关于霾与雾的区别和灰霾天气预警的讨论

关于霾与雾的区别和灰霾天气预警的讨论 ? 关于霾与雾的区别和灰霾天气预警的讨论 1 ,2 吴 兑 (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 提要 由于经济规模的迅速扩大和城市化进程的加快 ,大气气溶胶污染日趋严重 ,霾与 雾的区分成为一个非常现实 ,又迫切需要解决的问 。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 μ化 ,结合各种判据来确定 。考虑到近几年对气溶胶研究的新成果 ,大气中 011m 以 下 μ的水溶性粒子主要是硫酸铵等组成的 ,大于 1m 的粒子主要是氯化钠等组成的 。 这些物质的相变湿度大都在 80 %左右 。建议将相对湿度小于 80 %时的大气混浊视 野模糊导致的能见度恶化的天气现象确定为霾 ,相对湿度大于 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 。 建议尽快制定灰霾指数和预警 ,开展灰霾天气预测预报预警方法的研究和业务 平台建设 ,拓展气象服务领域 ,使环境气象产品更好地为社会公众服务 ,为政府实行 动态调控的环保的决策服务 。 关键词 : 霾 雾 灰霾 预警 引 言,即低能见度情 和霾的区别有不成文的规定 况下 ,相对湿度 ?70 %一律记为雾 ,相对湿度 由于经济规模的迅速扩大和城市化进程 ?60 %则记为霾 ,相对湿度在 60 %,70 %时 的加快 ,大气气溶胶污染日趋严重 ,由气溶胶 可记为雾也可记为霾 ,可视具体情况而定 ,如 造成的能见度恶化事件越来越多 ,因而在观 前期干燥 ,空气污染逐步加重时可记为霾 ,前 期下雨潮湿 ,天气逐步转好时可记为雾 ;北京 测实践中 ,常常会碰到和视程障碍相关联的 由观测员代代相传的不成文标准是以相对湿 天气现 象 定 名 问 题 , 即 当 能 见 度 小 于 10km 度大 于 70 %记 为 雾 或 轻 雾 , 相 对 湿 度 小 于 时 ,造成视程障碍的天气现象是霾还是轻雾 70 %记为霾 ; 安徽是全国唯一由省气象局业 务处 规 定 , 以 相 对 湿 度 大 于 70 %为 雾 或 轻 或雾呢 ? 全国没有统一的判别标准 ,南方大 雾 ,相对湿度小于 70 %为霾的省份 ; ??,而 多是用相对湿度的某一阈值来区分 ,绝大多 我国北 方 广 大 地 区 由 于 湿 度 水 平 一 般 比 较 ? 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 目数定得相当低 。比如 ,广东省规定由审核员 2004A30401002 ,广州市应用基础研究项目 2004J 120021 。 μ比较大 ,从几微米到 100m ,雾滴的直径大多 ,易于区分霾和雾这两种天气现象 ,故而大 低 μ在 4,30m 左右 ,肉眼可以看到空中飘浮的 多数地方未规定附加的相对湿度标准 。随着 雾滴 。由于液态水或冰晶组成的雾散射的光 近年来人们对大气气溶胶的认识逐渐深入 , 与波长关系不大 ,因而雾看起来呈乳白色或 越来越感觉到原来的判断标准缺乏理论依据 2 青白色。 和观测员实践经验的认同 。另外 ,各省五花 2 霾的主要特征 八门的标准也为相互比较和分析讨论科学问 空气中的灰尘 、硫酸与硫酸盐 、硝酸与硝 题设置了障碍 ,因而有必要形成一个有一定 科学基 础 , 并 得 到 同 行 认 同 , 统 一 的 区 分 标 酸盐 、有机碳氢化合物等粒子也能使大气混 准 。 浊 ,视野模糊并导致能见度恶化 ,如果水平能 () 1 部分地区目前区分霾与雾 轻雾 地区 RH 地区 RH 地区 RH (( ) ) 灰霾 Ash2Haze,香港天文台称烟霞 Haze。 ( )的相对湿度标准 % 见度小于 10000m 时 ,将这种非水成物组成的 70 70 广东 江苏 60,70 北京 霾与雾的区别在于发生霾时相对湿度不大 , 70 85,95 无 香港 安徽 新疆 ( ) 气溶胶系统造成的视程障碍称为霾 Haze或 ( 而雾中的相对湿度是饱和的 如有大量凝结 60 80 无 澳门 浙江 吉林 无 65 核存在时 , 相对湿度不一定达到 100 %就 可 湖南 广西 河北 无 60,70 无 无 上海 海南 辽宁 ) 能出现饱和。作者认为一般相对湿度小于 60,70 无 无 湖北 福建 江西 80 %时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶 1 雾的主要特征 化是霾造成的 ,相对湿度大于 90 %时的大气 首先来看一下雾的主要特征 。雾是由大 混浊视 野 模 糊 导 致 的 能 见 度 恶 化 是 雾 造 成 量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组 的 ,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 成的气溶胶系统 ,是近地面层空气中水汽凝 混合物共同造成的 ,但其主要成分是霾 。