综述 沙漠与绿洲气象 第10卷第6期 Desert and Oasis Meteorology 2016年12月 气流减速。傍晚和夜间盆地的冷却作用与白天太阳 辐射加热量相当,能够快速插入盆地底层,造成了盆 地内辐合上升运动。Fast和 Zhong详细分析了导 致地面出现高浓度O3的地面风场,发现辐合区在墨 西哥城内南北摆动。这是源于 Chalco山口的山口风 入侵盆地后,与源自北方墨西哥高原、裹挟大量污染 物的偏北气流遭遇的结果。Foy等鷗指出墨西哥城 盆地内部环流型取决于两类辐合带的相互作用 是来自太平洋海风和墨西哥湾海风较量中形成的辐 图4在不同的天气条件下珠江三角洲地区边界层合带,另一个是南来的山口风与来自盆地的偏北气 对重污染影响的物理模型修订版(a)暖季冷锋前污流作用形成的辐合带,并由此概括了3种高浓度O 染型和(b)副热带气旋下沉污染型(摘自文献〖33]发生的天气模型,即O3南部型(O3-Sσut)O3北部 型(O3-Noth)、冷涌型( Cold Surge)。其中,O3南部型 3盆地地形 是指O3高值区出现在墨西哥城南部城区,彼时下午 盆地的主要特征是四周高、中部低,因盆状得一股较弱的山口风在东南部城区伴随出现。O3北部 名。前文的兰州、洛杉矶、雅典等地都有盆地之说。借型则指在强大的山口风和盆地西部、南部边缘气流 鉴上文的分析,可以推断影响盆地大气污染的气象的共同作用下,O3峰值区出现在偏北城区的状 条件中,逆温形成机制和河谷城市兰州类似;对于风况。冷涌型是指当日寒冷的偏北气流横扫盆地的 场,除了考虑大范围气流影响以外,局地需要考虑山状况。 谷风、热岛环流。一般来说盆地有山口和外界相通, 图5很好地阐释了这3种污染类型高低空气流 并不是完全封闭的,因此就会有另外的因素如山口的昼夜演变情况。在O3南部型日子里,东太平洋洋 风等影响盆地的边界层结构及其环流。如果盆地距面被高压系统控制,天气系统和盆地内外热力差异 离海洋较近,影响因素就会更加复杂。世界上盆地出的影响都比较弱。夜晚生成的南风下泄气流到白天 现污染的地区有我国的四川盆地、尼泊尔首都加让路于源于墨西哥高原的西北气流,下午盆地又被 德满都門、墨西哥首都墨西哥城到等。本文就以墨来自墨西哥海湾的东北气流主导,导致O3向南部城 西哥城为例介绍盆地多尺度气流运动的相互作用特区输送,直到凌晨这种局面才发生转变(图5a)。在 O3冷涌型日子里,天气系统的影响很强,盆地环流 人口稠密的墨西哥城位于墨西哥盆地的西南则比较弱。白天盆地里盛行从墨西哥海湾吹来的东 部,盆地底部较为平坦,海拔2250m。盆地三面山脊北风,夜晚则是被墨西哥高原/平洋气团导致的西 包围,山脉高度不一,盆地北部有一个较为宽阔的开北气流代替。尽管这种状况下为多云或降水天气,但 口,东南方有一个狭窄的 Chalco山口,盆地底部相是高浓度O3仍然可以出现在市中心地带。这一部分 对深度大致为800-1000m。由于高密度人口和污染原因是由于大多数时间降水云团多是一簇一簇的团 排放源众多,导致墨西哥城及其周边地区成为世界状结构,较大的云团在盆地内部生成且游走于盆地 上污染最严重的地区之一。高海拔、四季高强度的因此辐射仍然比较充足,导致光化学反应(图5b) 日照条件促进了光化学反应,尤其是二次污染物O3副热带急流靠近墨西哥城的时候,容易发生O3北部 的生成甽。围绕墨西哥城市污染硏究先后开展了一型污染(图5c)。清晨南风为主的下泄气流让道于从 系列观测试验,逐步完善了对高原盆地城市污染机墨西哥高原下来的西北风。下午,风向发生转变,由 理的理解。 Whiteman等发现墨西哥盆地与普通的从 Chalco山口入侵的山口风一南风气流占据主导 盆地不同,即夜间没有形成强逆温,且也没有谷风、地位,占领了整个盆地的南部边缘地带,将O3高值 山风的交替现象。盆地内部、上部的边界层演变主要区推向北部城区。由此可见,在墨西哥城内,O3的空 受区域性环流的驱动,即墨西哥高原和其周边海洋间分布形态是由天气背景、高原风、山口风、海湾气 冷气团激发形成的环流。通过 Chalco隘口的山口风流、下泄气流在不同时间相互角逐、共同影响的结 凉爽、高湿,午后的这股气流入侵到盆地内的低洼地果 带,受到了平原一高原之间环流的影响,导致这股冷沙 漠 与 绿 洲 气 象 Desert and Oasis Meteorology 第 10 卷 第 6 期 2016 年 12 月 综 述 图 4 在不同的天气条件下珠江三角洲地区边界层 对重污染影响的物理模型修订版（a）暖季冷锋前污 染型和（b）副热带气旋下沉污染型（摘自文献[33]） 3 盆地地形 盆地的主要特征是四周高、中部低，因盆状得 名。