综述 第10卷第6期 沙漠与绿洲气象 2016年12月 Desert and Oasis Meteorology 李霞,贾健复杂地形多尺度气流对城市大气污染影响的研究进展团沙漠与绿洲气象,2016.106):1-10 di:10.3969sn1002-0799201606001 复杂地形多尺度气流对城市大气污染 影响的研究进展 李霞·2,贾健 (1.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,新疆乌鲁木齐83002;2.中亚大气科学研究中心,新疆鸟鲁木齐830002 3乌鲁木齐市气象局,新疆鸟鲁木齐830006) 摘要:复杂地形城市一般建立在山地、丘陵、沿海地带。复杂地形下的大气污染传输、扩散 机制是一个复杂的问题。本文依据城市地形地貌将复杂地形归类为河谷地形、三面环山临海地 形、盆地地形、马蹄型地形和峡口地形。结合国内外对这5类地形下城市污染物传输扩散及污染 形成机制的研究成果,介绍了不同地理位置、不同复杂地形城市多尺度气流相互或交替作用的 特点及其对污染传输扩散的影响,期望能够为其它复杂地形城市污染形成机制硏究和大气污染 防治提供一些借鉴。 关键词:复杂地形;城市;多尺度气流;大气污染物;传输扩散 中图分类号:X51 文献标识码:A 文章编号:1002-0799(2016)06-0001-10 随着我国经济持续高速发展,工业化和城市化年1月,罕见的连续高强度霾污染席卷了我国中东 进程不断加速,伴随着城市人口的增长,机动车保有部地区,受影响人口约6亿人。无论是发生在欧美 量暴增,能源大量集中消耗,道路等交通设施和污染国家的重污染事件,还是当今国内的强雾霾事件,无 物脱除技术严重滞后,导致城市和城市群区域大气疑都是自然界向人类社会敲响警钟。 污染日趋严重。人类生存环境面临着前所未有的 仔细梳理这些重大污染事件的成因,可见几类 危机,因此大气环境成为当前人类生存科学研究最因素起了关键性作用。第一,过量的大气污染物排放 为重要的组成部分。环境污染作为一个重大的社无疑是首要原因。如“四日市哮喘事件”,全市大气中 会问题,是从产业革命开始的。欧美一些发达国家SO2浓度超出标准5-6倍。第二,合适的气象条 在20世纪3060年代接连发生了一系列震惊世界件。从比利时马斯河谷烟雾事件到美国多诺拉烟雾 的大气污染事件,如1930年比利时马斯河谷事件、事件、再到伦敦烟雾事件,大雾是比较普遍的天气现 1943年美国洛杉矶光化学烟雾事件、1948年美国多象,同时伦敦近乎静风,多诺拉空气无垂直运动,三 诺拉烟雾事件、1952年英国伦敦烟雾事件、1961年个城市上空一致呈现逆温层结門。2013年1月京津 日本四日市哮喘事件等。这些重污染事件有的仅持冀霾污染过程期间,中东部偏北地区大气异常稳定, 续短短数日,但是瞬间就导致了数百上千人的死空气垂直运动弱,冷空气过程少,湿度大,无降水,造 亡我国兰州20世纪70年代出现了光化学烟雾成污染物积累叠加叫。第三,特殊的地形助长了污染 污染,80年代珠三角地区灰霾天气显著增加叨,90事件的发生。上述城市多数都处在复杂地形下,如马 年代末乌鲁木齐跻身于世界十大污染城市阍。2013斯河谷、多诺拉、兰州都属于河谷地形,洛杉矶、四日 市、珠三角地区则处于三面环山临海的海湾里,北京 收稿日期:2016-08-06;修回日期:2016-09-06 位于马蹄型地形之中,乌鲁木齐则处在峡口的开口 基金项目:中国沙漠气象科学研究基金(Sq201014,国家自然科学处。复杂地形下垫面的非均匀性会对气流运动和气 基金(41575011),中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金 项目(IDM201501)共同资助 象条件产生动力和热力的影响,引起局地环流,如山 作者简介:李霞(1969-),女,副研究员,主要从事大气环境研究。E 谷风、过山气流、海陆风、城市热岛环流等,各种尺度 mail: lixia@idmcn 动非线性相互作用,对污染物的扩散传输影响很沙 漠 与 绿 洲 气 象 Desert and Oasis Meteorology 综 述 第 10 卷 第 6 期 2016 年 12 月 复杂地形多尺度气流对城市大气污染 影响的研究进展 李 霞1，2，贾 健 3 （1.