2004.4 广东气象
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文章编号:1007-6190(2004)04-0001-04
霾与雾的区别和灰霾天气预警建议①
吴 兑1,2
(1 中国气象局广州热带海洋气象研究所 广州510080)(2 中山大学环境科学与工程学院大气科学系 广州510275)
摘 要 霾与雾的区分是目前一个非常现实,又迫切需要解决的问题。而过去东南沿海各省不成文规定的用相对湿度区分的标准普遍偏低,区分霾和雾,应该根据影响天气系统的变化,结合各种判据μ来确定。考虑到近几年对气溶胶研究的新成果,大气中0.1m以下的水溶性粒子主要是(NH4)2SO
4等μ组成的,>1m的粒子主要是NaCl等组成的。这些物质的相变湿度大都在80%左右。建议将相对湿度
90%时的大气混浊
视野模糊导致的能见度恶化确定为雾,相对湿度介于80～90%之间时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾和雾的混合物共同造成的,但其主要成分应该是霾。,开展灰霾天气预测预报预警方法的研究和业务平台建设,,会公众服务,为政府实行动态调控的环保措施的决策服务关键词 霾 雾 特征 灰霾 预警中图分类号:P427.21 引 言
70%记为雾或轻雾,相对湿度
是全国唯一由省气象局业务处规定,以相对湿度>
由于经济规模的迅速扩大和城市化进程的加70%为雾或轻雾,相对湿度70%为雾或轻雾,相对湿度
地区广东香港澳门湖南上海湖北
RH7085～95806560～7060～70
表1 部分地区目前区分霾与雾(轻雾)的相对湿度标准(%)注
地区江苏安徽浙江广西海南福建
RH60～707060
地区北京新疆吉林河北辽宁江西
RH70
无无无无无
无无无
定,如前期干燥,空气污染逐步加重时可记为霾,又如前期下雨潮湿,天气逐步转好时可记为雾;北京由观测员代代相传的不成文标准是以相对湿度>
因而有必要形成一个有一定科学基础,并得到同行
①项目资助:国家自然科学基金40375002,40418008,广东省自然科学基金033029,广东省重点科技攻关项目2004A30401002,广州市应用基础研究项目2004J1-0021。
注:张建新高工、廉毅研究员、侯尔滨先生、林邝泗莲女士、段英研究员、李玉林研究员、班显秀研究员、葛毅华高工、陈正洪研究员、徐永和高工、董蕙清高工、谈建国高工、黄彦彬高工、张蔷研究员、曾光平研究员、沈树勤研究员、蒋年冲高工、王伟平高工提供各地区霾与雾(轻雾)区别的标准,特此致谢。
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吴 兑:霾与雾的区别和灰霾天气预警建议 2004.4
认同,统一的区分标准。2 雾的主要特征
气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾造成的,相对湿度>95%时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是雾造成的,相对湿度介于85～95%之间
首先我们来看一下雾的主要特征,雾是由大量时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾和
悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气雾的混合物共同造成的[3]。霾的厚度比较厚,可达溶胶系统,是近地面层空气中水汽凝结(或凝华)的1～3km左右,一般霾的日变化不明显。霾与雾、云产物,几乎所有的气象学教科书都强调雾是由水滴不一样,与晴空区之间没有明显的边界,霾粒子的或冰晶组成的[1],因而相对湿度应该是饱和的。雾分布比较均匀,而且灰霾粒子的尺度比较小,从的存在会降低空气透明度,使能见度恶化,如果目10-3μμμm到10m,平均直径大约在1～2m左右,肉
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标物的水平能见度降低到10m以内,就将悬浮在眼看不到空中飘浮的颗粒物。由于灰尘、H2SO4、近地面空气中的水汽凝结(或凝华)物的天气现象HNO等粒子组成的霾,其散射波长较长的光比较
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3
称为雾(Fog);而将目标物的水平能见度在10～
多,因而霾看起来呈黄色或橙灰色。在城市严重空4
10m的这种现象称为轻雾或霭(Mist)。形成雾时
气污染地区,霾可以频繁出现,又主要呈橙灰色,而
(大气湿度应该是饱和的如有大量凝结核存在时,
且城市污染大气气溶胶中有许多黑碳粒子,因而我
)相对湿度不一定达到100%就可能出现饱和。就
,(其物理本质而言,雾与云都是空气中水汽凝结或
。
凝华)的产物,所以雾升高离开地面就成为云,而云
雾的厚度比较小,实际上,当相对湿度增加时,霾粒子吸湿成为
米到一雾滴,而相对湿度降低时,雾滴脱水后霾粒子又再
云一样,,雾滴浓度分
