2020年1月呼和浩特市雾霾天气的气象成因分析

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2022)-02-0275

摘要/Abstract

摘要：

利用2013—2020年1月内蒙古呼和浩特市环境监测数据、气象观测数据、美国国家海洋和大气局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)月平均北极涛动(Arctic Oscillation,AO)指数、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)ERA5再分析资料等,对2020年1月呼和浩特市雾霾天气偏多的气象成因进行分析。结果表明:(1)2020年1月较弱的冬季风环流背景、高湿度条件、维持较低的边界层高度、逆温结构等是造成呼和浩特市雾霾偏多的主要原因;(2)2013—2020年1月同期呼和浩特市逐日平均相对湿度、前期累计降水量、逐小时2 min平均风速小于等于1.5 m·s^-1的日数与雾霾日数均呈显著正相关,其中逐小时2 min平均风速小于等于1.0 m·s^-1更利于雾霾的发生;(3)地面积雪对呼和浩特市持续雾霾天气影响较大,积雪越深、持续时间越长,则雾霾日数也越多;(4)2020年1月呼和浩特市雾霾天气持续时,边界层平均高度约430~550 m,最低约210 m,较低的边界层利于污染物在近地层集聚,导致水平能见度较低,雾霾加重,边界层高度越低,污染越重。

关键词: 冬季风环流, 逆温, 地面积雪, 边界层高度, 雾霾

Abstract:

Based on the air pollution monitoring data, meteorological observation data, NOAA monthly mean Arctic oscillation (AO) index and ERA5 reanalysis data in January from 2013 to 2020, the meteorological causes of more haze days in Hohhot of Inner Mongolia in January 2020 were analyzed. The results are as follows: (1) The weak winter monsoon circulation, the atmosphere with high humidity, low boundary layer and inversion structure in January 2020 were the main reasons of more haze days. (2) There was a significantly positive correlation between daily average relative humidity, accumulated precipitation, the number of days with 2 min average wind speed per hour equal to or less than 1.5 m·s^-1 and haze days in Hohhot in January from 2013 to 2020, among which the 2 min average wind speed per hour equal to or less than 1.0 m·s^-1 was more conducive to the occurrence of fog and haze. (3) Surface snow cover had a great influence on the continuous haze event. The deeper and longer the snow cover lasted, the more haze days were in January in Hohhot. (4) When the haze weather continued in Hohhot in January 2020, the average height of the boundary layer was about 430-550 m, with the lowest of 210 m. The lower boundary layer contributed to the accumulation of pollutants near surface layer, leading to the deterioration of visibility. The lower the boundary layer height was, the heavier the pollution would be.

Key words: winter monsoon circulation, temperature inversion, surface snow cover, boundary layer height, haze

中图分类号:

P401

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图/表 9

图1 2020年1月内蒙古6市AQI日变化

Fig.1 The daily variation of AQI in six cities of Inner Mongolia in January 2020

图2 2020年1月呼和浩特市AQI、PM2.5质量浓度、能见度逐日变化(a)及2013—2020年1月呼和浩特市雾霾污染日数的年际变化(b)

Fig.2 The daily changes of AQI, PM2.5 mass concentration and visibility in January 2020 (a), and inter-annual variation of haze days in January from 2013 to 2020 (b) in Hohhot of Inner Mongolia

图3 2020年1月500 hPa(a、b)、850 hPa(c、d)平均位势高度场(等值线,单位:dagpm)、风场(风矢,单位:m·s-1)(a、c)及位势高度场(等值线,单位:dagpm)和风场(风矢,单位:m·s-1)距平(b、d) (红色圆点表示呼和浩特市)

Fig.3 The geopotential height field (isolines, Unit: dagpm), wind field (wind vectors, Unit: m·s-1) (a, c) and anomaly of geopotential height field (isolines, Unit: dagpm ) and wind field (wind vectors, Unit: m·s-1) (b, d) at 500 hPa (a, b) and 850 hPa (c, d) in January 2020 (The red dot represents Hohhot)

表1 2013—2020年1月呼和浩特市积雪日数、积雪深度、雾霾日数及前一年11月至当年1月累计降水量

Tab.1 Statistics of snow days, snow cover depth, haze days in January and the accumulated precipitation from November of the previous year to January of that year in Hohhot of Inner Mongolia from 2013 to 2020

年份	1月积雪日数/d	1月积雪深度/cm	1月污染天气雾霾日数/d	前一年11月至当年1月累计降水量/mm
2013	30	1~4	25	44.3
2014	0	0	9	6.4
2015	5	1	11	3.4
2016	1	1	11	3.4
2017	14	1	12	7.2
2018	6	1	4	1.5
2019	0	0	8	3.2
2020	31	8~12	29	38.5

图4 2020年1月呼和浩特市逐小时2 min平均风向、风速及AQI极坐标图

Fig.4 Polar diagram of hourly AQI, 2-minute mean wind direction and wind speed in Hohhot of Inner Mongolia in January 2020

表2 2013—2020年1月同期呼和浩特探空站08:00和20:00逆温统计

Tab.2 Statistics of temperature inversion at 08:00 BST and 20:00 BST at Hohhot sounding station in January from 2013 to 2020

年份	08:00				20:00
年份	逆温日数/d	逆温厚度/m	逆温强度/ [℃·(100 m)^-1]	2层以上逆温日数/d	逆温日数/d	逆温厚度/m	逆温强度/ [℃·(100 m)^-1]	2层以上逆温日数/d
2013	29	61~1858	0.3~9.0	7	23	61~1024	0.3~4.1	9
2014	30	65~1496	0.4~7.0	7	26	56~659	0.5~8.2	11
2015	30	67~1391	0.4~8.6	12	29	60~860	0.5~7.7	11
2016	31	62~1319	0.3~7.3	7	28	61~1411	0.3~6.5	18
2017	31	67~2038	0.2~8.2	11	30	32~896	0.2~7.4	14
2018	30	66~1637	0.3~6.2	21	29	61~800	0.4~5.8	14
2019	31	62~1332	0.3~7.3	7	28	65~1411	0.3~6.5	18
2020	31	39~1254	0.4~8.9	11	29	34~1655	0.3~10.9	10

图5 2020年1月呼和浩特探空站08:00(a)和20:00(b)逆温高度及强度的日变化

Fig.5 The daily variation of the height and the intensity of temperature inversion at 08:00 BST (a) and 20:00 BST (b) at Hohhot sounding station in January 2020

图6 2020年1月呼和浩特市不同污染等级的边界层日平均高度分布箱线图

Fig.6 The boxplot of the daily average height of the boundary layer with different pollution levels in Hohhot of Inner Mongolia in January 2020

图7 呼和浩特市地形(彩色填色区)及7个国家级自动气象站2020年1月雾霾日数(数字,单位:d)空间分布

Fig.7 The spatial distribution of terrain (color shaded area) and haze days (the number, Unit: d) of 7 national automatic meteorological stations in Hohhot of Inner Mongolia in January 2020

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