雾、轻雾与霾区分的概念模型与经验公式
雾、轻雾与霾区分的概念模型与经验公式

雾、轻雾与霾区分的概念模型与经验公式Fog、mist and haze to distinguish between the conceptual modeland empirical formula燕建军民航华北空管局北京气象中心,100621摘要:为了使气象观测预报人员在实际工作中能够合理、准确的区分雾、轻雾与霾,最大限度的为用户提供高质量的气象服务。
本文在学习和分析雾、轻雾与霾的组成、特点、标准及变化趋势的基础上,改进原有的概念模型和经验公式,重新建立了雾、轻雾与霾区分的概念模型和经验公式。
而且,实际天气过程的检验效果十分理想,为今后气象观测预报人员区分雾、轻雾与霾提供了很好的借鉴和参考。
关键词:霾气溶胶概念模型经验公式1引言轻雾是指空气层中悬浮着微小水滴或吸湿性潮湿粒子,使地面水平能见度在1-10km的天气现象。
雾是指近地面的空气层中悬浮着大量微小水滴(或冰晶),使水平能见度降到1km 以下的天气现象。
霾是指悬浮在空中肉眼无法分辨的大量微粒,使水平能见度小于10km的天气现象。
[1][2][3][4][5][6]它们虽然都是漂浮在大气中的微小粒子,都能使能见度恶化从而形成灾害性天气,但其组成成分和形成过程以及对人们的危害是完全不同的。
随着近年来对大气气溶胶物理化学性质的深入了解和有关部门拓展气象服务的需要,在观测预报业务上越来越需要明确的区分轻雾、雾与霾现象。
2雾霾的发展趋势雾、轻雾、霾现象是近年来影响我国中东部大气能见度最主要的天气现象,对人们的生产生活特别是航空运输有着非常重大的影响。
在对北京首都国际机场2000年至2013年的气象观测数据统计中也证实,雾、轻雾和霾现象在人们现在生活中的出现频率非常高,特别是霾,有明显逐年增加的趋势。
见表1首都国际机场2007年1月至2013年12月视程障碍天气日数统计表。
表1 首都国际机场2007年1月至2013年12月视程障碍天气日数统计表年份HZ(天)BR(天)FG(天)DU(天)FU(天)SA(天)2000 1 180 24 16 209 202001 1 202 18 20 174 202002 0 183 20 20 173 182003 1 212 27 4 183 12004 1 193 21 10 173 112005 61 175 20 17 144 182006 74 188 27 23 161 212007 156 190 18 6 80 72008 157 194 7 6 50 92009 195 181 9 4 9 62010 175 199 8 13 19 122011 162 185 13 8 27 92012 194 192 15 9 13 52013 215 183 19 2 1 33雾、轻雾与霾的特征和标准3.1易于混淆的视程障碍现象根据中国气象局和民航地面气象观测规范的定义,影响视程的天气现象主要有轻雾、雾、霾、烟、浮尘、扬沙、沙暴、尘暴和尘卷风、吹雪等。
霾和雾的区别

霾和雾的区别雾和霾是两种不同的视程障碍现象。
雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴组成,使水平能见度低于1km的空气浑浊现象。
能见度在1~10km的称为轻雾。
霾是大量微小尘粒、烟粒或盐粒等均匀浮游空中,使水平能见度低于10km的空气普遍混浊形象。
雾霾形成有三个要素:一是生成颗粒性扬尘的物理基源。
我国有世界上最大的黄土平高原地区,其土壤质地最易生成颗粒性扬尘微粒。
二是运动差造成扬尘。
例如,道路中间花圃和街道马路牙子的泥土下雨或泼水后若有泥浆流到路上,一小时干涸后,被车轮一旋就会造成大量扬尘,即使这些颗粒性物质落回地面,也会因汽车不断驶过,被再次甩到城市上空。
