李霞等:复杂地形多尺度气流对城市大气污染影响的研究进展 乌鲁木齐上空的稳定气团后,这股暖气流难以突破 目前我国大气污染已经由单个城市演变为区域 逆温层,被冷气团抬升,分为上下两层(图7)。近地污染(如“三区九群”),且复合型污染日益加剧。大气 层部分焚风气流与盆地强大冷气团的抗衡。市区内物理过程从多种尺度上控制着大气污染的积累、输 白天焚风气流与谷风(也指准噶尔盆地冷气团)相向送和转化。而大气污染物又通过影响光学—辐射特 对吹,在市区形成“微型锋面”和辐合带,造成污染物性、参与云雾形成从而再影响大气物理过程。因此 累积;夜间,焚风气流衰退到城市南郊,微型锋面”今后针对复杂地形下大气重污染过程生消机制的硏 和对应的气流辐合带位置由此南移,市区则维持小究,尤其在污染物输送、转化规律方面,开展气象过 风一静风,仍然不利于污染物的扩散。边界层中上层程和化学过程多参数的同步观测非常重要,通过对 的浅薄型焚风昼夜越过城市上空,这股暖气流促使观测数据的详尽分析可以反映区域边界层结构的真 市区上空逆温层更加深厚、逆温增强、混合层高度下实变化,且能够呈现多尺度气流的运动特点。同时还 降,致使污染物向边界层下层堆积。由此可见,浅薄需要进一步提高空气质量模式对于边界层物理过程 型焚风的出现带来了动力和热力方面的双重影响:和化学过程的模拟再现能力,更精细地反映边界层 改变了乌鲁木齐局地流场、加强了大气稳定度,最终内物理过程、化学过程的演变规律。当然,研究不仅 造成冬季乌鲁木齐重污染过程的频繁发生。只有经要考虑地形等非均匀下垫面因素对边界层物理过程 历较强的冷空气入侵后,城市的空气质量才有机会的动力、热力影响,大气边界层特征及其与大气污染 得以改善。 物的相互作用机制将是重要的研究对象,由此才能 最终揭示不同区域的重污染形成机理,为大气污染 6结论和讨论 治理和空气质量预报提供科技支撑。 本文将复杂地形城市归类为河谷地形、三面环参考文献 山临海地形、盆地地形、马蹄型地形和峡口地形,通卬王跃思,姚丽,刈子锐,等.京津冀大气霾污染及控制策略 过对不同复杂地形城市的多尺度气流运动的特点,思考中国科学院院刊201328(3):353-363 阐述了它们对于污染物传输扩散的影响,可见每一团2徐祥德城市化环境大气污染模型动力学向题应用气 类地形下的污染物传输扩散规律都是天气背景、地 象学报,2003,13S):1-12 形及其深受地形影响的气象条件等综合作用的结 3]世界著名空气污染事件盘点:伦敦大雾曾死万人[EB 果。因此,每类地形下的多尺度气流运动或者存在共 Ol].[2013-10-4]http://news.sina.com.cn/w/sd/2013-01 13/162226024042 shame. 性,如山地的山谷风坡风,同时又由于即使同类地4穆宏史上最著名的空气污染事件[BoL2013-10-4 形但可能所处位置不同,如临近海洋则会受到海陆 http://www.mywtv.cn/knowledge/2012-04/26/content 风的影响,位于高原则会受到高原风的扰动等。正是 521434htm 这些看似纷繁复杂的多尺度气流运动的交织、耦合[]自然之友20世纪环境警示录M.北京:华夏出版社 作用,才会导致每类复杂地形下、不同地理位置的城 2001 市其上空污染物的输送扩散规律如此纷繁复杂、特]甘肃省环境保护研究所大气化学组。兰州西固地区光化 色鲜明,另一方面又遵循内在的规律。 学烟雾污染的初步探讨[环境科学,1980,1(5):24-30 图7峡口城市乌鲁木齐大气污染形成的物理模型(a为平面示意图,b为垂直剖面图,摘自文献[70])乌鲁木齐上空的稳定气团后，这股暖气流难以突破 逆温层，被冷气团抬升，分为上下两层（图 7）。