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆 乌鲁木齐 830002；2.中亚大气科学研究中心，新疆 乌鲁木齐 830002； 3.乌鲁木齐市气象局，新疆 乌鲁木齐 830006） 摘 要：复杂地形城市一般建立在山地、丘陵、沿海地带。复杂地形下的大气污染传输、扩散 机制是一个复杂的问题。本文依据城市地形地貌将复杂地形归类为河谷地形、三面环山临海地 形、盆地地形、马蹄型地形和峡口地形。结合国内外对这 5 类地形下城市污染物传输扩散及污染 形成机制的研究成果，介绍了不同地理位置、不同复杂地形城市多尺度气流相互或交替作用的 特点及其对污染传输扩散的影响，期望能够为其它复杂地形城市污染形成机制研究和大气污染 防治提供一些借鉴。 关键词：复杂地形；城市；多尺度气流；大气污染物；传输扩散 中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：1002-0799（2016）06-0001-10 李霞，贾健.复杂地形多尺度气流对城市大气污染影响的研究进展[J].沙漠与绿洲气象，2016，10（6）：1-10. doi：10.3969/j.issn.1002-0799.2016.06.001 收稿日期：2016-08-06；修回日期：2016-09-06 基金项目：中国沙漠气象科学研究基金（Sqj2011014），国家自然科学 基金（41575011），中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金 项目（IDM201501）共同资助。 作者简介：李霞（1969-），女，副研究员，主要从事大气环境研究。E￾mail：lixia@idm.cn 随着我国经济持续高速发展，工业化和城市化 进程不断加速，伴随着城市人口的增长，机动车保有 量暴增，能源大量集中消耗，道路等交通设施和污染 物脱除技术严重滞后，导致城市和城市群区域大气 污染日趋严重[1]。人类生存环境面临着前所未有的 危机，因此大气环境成为当前人类生存科学研究最 为重要的组成部分[2]。环境污染作为一个重大的社 会问题, 是从产业革命开始的。欧美一些发达国家 在 20 世纪 30—60 年代接连发生了一系列震惊世界 的大气污染事件，如 1930 年比利时马斯河谷事件、 1943 年美国洛杉矶光化学烟雾事件、1948 年美国多 诺拉烟雾事件、1952 年英国伦敦烟雾事件、1961 年 日本四日市哮喘事件等。这些重污染事件有的仅持 续短短数日，但是瞬间就导致了数百上千人的死 亡[3-5]。我国兰州 20 世纪 70 年代出现了光化学烟雾 污染[6]，80 年代珠三角地区灰霾天气显著增加[7]，90 年代末乌鲁木齐跻身于世界十大污染城市[8]。2013 年 1 月，罕见的连续高强度霾污染席卷了我国中东 部地区，受影响人口约 6 亿人[1]。无论是发生在欧美 国家的重污染事件，还是当今国内的强雾霾事件，无 疑都是自然界向人类社会敲响警钟。 仔细梳理这些重大污染事件的成因，可见几类 因素起了关键性作用。第一，过量的大气污染物排放 无疑是首要原因。如“四日市哮喘事件”，全市大气中 SO2 浓度超出标准 5耀6 倍[4]。 第二，合适的气象条 件。从比利时马斯河谷烟雾事件到美国多诺拉烟雾 事件、再到伦敦烟雾事件，大雾是比较普遍的天气现 象，同时伦敦近乎静风，多诺拉空气无垂直运动，三 个城市上空一致呈现逆温层结[5]。2013 年 1 月京津 冀霾污染过程期间，中东部偏北地区大气异常稳定， 空气垂直运动弱，冷空气过程少，湿度大，无降水，造 成污染物积累叠加[1]。第三，特殊的地形助长了污染 事件的发生。上述城市多数都处在复杂地形下，如马 斯河谷、多诺拉、兰州都属于河谷地形，洛杉矶、四日 市、珠三角地区则处于三面环山临海的海湾里，北京 位于马蹄型地形之中，乌鲁木齐则处在峡口的开口 处。复杂地形下垫面的非均匀性会对气流运动和气 象条件产生动力和热力的影响，引起局地环流，如山 谷风、过山气流、海陆风、城市热岛环流等，各种尺度 运动非线性相互作用，对污染物的扩散传输影响很 1