悬浮在大气中,霾和雾是可以互相转化的,但是,在
μ布不均匀,而且雾滴的尺度比较大,从10°m到
观测和预报实践中,总要区分霾和雾,为方便识别,
μμ102m,雾滴的直径大多在4～30m左右,肉眼可以
将霾与雾的区分要点列于表2。严格按照物理意
看到空中飘浮的雾滴。由于液态水或冰晶组成的
义来区分,应该在空气饱和情况下,大气颗粒物造
雾散射的光与波长关系不大,因而雾看起来呈乳白
成视程障碍才是雾和轻雾。如果造成视程障碍的
色或青白色[2]。
粒子肉眼不可见,说明其尺度小至μm大小,根据
3 霾的主要特征开尔文定律[1],这样大小的水滴能稳定存在并不被空气中的灰尘、H2SO4与硫酸盐、HNO3与硝酸盐、有机碳氢化合物等粒子也能使大气混浊,视野模糊并导致能见度恶化,如果水平能见度
蒸发掉,需要相对湿度>100%,这在地球大气中并不容易出现,因而,在大气未饱和时,这些粒子应该是霾。大气科学词典明确写到[4]:雾是“悬浮在贴近地面的大气中的大量微细水滴(或冰晶)的可见集合体,……雾的形成主要是空气中水汽达到(或接近)饱和,在凝结核上凝结而成。”同时,大气科学词典也明确写到[4]:霾是“悬浮在大气中的大量
烟粒或盐粒的集合体,……组成霾的粒有大量凝结核存在时,相对湿度不一定达到100%微小尘粒、
就可能出现饱和)。作者认为一般相对湿度
雾或云。……在城成的,相对湿度>90%时的大气混浊视野模糊导致一步凝结可能使霾演变为轻雾、
”如此看的能见度恶化是雾造成的,相对湿度介于80～市严重空气污染地区,霾可以频繁出现。
90%之间时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶来,我国东南沿海各省自行补充规定以相对湿度区化是霾和雾的混合物共同造成的,但其主要成分是分雾与霾的标准,普遍偏低,将大量霾记成了轻雾霾。香港天文台同行认为相对湿度
85%时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是～95%之间时的大气混浊视野模糊导致的能见度
霾造成的,相对湿度>95%时的大气混浊视野模糊恶化是霾和雾的混合物共同造成的[3];有比较充分导致的能见度恶化是雾造成的,相对湿度介于85的理论依据。
表2 霾与雾的特征对照表
天气现象雾霾
成分水滴、冰晶
尘、H2SO4与硫酸盐、
HNO3与硝酸盐、碳氢化合物等
水汽饱和
粒子尺度μ10°～102m肉眼可见
厚度
101～102m1～3km
颜色乳白色、青白色黄色、橙灰色
边界清晰不清晰
日变化明显不明显
μ不饱和10-3～10m肉眼看不见
征记为霾或者轻雾(雾)。
5 吸湿性物质及相变湿度(霾转化为雾的可能性)
6 灰霾(烟霞)指数与警报分级建议
大气中可能存在的吸湿性气溶胶主要有Na2(NH4)2SO4、Cl、NH4Cl、Na2SO4等。实际上,通过近
近几年来,我国大城市中,灰霾现象日趋严重,
已成为一种新的灾害性天气。广州2002与2003
μ年来的大量观测,大气中10-1m以下的水溶性粒
年灰霾天气分别为85天和98天(1),公众经常
μ子主要是(NH4)2SO4组成的,>10°m的粒子主要
抱怨,广
是NaCl组成的。而硝酸盐由于其饱和蒸气压比较
,而
低,挥发性比较强,,对人体健康
在[5]。其中NaCl,度78%;S4,因而,需要尽快建立分,813列出了主要水溶性大气灰霾天气预测预报预警系统和机制。表4是
7]
[6、,需要注意的是,任何吸湿建议的灰霾指数与警报分级表。需要说明的是,为性物质的相变湿度都与粒子直径有关,粒子越小,公众服务的指数与警报,一般遵循宁可空报也不能
相变湿度越大,因而,气溶胶粒子的实际相变湿度漏报的原则,因而将相对湿度的阈值定为90%,而
且,目前城市中的雾也主要是灰霾转化的污染雾,比表3中的值还要大。
相对湿度阈值提高对服务效果有利
。
表3 水溶性气溶胶的相变湿度
NH4Cl80
(NH4)2SO4
81
气溶胶相变湿度%
NaCl78
Na2SO493
有些非水溶性的气溶胶粒子也可以通过表面浸润成为凝结核,但要求相对湿度至少达到
101%,即要求1%的过饱和度。另外还有一种情况,即当气溶胶粒子表面凹凸不平时,在凹面仅仅需要不高的相对湿度就可以凝结,但是一旦将凹面填平,粒子将不会继续长大。因而,在非饱和条件下,非水溶性的霾一般不会转化为雾滴。综上所述,建议东南沿海各省在区分霾与轻雾或雾时,将相对湿度90%时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化记为轻雾或雾,相对湿度介于80～90%之间时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾和雾的混合物共同造成的,但其主要成分是霾,可以由观测员根据经验和天气演变特
表4 建议的灰霾(烟霞)指数与警报分级表(RH
>1500010000～150005000～100003000～5000
图1 广州2002与2003年灰霾天气出现天数的逐月分布
(能见度
指数等级
12345
服务描述没有灰霾天气轻度灰霾天气中度灰霾天气重度灰霾天气严重灰霾天气
警报等级