香 ( ) 结 或凝华的产物 ,几乎所有的气象学教科 港天文台同行认为 相 对 湿 度 小 于 85 %时 的 1 书都强调雾是由水滴或冰晶组成的,因而 大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾造 成的 ,相对湿度大于 95 %时的大气混浊视野 相对湿度应该是饱和的 。雾的存在会降低空 模糊导致的能见度恶化是雾造成的 ,相对湿 气透明度 ,使能见度恶化 ,如果目标物的水平 度介于 85 %, 95 %之间时 的 大 气 混 浊 视 野 能见度降低到 1000m 以内 ,就将悬浮在近地 模糊导致的能见度恶化是霾和雾的混合物共 3 同造成的。霾的厚度比较厚 ,可达 1,3km () 面空气中的水汽凝结 或凝华物的天气现象 左右 ,一般霾的日变化不明显 。霾与雾 、云不 ( ) 称为 雾 Fog; 而 将 目 标 物 的 水 平 能 见 度 在 一样 ,与晴空区之间没有明显的边界 ,霾粒子 1000, 10000m 的 这 种 现 象 称 为 轻 雾 或 霭 的分布比较均匀 ,因而在霾中能见度非常均 看不到空中飘浮的颗粒物 。由于灰尘 、硫酸 、 μ匀 ;而且灰霾粒子的尺度比较小 ,从 01001m () Mist。形 成 雾 时 大 气 湿 度 应 该 是 饱 和 的 ,其散射波长较长的光 硝酸等粒子组成的霾 μμ到 10m ,平均直径大约在 1,2m 左右 ,肉眼 比较多 ,因而霾看起来呈黄色或橙灰色 。由 (如有大量凝结核存在时 ,相对湿度不一定达 于在城市严重空气污染地区 ,霾可以频繁出 ) 到 100 %就 可 能 出 现 饱 和。就 其 物 理 本 质 现 ,又主要呈橙灰色 ,而且城市污染大气气溶 表 2 霾与雾的特征对照表 为灰霾天气 ,灰霾天气已经成为珠江三角洲 天气现象 雾 霾 地区一种严重的灾害性天气现象 。 尘 、硫酸与硫酸盐 、 3 雾与霾的区别成分 水滴 、冰晶 硝 酸 与 硝 酸 盐 、碳 氢化合物等 实际上 ,当相对湿度增加时 ,霾粒子吸湿 大气湿度 饱和 不饱和 成为雾滴 ,而相对湿度降低时 ,雾滴脱水后霾 μ1,100m μ01001,10m 粒子尺度 肉眼可见 几十至几肉眼看不见 粒子又再悬浮在大气中 ,霾和雾是可以互相 厚度 百米 乳白色 、青白1,3km 黄色 、橙灰颜色 色 清 晰 , 雾 层 中 能 转化的 ,但是 ,在观测和预报实践中 ,总要区 色 不 清 晰 , 霾 层 中 边界 见 能 度起伏明显分霾和雾 ,为方便识别 ,将霾与雾的区分要点 见度非常均匀 日变化 明显 不明显 4 吸湿性物质及其相变湿度 列于表 2 。严格按照物理意义 来 区 分 , 应 该 大气中可能存在的吸湿性气溶胶主要有 在空气饱和情况下 ,大气颗粒物造成视程障 氯化钠 、氯化铵 、硫酸铵 、硫酸钠等 。实际上 , 碍才是雾和轻雾 。如果造成视程障碍的粒子 μ通过近年来的大量观测 ,大气中 011m 以下 肉眼不可见 ,说明其尺度小至微米大小 ,根据 1 的 水 溶 性 粒 子 主 要 是 硫 酸 铵 组 成 的 , 大 于 开尔文定律,这样大小的水滴能稳定存在 μ1m 的粒子主要是氯化钠组成的 。而硝酸盐 并不被蒸发掉 ,需要相对湿度大于 100 % ,这 由于其饱和蒸气压比较低 ,挥发性比较强 ,比 在地球大气层中并不容易出现 ,因而 ,在大气 5 较难以气溶胶的形式稳定存在。其中氯化 未饱和时 ,这些粒子应该是霾 。大气科学词 钠是海 盐 粒 子 的 主 要 成 分 , 相 变 湿 度 78 % ; 典明确写到 :雾是“悬浮在贴近地面的大气中 硫酸铵也是水溶性气溶胶的主要成分 ,其相 ( ) 的大 量 微 细 水 滴 或 冰 晶 的 可 见 集 合 体 , 变湿度是 81 % 。表 3 列出了主要水 溶 性 气 ( ??雾的形成主要是空气中水汽达到 或接 6 ,7 溶胶的相变湿度,需要注意的是 ,任何吸 4 气溶胶 氯化钠 氯化铵 硫酸铵 硫酸钠 ) 近饱和 ,在凝结核上凝结而成 。”同时 ,大 气 78 % 80 % 81 % 93 % 相变湿度 湿性物质的相变湿度都与粒子直径有关 ,粒 科学词典也明确写到 :霾是“悬浮在大气中 的大有些非水溶性的气溶胶粒子也可以通过 子越小 ,相变湿度越大 ,因而 ,气溶胶粒子的 表面浸润成为凝结核 ,但要求相对湿度至少 量微小尘粒 、烟粒或盐粒的集合体 , ?? 组成 实际相变湿度比表 3 中的值还要大 。 达到 101 % ,即要求 1 %的过饱和度 。另外还 霾的粒子极小 ,不能用肉眼分辨 。当大 气凝 有一种情况 ,即当气溶胶粒子表面凹凸不平 表 3 水溶性气溶胶的相变湿度 结核由于各种原因长大时也能形成霾 。 