三是扬尘基源和运动差过程集聚在一定空间范围内,颗粒最终与水分子结核集聚成霾。
目前来看,在我国黄土平高原地区350多座城市中,雾霾构造三要素存量相当丰裕。
雾与霾的区别主要包括:1.能见度范围不同。
雾的水平能见度小于1公里,霾的水平能见度小于10公里。
2.相对湿度不同。
雾的相对湿度大于90%,霾的相对湿度小于80%,相对湿度介于80-90%是霾和雾的混合物,但其主要成分是霾。
3.厚度不同。
雾的厚度只有几十米至200米左右,霾的厚度可达1-3公里左右。
4.边界特征不同。
雾的边界很清晰,过了“雾区”可能就是晴空万里,但是霾与晴空区之间没有明显的边界。
5.颜色不同。
雾的颜色是乳白色、青白色,霾则是黄色、橙灰色。
6.日变化不同。
雾一般午夜至清晨最易出现;霾的日变化特征不明显,当气团没有大的变化,空气团较稳定时,持续出现时间较长。
干霾、湿雾是雾和霾的显著区别干气溶胶粒子和有气溶胶粒子参与的云雾滴是霾和雾的主要成分,也是二者最主要区别。
通俗来说,霾比较“干”,而雾比较“湿”。
判断雾和霾哪个偏多,空气湿度是重要的依据。
一般说来,在雾—霾现象中,当大面积观测到的空气相对湿度大于90%时,雾—霾中以雾为主导;当大面积观测到的空气湿度低于80%时,以霾为主导。
之所以用空气湿度作为雾和霾区分的依据,是因为水汽在雾—霾变化中扮演着重要角色。
关于雾与霾天气现象的辨别研究

关于雾与霾天气现象的辨别研究雾和霾是两种不同的天气现象,它们在气象特征上有所区别。
本文将探讨关于雾和霾天气现象的区分方法和研究。
雾是指空气中水汽凝结形成的悬浮液滴,使得能见度降低的气象现象。
雾的主要成因有四种:辐射冷却、大气稳定、水汽饱和和大气湿度高。
雾的形成通常发生在夜间或清晨,周围环境潮湿,气温接近露点温度。
出现雾的地区常常是低洼地形或水域附近。
霾是指大气中的悬浮颗粒物质,如烟尘、颗粒物和化学气体,使得能见度降低的气象现象。
霾的主要成因包括大气污染、工业排放和汽车尾气,其中颗粒物质和化学气体是主要因素。
霾通常在干燥的条件下形成,气温较高,大气稳定,风速较低。
通过比较雾和霾的特征,可以采用下面的几种方法来辨别雾和霾:1. 观察能见度:雾天能见度较低,一般在1公里以下,而霾天能见度大于1公里。
这是因为雾是由水汽凝结形成的悬浮液滴,而霾是由颗粒物质和化学气体组成的悬浮颗粒物质。
2. 检测颗粒物浓度:可以通过测量空气中颗粒物的浓度来判断是雾还是霾。
雾的颗粒物浓度较低,霾的颗粒物浓度较高。
可以使用颗粒物传感器或者空气质量监测仪来进行测量。
3. 分析大气中的化学成分:霾的成分通常包括颗粒物质和化学气体,如二氧化硫、氮氧化物等。
可以通过分析大气中的化学成分来确定是霾还是其他气象现象。
4. 使用气象雷达:气象雷达可以对雾和霾进行探测。
雾通常会在地面上形成反射信号,而霾则会在一定高度上形成反射信号。
通过对雷达图像的分析,可以判断是雾还是霾。
在研究雾和霾的区别方面,可以从以上的方法出发,通过实地观测和大气化学分析,收集数据并进行统计分析。
通过对雾和霾特征的深入研究,可以更好地理解和预测这两种天气现象的形成和演化规律,为相关气象预报和污染控制提供科学依据。
雾和霾是两种不同的天气现象,通过观察能见度、检测颗粒物浓度、分析化学成分和使用气象雷达等方法,可以辨别雾和霾。
研究雾和霾的特征和成因对于气象预报和环境保护具有重要意义。
雾、轻雾与霾区分散概念模型与经验公式

雾与霾区分 的概念模型 ( 吴兑 ,2 0 0 5 )
( %)
轻 雾 与雾 的标 准 ( 2 0 0 6 )和 首都 机场 雾 霾概念 模 型 ( 燕 建军 ,
2 0 1 0 ) 。通过理论 分析 ,结合 实际工作 ,将能 见度 < l O k m且 相 对湿度在 7 0 % ~9 0 % 之 间的 区间 ,同时综 合能见度和相对湿度