近地 层部分焚风气流与盆地强大冷气团的抗衡。市区内 白天焚风气流与谷风（也指准噶尔盆地冷气团）相向 对吹，在市区形成“微型锋面”和辐合带，造成污染物 累积；夜间，焚风气流衰退到城市南郊，“微型锋面” 和对应的气流辐合带位置由此南移，市区则维持小 风—静风，仍然不利于污染物的扩散。边界层中上层 的浅薄型焚风昼夜越过城市上空，这股暖气流促使 市区上空逆温层更加深厚、逆温增强、混合层高度下 降，致使污染物向边界层下层堆积。由此可见，浅薄 型焚风的出现带来了动力和热力方面的双重影响： 改变了乌鲁木齐局地流场、加强了大气稳定度，最终 造成冬季乌鲁木齐重污染过程的频繁发生。只有经 历较强的冷空气入侵后，城市的空气质量才有机会 得以改善。 6 结论和讨论 本文将复杂地形城市归类为河谷地形、三面环 山临海地形、盆地地形、马蹄型地形和峡口地形，通 过对不同复杂地形城市的多尺度气流运动的特点， 阐述了它们对于污染物传输扩散的影响，可见每一 类地形下的污染物传输扩散规律都是天气背景、地 形及其深受地形影响的气象条件等综合作用的结 果。因此，每类地形下的多尺度气流运动或者存在共 性，如山地的山谷风、坡风，同时又由于即使同类地 形但可能所处位置不同，如临近海洋则会受到海陆 风的影响，位于高原则会受到高原风的扰动等。正是 这些看似纷繁复杂的多尺度气流运动的交织、耦合 作用，才会导致每类复杂地形下、不同地理位置的城 市其上空污染物的输送扩散规律如此纷繁复杂、特 色鲜明，另一方面又遵循内在的规律。 目前我国大气污染已经由单个城市演变为区域 污染（如“三区九群”），且复合型污染日益加剧。大气 物理过程从多种尺度上控制着大气污染的积累、输 送和转化。而大气污染物又通过影响光学—辐射特 性、参与云雾形成从而再影响大气物理过程。因此， 今后针对复杂地形下大气重污染过程生消机制的研 究，尤其在污染物输送、转化规律方面，开展气象过 程和化学过程多参数的同步观测非常重要，通过对 观测数据的详尽分析可以反映区域边界层结构的真 实变化，且能够呈现多尺度气流的运动特点。同时还 需要进一步提高空气质量模式对于边界层物理过程 和化学过程的模拟再现能力，更精细地反映边界层 内物理过程、化学过程的演变规律。当然，研究不仅 要考虑地形等非均匀下垫面因素对边界层物理过程 的动力、热力影响，大气边界层特征及其与大气污染 物的相互作用机制将是重要的研究对象，由此才能 最终揭示不同区域的重污染形成机理，为大气污染 治理和空气质量预报提供科技支撑。 参考文献： [1] 王跃思，姚丽，刘子锐，等援京津冀大气霾污染及控制策略 思考[J]援中国科学院院刊，2013，28（3）：353-363援 [2] 徐祥德援城市化环境大气污染模型动力学问题[J]援应用气 象学报，2003，13（S）：1-12援 [3] 世 界著 名空气 污染 事件盘 点： 伦敦 大雾 曾死 万 人[EB/ OL]援 [2013 -10 -4].http://news.sina.com.cn/w/sd/2013 -01 - 13/162226024042.shtml. [4] 穆宏援史上最著名的空气污染事件[EB/OL]援[2013-10-4]. http://www.mywtv.cn/knowledge/2012-04/26/content_ 521434.htm. [5] 自然之友援20 世纪环境警示录 [M]援 北京：华夏出版社， 2001援 [6] 甘肃省环境保护研究所大气化学组援 兰州西固地区光化 学烟雾污染的初步探讨[J]援环境科学，1980，1（5）：24-30援 图 7 峡口城市乌鲁木齐大气污染形成的物理模型（a 为平面示意图，b 为垂直剖面图，摘自文献[70]） 李霞等：复杂地形多尺度气流对城市大气污染影响的研究进展 7