在这时 ,在凹面仅仅需要不高的相对湿度就可以 种情况下水汽的进一步凝结可能使霾演 变为凝结 ,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 轻雾 、雾或云 。 ??在城市严重空气污 染地 一般不会转化为雾滴 。综上所述 ,建议东南 4 区 ,霾可以频繁出现 。”如此看来 ,我国 东南沿沿海各省在区分霾与轻雾或雾时 ,将相对湿 海各省自行补充规定以相对湿度区分 雾与霾度小于 80 %时的大气 混 浊 视 野 模 糊 导 致 的 大气混浊视野模糊导致的能见度恶化记为轻 ,因而将 般遵循宁可空报也不能漏报的原则 雾或雾 ,相对湿度介于 80 %,90 %之间时的 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 ,也有些 大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾和 8 、9 地方将 其 称 为 烟 尘 雾 、烟 雾 、干 雾, 相 对 雾的混合物共同造成的 ,但其主要成分是霾 , 湿度阈值提高对服务效果是有利的 。 可以由观测员根据经验和天气演变特征记为 () ( )表 4 灰霾 烟霞指数与警报分级表 RH < 90 % () 霾或者轻雾 雾。 能见度/ m 指数等级 服务描述 警报等级 () > 15000 1 5 建议的灰霾 没有灰霾天气 烟霞指数与警报 2 10000,15000 轻度灰霾天气 近几年 来 , 在 我 国 大 城 市 中 , 由 于 工 业 3 黄色 5000,10000 中度灰霾天气 橙色 4 2000,5000 重度灰霾天气 化 、城市化 、交通运输现代化的迅速发展 ,化 红色 5 < 2000 严重灰霾天气 ( ) 石燃料 煤 、石 油 、天 然 气的 消 耗 量 迅 猛 增 6 小 结 综上所述 ,由于经济规模的迅速扩大和 加 ,汽车尾气 、燃油 、燃煤 、废弃物燃烧直接排 城市化进程的加快 ,大气气溶胶污染日趋严 放的气溶胶粒子和气态污染物通过光化学反 重 ,霾与雾的区分成为一个非常现实 ,又迫切 应产生的二次气溶胶污染物日增 ,使得灰霾 需要解决的问题 。而过去东南沿海各省不成 现象日趋严重 ,已经成为一种新的灾害性天 文规定的用相对湿度区分的标准普遍偏低 , () 气 图 1 、图 2。公众经常抱怨 ,在广州晚上 将大量霾记成了轻雾或雾 。区分霾和雾 ,应 看不见星星 ,白天看不到太阳 ,广州的灾害性 该根据影响天气系统的变化 ,结合表 1 的各 灰霾天气堪与北方沙尘暴天气相比 ,而且其 种判据来确定 。考虑到近几年对气溶胶研究 组成成分中有许多有毒有害物质 ,对人体健 μ的新成果 ,大气中 011m 以下的水溶性粒子 康和环境的危害远大于沙尘暴 ,因而 ,需要尽 图 1 广州 1954 至 2004 年灰霾天气出现天数分布 μ主要是硫酸铵组成的 ,大于 1m 的粒子主要 快建立大气灰霾天气预测预报预警系统和机 ()能见度 ?10km ,相对湿度 ?90 % 是氯化钠组成的 。而硝酸盐由于其饱和蒸气 制 。表 4 是建议的灰霾指数与警报分级表 。 压比较低 ,挥发性比较强 ,比较难以气溶胶的 形式稳定存在 。而氯化钠是海盐粒子的主要 成分 ,相 变 湿 度 78 % ; 硫 酸 铵 也 是 水 溶 性 气 溶胶的主要成分 ,其相变湿度是 81 % 。建议 将相对湿度小于 80 %时 的 大 气 混 浊 视 野 模 图 2 广州 2002 至 2004 年灰霾天气出现天数的逐 糊导致的能见度恶化的天气现象确定为霾 , ( 月分布 2002 年 85 天 , 2003 年 98 天 , 2004 年 相对湿度大于 90 %时 的 大 气 混 浊 视 野 模 糊 )144 天 ;能见度 ?10km ,相对湿度 ?90 % 2 吴兑 ,邓雪娇. 环境气象学与特种气象预报. 北京 : 气象 测预报预警方法的研究和业务平台建设 ,拓 出版社 ,2001 :25,31 . 展气象服务领域 ,使环境气象产品更好地为 3 林 邝 泗 莲 , 林 静 芝. Re : 灰 霾 烟 霞 之 我 见 , 私 人 通 信 , 社会公众服务 ,为政府实行动态调控的环保 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 措施的决策服务 。 社 ,1994 :677 ,408 . 致谢 :感谢新疆张建新高工 、吉林廉毅研究员 、澳门 5 吴兑. 南海北部大气气溶胶水溶性成分谱分布特征. 大 侯尔滨先生 、香港林邝泗莲女士 、河北段英研究员 、江西李 () 气科学 , 1995 , 19 5: 615,622 . 6 吴兑等. 人工降雨基础知识与实施技术. 北京 :气象出版 玉林研究员 、辽宁班显秀研究员 、湖南葛毅华高工 、湖北陈 社 ,1993 :41,43 . 正洪研究员和徐永和高工 、广西董蕙清高工 、上海谈建国高 7 S 图梅. 大气气溶胶. 王明星 ,王庚辰等译. 