在 1 0~ l O 0 0 m时 ,对 角线左边为霾 ,右边为轻雾 。
雾霾现象概念模型 ( 燕建军 ,2 0 1 0 , ( %)
2 . 用 经验 公 式 区 分 雾 、轻 雾与 霾
由于 实际的能 见度和相 对湿度都 是随时 变化的 ,概念模型
3 5
图3 雾霾现象概念模型
中虽然从 框架上 已经很清 晰的把 3 种现 象做 了区分 ,但 并不能 直观 的体 现实 际变化的具 体数值 。为了能够 涵盖实 际工作 中的 所有情 况 ,把分 界线变成 关于能 见度和相 对湿度 的 函数 ,并 通
则
相 对湿 度 + 2 ×能 见度 一 9 0 = R
( 3 )
当R 1 时 ,为 雾 类 } 当 R< 1 时 ,为 霾 。
四 、讨 论
在 自然界 中 ,雾 ( 包括 轻雾 )霾 在一 定条 件下 是共 存 的 , 云雾和 降水都是 以霾的身份 为生命起 点的核通过 核化凝 结或凝 华的结果 ,白天笼 罩在地形 上的霾 ,在 夜晚 因辐射降温 造成 的 饱和 形成辐射 雾。可以说 没有霾做 凝结核 的情 况下 ,在 自然界 中很 难形成雾 。 由于组成 霾的大 气气溶胶是 多种 多样的 ,不 同 的气溶胶粒 子的相变 湿度 、曲率 特性以及 粒子形状 、大小和 物 理 化学性 质均有所 不同 ,因此 即便其 它气象条件 相 同,它们的 雾霾转换 时机 也不尽相 同。 另外 ,气象的观 测是对一 项或几项 气象要 素的估测 。 由于 受气象要素本身在空 间和 时间上的多变性 、脉动性和 仪器性能 、
轻雾与霾的判别

2 轻 雾与 霾的颜 色
由于轻雾 中 的小 水滴 散射 的光与 波长 关系 不大 ,因而 雾 看起来 呈乳 白色 或青 白色 ( 散射 全色光 ) 。如 以高大 建筑 物 为背 景 , 可 以观测到 高度越 高雾 幕 的颜 色越 浅 。 这是 因为 地 面 的辐 射冷 却作用 较强 ,接 近地面 的潮 湿空气 容易 发生 凝结 , 所 以常是 上稀下 浓 。 由灰 尘 、 烟粒 、 硫酸、 硝酸 等粒子 组成 的霾 , 其 散射 波 长 较 长 的可见光 较 多 , 因而霾看 起来 远处 光亮 物体微 带黄 色 、 红色 , 黑 暗物体 微带蓝 色 。形 成霾 的干尘 粒尺 度极 细微 , 且
关键词 : 轻 雾 ;霾 ;判 别 方 法 中 图分 类 号 : P 4 2 7 文献标识码 : A 文 章 编号 : 1 0 0 2 — 2 0 4 X( 2 0 1 3 ) 0 3 — 0 0 8 6 — 0 2
Di s c r i mi n a t i o n o f L i g h t f o g a n d Ha z e
8 6
宁 夏农 林 科 技 ,N i n g x i a J o u r n a l o f A g r i . a n d F o r e s . S c i . & T e c h .2 0 1 3 , 5 4 ( 0 3 ) : 8 6 — 8 7
轻雾与霾的判别
孔 征着 不 同的天 气状况 。 轻雾 是 由于大 气 中水 汽饱 和发生 凝结 而产 生 的一 种视 程 障碍 , 霾 是 在空 气 干燥 的情 况下 大量极 细微尘 粒悬 浮其 中而形 成 的 。但 在 实 际测 报 工作 中 , 出现 了不少 此类 判 断失 误 , 将霾 记 为轻 雾 或将 轻雾 记为霾 , 造成气 象观 测资 料不 准确 , 使 资料 可 比 性 降低 。究 其原 因 , 这 种失 误 多发 生在 轻雾 与霾 相继 出现
如何区分雾和霾

如何区分雾和霾近些年来,随着空气污染的严重,雾霾逐渐成为了一个很人们的话题。
