扩散条件较差，污染物容易滞
留，RF 接近 0 时，表示 24 h 内风向变化不大，水平
扩散条件较好，不利于污染物的堆积。
2. 4 混合层高度计算方法
混合层高度为湍流特征不连续界面以下湍流
发展较充分的大气层厚度，它表征了污染物在垂直
方向被热力湍流稀释的范围，即低层空气热力对流 图3 2014-2018年污染季不同月份汾渭平原26种环流型
与动力湍流所能达到的高度。大气混合层高度是 出现的频率
Fig. 3 The frequency of 26 synoptic circulation types in
反映污染物在铅直方向扩散的重要参数，也是影响
different months of the Fen-Wei Plains during the
大气污染物扩散的主要气象因子之一（李梦等，
pollution seasons from 2014 to 2018
2015）。罗氏法是一种基于地面气象资料估算混合层
高度的方法，此法最大优点是不需要高空观测资料， 3. 2 环流型与污染物浓度的关系
计算所需的气象资料较易获得，主要计算公式如下： 将相同环流型下的海平面气压场和 PM 质量
2. 5
121 浓度分别进行平均，即得到不同环流型下的海平面
MLH = × (6 - P ) × (T - T d )
6 气压合成场（图 4）和 PM 质量浓度合成场（图 5）。
2. 5
0.169P × (U z + 0.257) 频率超过 5% 的 7 种环流型中 S 型、SE 型、E 型、C
+ ( ) （10）
Z
12f × ln Z 0 型对应的 PM 质量浓度较高，S 型和 SE 型出现时
2. 5
代表暖区发展，利于污染物的吸湿增长及二次转换
式中：MLH为混合层高度（单位：m）；T和T 分别为 （Wang et al，2012）。同时由于汾渭平原特殊的地
d
2 m 气温和露点温度；U 为 Z高度处的风速，Z为所 形条件，SE 型和 E 型利于污染物从东部输送及积
Z