前文的兰州、洛杉矶、雅典等地都有盆地之说。借 鉴上文的分析，可以推断影响盆地大气污染的气象 条件中，逆温形成机制和河谷城市兰州类似；对于风 场，除了考虑大范围气流影响以外，局地需要考虑山 谷风、热岛环流。一般来说盆地有山口和外界相通， 并不是完全封闭的，因此就会有另外的因素如山口 风等影响盆地的边界层结构及其环流。如果盆地距 离海洋较近，影响因素就会更加复杂。世界上盆地出 现污染的地区有我国的四川盆地[34]、尼泊尔首都加 德满都[35]、墨西哥首都墨西哥城[36-39]等。本文就以墨 西哥城为例介绍盆地多尺度气流运动的相互作用特 点。 人口稠密的墨西哥城位于墨西哥盆地的西南 部，盆地底部较为平坦，海拔 2250 m。盆地三面山脊 包围，山脉高度不一，盆地北部有一个较为宽阔的开 口，东南方有一个狭窄的 Chalco 山口，盆地底部相 对深度大致为 800~1000 m。由于高密度人口和污染 排放源众多，导致墨西哥城及其周边地区成为世界 上污染最严重的地区之一[40]。高海拔、四季高强度的 日照条件促进了光化学反应，尤其是二次污染物 O3 的生成[37]。围绕墨西哥城市污染研究先后开展了一 系列观测试验，逐步完善了对高原盆地城市污染机 理的理解。Whiteman 等[36]发现墨西哥盆地与普通的 盆地不同，即夜间没有形成强逆温，且也没有谷风、 山风的交替现象。盆地内部、上部的边界层演变主要 受区域性环流的驱动，即墨西哥高原和其周边海洋 冷气团激发形成的环流。通过 Chalco 隘口的山口风 凉爽、高湿，午后的这股气流入侵到盆地内的低洼地 带，受到了平原—高原之间环流的影响，导致这股冷 气流减速。傍晚和夜间盆地的冷却作用与白天太阳 辐射加热量相当，能够快速插入盆地底层，造成了盆 地内辐合上升运动[36]。Fast 和 Zhong[38]详细分析了导 致地面出现高浓度 O3 的地面风场，发现辐合区在墨 西哥城内南北摆动。这是源于 Chalco 山口的山口风 入侵盆地后，与源自北方墨西哥高原、裹挟大量污染 物的偏北气流遭遇的结果。Foy 等[38-39]指出墨西哥城 盆地内部环流型取决于两类辐合带的相互作用：一 是来自太平洋海风和墨西哥湾海风较量中形成的辐 合带，另一个是南来的山口风与来自盆地的偏北气 流作用形成的辐合带，并由此概括了 3 种高浓度 O3 发生的天气模型，即 O3 南部型（O3-South）、O3 北部 型（O3-North）、冷涌型（Cold Surge）。其中，O3 南部型 是指 O3 高值区出现在墨西哥城南部城区，彼时下午 一股较弱的山口风在东南部城区伴随出现。O3 北部 型则指在强大的山口风和盆地西部、南部边缘气流 的共同作用下，O3 峰值区出 现 在偏北城区的状 况。冷涌型是指当日寒冷的偏北气流横扫盆地的 状况[38]。 图 5 很好地阐释了这 3 种污染类型高低空气流 的昼夜演变情况。在 O3 南部型日子里，东太平洋洋 面被高压系统控制，天气系统和盆地内外热力差异 的影响都比较弱。夜晚生成的南风下泄气流到白天 让路于源于墨西哥高原的西北气流，下午盆地又被 来自墨西哥海湾的东北气流主导，导致 O3 向南部城 区输送，直到凌晨这种局面才发生转变（图 5a）。在 O3 冷涌型日子里，天气系统的影响很强，盆地环流 则比较弱。白天盆地里盛行从墨西哥海湾吹来的东 北风，夜晚则是被墨西哥高原/太平洋气团导致的西 北气流代替。尽管这种状况下为多云或降水天气，但 是高浓度 O3 仍然可以出现在市中心地带。这一部分 原因是由于大多数时间降水云团多是一簇一簇的团 状结构，较大的云团在盆地内部生成且游走于盆地， 因此辐射仍然比较充足，导致光化学反应（图 5b）。 副热带急流靠近墨西哥城的时候，容易发生 O3 北部 型污染（图 5c）。清晨南风为主的下泄气流让道于从 墨西哥高原下来的西北风。下午，风向发生转变，由 从 Chalco 山口入侵的山口风—南风气流占据主导 地位，占领了整个盆地的南部边缘地带，将 O3 高值 区推向北部城区。由此可见，在墨西哥城内，O3 的空 间分布形态是由天气背景、高原风、山口风、海湾气 流、下泄气流在不同时间相互角逐、共同影响的结 果[38]。 4