大家口中所说的雾霾并不是一种物体,你知道二者的区别有哪些吗?北京桃源仙居的空气净化专家为你分析雾和霾的区别。
1.存在形态的区别:雾:雾是悬浮于空气中的水滴小颗粒。
霾:霾是悬浮于空气中的固体小颗粒,包括灰尘、硫酸、硝酸等各种化合物。
2.颜色不同:雾:雾是由小水滴构成,由于其物理特性,散射的光与波长关系不大,因此雾呈乳白色,青白色。
霾:霾是由各种化合物构成,由于其物理特性,散射波长较长的光比较多,黄色,橙灰色。
3.含水量的区别:雾:相对湿度(含水量)大于90%的空气悬浮物。
霾:相对湿度(含水量)小于80%的空气悬浮物。
相对湿度介于80%-90%的为雾霾混合物。
4.分布均匀度不同:as雾:雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统,是近地面层空气中水汽凝结的产物,雾在空气中分布不均匀,越挨近地面密度越大。
霾:霾的粒子较小,质量较轻,在空气中均匀分布。
5.能见度不同:雾:由于雾越接近地面的地方密度越大,对光线的影响也越大,能见度很低,一般在1公里之内。
霾:霾在空气中均匀分布,颗粒较小,密度较低,对光线有一定影响,但影响没有雾大,能见度较低,一般在十公里之内。
6.垂直厚度不同:雾:由于小水滴质量较大,受重力作用,云会贴近地面,厚度一般为几十米到二百米。
霾:霾粒子质量轻,分布较均匀,厚度一般可达1-3千米。
7.边界明晰度不同:雾:由于雾的范围小,密度大,对光线影响大,因此雾的边界明显。
霾:霾的范围广,密度小,颗粒较小,与晴空区有一定的过渡效果,边界不明显。
持续时间不同:雾:小水滴在重力作用下沉向地面,大气温度升高也会使水滴蒸发,雾气只会越来越少,持续时间短。
霾:固体小颗粒一般不分解,不沉降,消解速度慢,持续时间长。
8.社会影响不同:雾:雾是悬浮在空中的微小水滴,过一段时间会降落到地面,对人们生活、健康影响不大。
霾:霾是各种化合物的小微粒,对人体健康和植物都有害。
地面观测中霾与雾的识别

地面观测中霾与雾的识别郑都华吴云向勇(巴东县气象局,444300)摘要:随着人类活动对环境影响的最强,霾与雾的观测和识别越来越重要。
本文通过文献综述的方法,结合观测实际,认为可以通过相对湿度、四周能见度分布、颜色和大气要素变化等来区分霾和雾,并认为以80%作为区分霾与轻雾的相对湿度标识也符合山区观测实际。
关键词:霾雾相对湿度识别1 雾和霾的定义根据《地面气象观测规范》,雾是大量微小水滴浮游空中,常呈乳白色,使水平能见度小于1.0Km。
轻雾指微小水滴或已湿的吸湿性质颗粒所构成的灰白色的稀薄雾幕,使水平能见度大于等于1.0Km至小于10.0Km。
霾是大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中,使水平能见度小于10.0Km的空气普遍混浊现象。
雾和霾的形成机理相似但又不同,相同的是都要求大气层结稳定,不同的是雾的形成需要增加水汽,而霾的形成需要增加霾粒子。
雾是空气中水汽凝结(凝华)的产物,由水滴或冰晶组成,雾滴是少见或者罕见的,尺度范围是3~100μm,其相对湿度应该是饱和的,但由于凝结核的存在和仪器测量误差,测得的相对湿度不一定达到100%。
在空气中雾形成的关键是水汽要能够达到过饱和。
在一定温度下,空气能容纳的水汽是有限度的,超过了这个限度,空气中的水汽就达到了过饱和;或者水汽不增加,温度下降到一定程度,空气也可以达到过饱和。
也就是说空气过饱和有两种途径,一种是增加水汽,一种是降温,在天气图上有水汽输送、冷平流或者地面辐射降温。
雾或者轻雾与锋面、冷暖平流和辐射降温等有关,有明显的天气学指示意义近地层大气中每时每刻都有霾粒子存在,主要有悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒等,粒子尺度范围是0.001~10μm,霾中空气较干燥。