黄色红色黑色
7 小 结
鉴于在我国大城市中,灰霾现象日趋严重,已经成为一种新的灾害性天气,建议尽快制定灰霾指
综上所述,区分霾和雾,应该根据影响天气系数和预警办法,开展灰霾天气预测预报预警方法的统的变化,结合表2的各种判据来确定。考虑到近研究和业务平台建设,拓展气象服务领域,使环境
μ几年对气溶胶研究的新成果,大气中10-1m以下气象产品更好地为社会公众服务,为政府实行动态
μ的水溶性粒子主要是(NH4)2SO4组成的,>10°m调控的环保措施的决策服务。的粒子主要是NaCl组成的。而硝酸盐由于其饱和蒸气压比较低,挥发性比较强,比较难以气溶胶的
形式稳定存在。而NaCl是海盐粒子的主要成分,参考文献
相变湿度78%;(NH4)2SO4也是水溶性气溶胶的主1 盛裴宣,毛节泰,李建国等.大气物理学.北京:北京大学出版要成分,其相变湿度是81%。建议将相对湿度
社,2003,299～322.
2 吴 兑,邓雪娇.环境气象学与特种气象预报.北京:气象出版
天气现象确定为霾,相对湿度>90%时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化确定为雾,相对湿度介于80～90%之间时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾和雾的混合物共同造成的,但其主要成分应该是霾。最近几年召开的气溶胶国际和区域学术讨论会,社,2001,25～31.
3 林邝泗莲,林静芝.Re:灰霾烟霞之我见.私人通信,2004.3.3.4 《大气科学词典》编委会.大气科学词典.北京:气象出版社,
1994,677,408.
5 吴..大气科
学,,615 .:气象出版社,7.大气气溶胶.王明星、王庚辰等译.北京:科学出版社,
1984,50～65.
ADiscussontheDifferenceBetweenHazeandFog
andtheWarningofBrownishHazeWeather
Wu Dui
1,2
(1.InstituteofTropicalandMarineMeteorology,CMA,Guangzhou,510080)
(2.DepartmentofAtmosphericScience,SunYat-senUniversity,Guangzhou510275)
Abstract:Alongwiththerapiddevelopmentofeconomyandurbanization,atmosphericaerosolpollutionisbe2comingworse.Itisbecomingapracticalmattertodistinguishhazeandfog,andalsoanurgentissueneededtobesolved.Inthepast,theoperationalstandardusingrelativehumiditytodiscernfogandhazeiscommonlyonthelowsideoverthesoutheastcoastalprovinces.Todistinguishfogandhazeshouldbaseonthechangeofinfluencingweathersystemscombiningotherinfluencingfactors.Soitissuggestedthattheweatherphenomenaofthevisibilitydeteriorationcausedbyatmosphericturbidnessresultinginblurofvisualfield,shouldbedeterminedashazewhenrelativehumidityislessthan80%,whileasfogwhenrelativehumidityislargerthan90%,andasamixtureofhazeandfogbutwithhazestillthemajoncomponentwhentherelativehumidityisbetween80%and90%.Itisal2sosuggestedtosetupassoonaspossiblethebrownishhazeindexandwarningmethods,tocarryoutthestudyonmethodsofpredictingandwarningbrownishhazeweatherandtoconstructtheoperationalplatform,therebyopeningupthefieldofmeteorologicalservicesandputtingtheproductsofenvironmentalmeteorologyintobetterservingthepublicandgovernment,toimplementdynamiccontrollingofenvironmentalprotectionmeasures.
Keywords:Haze Fog Feature BrownishHaze Warning