北京 : 科学出 工 、海南黄彦彬高工 、北京张蔷研究员 、福建曾光平研究员 、 版社 ,1984 ,50,65 . 8 周小刚 ,王强. 北京城市重烟尘雾与水雾过程的边界层 江苏沈树勤研究员 、安徽蒋年冲高工 、浙江王伟平高工提供 参考文献 () 结构. 气象科技 ,2004 ,32 6:404,409 . 9 ( ) 各地区霾与雾 轻雾区别的标准 ,特此致谢 。 1 盛裴宣 ,毛节泰 ,李建国等. 大气物理学. 北京 :北京大学 江玉华 ,王强 ,李子华等. 重庆城区浓雾的基本特征. 气 出版社 ,2003 :299,322 . () 象科技 ,2004 ,32 6:450,455 . A Discussion on Difference between Haze and Fog and Warning of Ash Haze Weather 1 ,2Wu Dui (1 . Institute of Tropical and Marine Meteorology ,CMA , Guangzhou 510080 ; )2 . Department of Atmospheric Science , Sun Yat2sen University Abstract Along with the rapid development of economy and urbanization , atmospheric aerosol pollution is be2 coming worse . It is becoming a practical matter to distinguish haze and fog , and also an urgent issue need to be solved. In the past the operational standard by using relative humidity to discern fog and haze is commonly on the low side over the southeast coastal provinces. To distinguish fog and haze should be based on the change of influencing weather system combining other influencing factors. According to the μnew researches on aerosol in the recent years , the main water soluble particles less than 011m diameter μin the atmosphere are mainly composed by vitriol ammonium , while large than 1m diameter are sodium chloride . The relative humidity for those matters is approximately 80 % , so it is suggested that the weath2 er phenomena , the visibility deterioration caused by atmospheric turbidness resulting in blur of visual field , is determined as haze when relative humidity is less than 80 % , while as fog when relative humidity is large than 90 % , and as the mixture of haze and fog the main constitutes are still haze when the relative humidity is between 80 % and 90 %. It is also suggested that to set down as soon as possible the ash haze index and its warning method , to develop the study on method of predicting and warning ash haze weather and to construct the operational platform , to open up the field of meteorological services , putting the products of environmental meteorology into public service . Key Words :haze fog ash haze warning