霾的形成需要霾粒子的大量增加,天气形势上就需要近地层大气有较长时间的逆温存在,水平方向上静风多。
霾的出现有重要的空气质量指示意义,与废气排放等大气污染密切相关。
吴兑等论证认为[1],在自然环境中,硫酸盐、硝酸盐、铵盐、海盐等吸湿性气溶胶粒子没有可能单纯通过湿度增加吸湿增长成为雾滴,虽然大气中可能存在的吸湿性气溶胶的相变湿度比较低,但那是在曲率非常小的情况下试验的结果,任何吸湿性物质的相变湿度都与粒子直径有关,粒子越小,相变湿度越大,气溶胶粒子的实际相变湿度比室内实验值还有大的多。
雾&霾

另一种是使用14时实测值,用于分析能见 度小于10km的资料必须同时满足以下3个 条件:午后14时; 05 (霾) 、10 (轻雾) 、 42 (雾) ;相对湿度小于90%的记为一个霾 日, 相对湿度大于90%的记为一个轻雾日。 如果能见度小于1km,用同样的条件分别记 为霾日和雾日。 以相对湿度90%为界对雾 (轻雾) 、霾进行划分, 当相对湿度达到 90%以上时认为是雾, 小于90%认为是霾。
霾粒子的粒径比较小,一般小于1μm,肉眼 无法看到。而雾滴的尺度比较大,从几微 米到100微米,平均直径大约在10-20 μm左 右,肉眼可以看到空中飘浮的雾滴; 霾粒子散射波长较长的光比较多,因而霾 看起来呈黄色或橙灰色。而由于液态水或 冰晶组成的雾散射的光与波长关系不大, 因而雾看起来呈乳白色或青白色; 霾指示空气质量,而雾或轻雾指示明确的 天气意义。
分辨雾与霾的误区
多年来, 有些台站的观测员与预报员习惯性 在能见度低于10km时将相对湿度 70% 作为 区分水雾与霾的界线, 有些审核员也将此作 为判误的标准。实际历史上国家气象部门 从来没有过以相对湿度70 %界定轻雾与霾 的补充规定。
识别雾与霾的概念模型பைடு நூலகம்
为了与现在使用的中国 气象局编制的审核软件 中有关的疑误信息相衔 接,将能见度在小于 1km,排除降水、吹雪、 雪暴、沙尘暴、扬沙、 浮尘和烟幕等视程障碍 现象之后,将相对湿度 的阈值定为95%,作为 区分雾与霾的辅助判据 是合理的。
雾与霾的联系
霾粒子作为气溶胶当相对湿度增加到超过 100%时,吸湿成为雾滴;而相对湿度降低 时,雾滴脱水后霾粒子又再悬浮在大气中, 因此霾和雾在特定条件下是可以相互转化 的。
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雾、轻雾与霾区分的概念模型与经验公式Fog、mist and haze to distinguish between the conceptual modeland empirical formula燕建军民航华北空管局北京气象中心,100621摘要:为了使气象观测预报人员在实际工作中能够合理、准确的区分雾、轻雾与霾,最大限度的为用户提供高质量的气象服务。
本文在学习和分析雾、轻雾与霾的组成、特点、标准及变化趋势的基础上,改进原有的概念模型和经验公式,重新建立了雾、轻雾与霾区分的概念模型和经验公式。
而且,实际天气过程的检验效果十分理想,为今后气象观测预报人员区分雾、轻雾与霾提供了很好的借鉴和参考。
关键词:霾气溶胶概念模型经验公式1引言轻雾是指空气层中悬浮着微小水滴或吸湿性潮湿粒子,使地面水平能见度在1-10km的天气现象。
雾是指近地面的空气层中悬浮着大量微小水滴(或冰晶),使水平能见度降到1km 以下的天气现象。
霾是指悬浮在空中肉眼无法分辨的大量微粒,使水平能见度小于10km的天气现象。
[1][2][3][4][5][6]它们虽然都是漂浮在大气中的微小粒子,都能使能见度恶化从而形成灾害性天气,但其组成成分和形成过程以及对人们的危害是完全不同的。
随着近年来对大气气溶胶物理化学性质的深入了解和有关部门拓展气象服务的需要,在观测预报业务上越来越需要明确的区分轻雾、雾与霾现象。
2雾霾的发展趋势雾、轻雾、霾现象是近年来影响我国中东部大气能见度最主要的天气现象,对人们的生产生活特别是航空运输有着非常重大的影响。
在对北京首都国际机场2000年至2013年的气象观测数据统计中也证实,雾、轻雾和霾现象在人们现在生活中的出现频率非常高,特别是霾,有明显逐年增加的趋势。
见表1首都国际机场2007年1月至2013年12月视程障碍天气日数统计表。
表1 首都国际机场2007年1月至2013年12月视程障碍天气日数统计表年份HZ(天)BR(天)FG(天)DU(天)FU(天)SA(天)2000 1 180 24 16 209 202001 1 202 18 20 174 202002 0 183 20 20 173 182003 1 212 27 4 183 12004 1 193 21 10 173 112005 61 175 20 17 144 182006 74 188 27 23 161 212007 156 190 18 6 80 72008 157 194 7 6 50 92009 195 181 9 4 9 62010 175 199 8 13 19 122011 162 185 13 8 27 92012 194 192 15 9 13 52013 215 183 19 2 1 33雾、轻雾与霾的特征和标准3.1易于混淆的视程障碍现象根据中国气象局和民航地面气象观测规范的定义,影响视程的天气现象主要有轻雾、雾、霾、烟、浮尘、扬沙、沙暴、尘暴和尘卷风、吹雪等。
根据定义,其中的大多数并不难区分,容易混淆并有一定区分难度的是轻雾、雾与霾。
由于它们之间既能相互转变,又有彼此共存,多年来,准确的识别和区分轻雾、雾与霾一直是气象观测工作的难点。
随着近年来霾现象日趋严重,极大的影响了人们的生产生活品质,因此合理准确的区分雾、轻雾与霾,在目前显得尤为重要。
3.2轻雾、雾与霾的定义和特征一般雾的厚度比较小,常见的辐射雾的厚度大约在几十米到一二百米左右,日变化明显。
雾和云一样,与晴空区之间有明显的边界,雾滴浓度分布不均匀,因而在雾中能见度有比较大的起伏。
雾滴的尺度比较大,从几微米到100微米,大多集中在4-30微米之间,肉眼可以看到空中飘浮的雾滴,因而有飘动感。
由于液态水或冰晶组成的雾散射的光与波长关系不大,因而雾看起来呈乳白色或青白色(散射全色光)。
[7][8][9]霾是悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒、或盐粒的集合体,组成霾的粒子极小,在0.001-10微米之间,不能用肉眼分辩。
霾粒子分布均匀,可以出现在空中任何高度,且日变化不明显。
[10][11]远山、森林等深色物体呈浅蓝色;太阳、雪山等光亮物体呈黄色或桔黄色。
[12][2]轻雾是能见度在1-10公里时,由空气层中悬浮着微小水滴或吸湿性潮湿粒子构成。
与霾相比,相对湿度较大,与雾相比,能见度较高。
[2]3.3水溶性气溶胶的相变特性大气中可能存在的吸湿性气溶胶主要有氯化钠、氯化铵、硫酸铵硫酸钠等。
而实际上,大气中0.1μm以下的水溶性粒子主要是硫酸铵组成的,大于1μm的粒子主要是氯化钠组成的。
它们的相变湿度如下表所示[13]。
表2 水溶性气溶胶的相变湿度气溶胶氯化钠氯化铵硫酸铵硫酸钠相变湿度(%) 78 80 81 93根据上述水溶性气溶胶的相变湿度值可知,当有吸湿性粒子存在时,相对湿度低于100%也可以形成轻雾,考虑到仪器导致的误差1-8%[14],轻雾的相对湿度应至少大于70-77%。
但此时的粒子还不能算是雾滴,要形成雾滴,要有像凌晨辐射降温那样的过程,使液态水析出才行[13]。
根据吴兑等2007年在南岭山地雾综合观测试验,出现雾时,最小相对湿度为91%[15]。
3.4相关建议参考在不同历史时期,WMO曾经给出过的区别雾、霾建议中,有使用相对湿度作为辅助判据的。
如在WMO1984年和1996年的报告中,建议霾的相对湿度大约低于80%;而对于轻雾,在2005年的报告中建议相对湿度大于95%(以上建议只是在能见度1-5KM之间适用)[13]。
在中国民航气象2012版《地面气象观测规范》中,建议轻雾的相对湿度通常在75%以上[2]。
3.5目前区分方法中的不足从3.4中可以看出,不同历史时期和不同气象机构给出的标准是不同的。
这些差异充分体现了长期以来对组成霾的气溶胶粒子的认识及相关知识的积累过程。
在上面的建议中都是把相对湿度值作为了单一的标尺,没有充分考虑到大气气溶胶的物理化学性质、曲率大小、颗粒形状及粒子浓度等对能见度的影响,也没有充分考虑到天气现象在一定条件下具有连续的特征。
单从3.3的试验结果看,建议轻雾的相对湿度至少要大于75%,雾的相对湿度至少要大于95%是有一定理论基础的。
但在实际观测工作中就会出现一些常见的弊端和不足,使得观测结果虽然从表面看并不违反现有规范的规定,甚至是合理的,但往往不符合实际的天气发展规律。
比如在民航规范中的规定是轻雾的相对湿度通常在75%以上[2]。
根据这条规定,观测员在实际值班中就会认为只要能见度大于等于1000米,相对湿度在75%以上就可以报轻雾,不管能见度是1000米还是9000米。
这样,就会造成能见度已经下降到1000米时,相对湿度76%还在报轻雾,而当能见度继续下降到1000米以下时,虽然湿度为76%甚至80%,却要把天气现象转为霾。
因为此时如果报雾,相对湿度太低,如果报轻雾则能见度不符合规定的标准。
正是由于有了这条规定性建议,人为使得本来连续的现象变得不连续了,给错误的观测结果提供了合法的依据。
在自然界中,雾更多的时候是和轻雾联系在一起,由轻雾逐步发展而来,甚至在很多专业书籍里它们的定义都是一个,只是影响能见度的程度不同而已。
正常情况下,夜晚辐射冷却进一步加强,轻雾粒子继续吸湿增长,使能见度下降的结果应该是雾才符合天气系统的发展的规律。
除非引起能见度下降的原因是由于突然有大量较干的霾粒子加入,但如果突然有大量新粒子加入,在水汽含量跟不上的情况下会使相对湿度也随之下降。
例如2014年2月11日凌晨,当时天空无云,受3秒/米的偏东北风影响,0:30分以后,首都机场地区空中污染物增多,能见度快速从10公里下降到6公里。
本来夜间微风无云应该是辐射降温使相对湿度增加的,但1点钟的相对湿度却从67%下降到62%,就是典型的东北方向顺义生活区污染物大量移入本场,吸收了空气中的水汽,使能见度和相对湿度同时下降的情况。
2014年2月15日也是这种情况,早晨6-7点钟,由于首都机场的偏东北风,带来了大量当地居民冬季取暖产生的干霾粒子,使能见度下降的同时,相对湿度也明显下降。
4雾霾区分方法的改进与拓展4.1概念模型的改进雾霾概念模型是指为了方便记忆和理解,将雾、轻雾和霾区分的建议标准直观的体现在二维坐标系中的方法。
目前使用的概念模型有霾与雾区分的概念模型(吴兑,2005)(如图1所示)[7][13];广东省气象局观测霾、轻雾与雾的标准(2006)(如图2所示)[13]和首都机在图1[6][13]中,吴兑认为相对湿度小于80%大于50%时为干霾;相对湿度大于80%小于95%时为湿霾;相对湿度大于95%且能见度大于等于1000米时为轻雾,小于1000米时为雾。
在这个模型中,主要体现的是相对湿度一定要在空气湿度达到饱和状态时才能出现雾或轻雾,而现在轻雾的定义中明确了吸湿性粒子的成分,因此该模型与现有定义存在一定差异。
在图2[13]中,广东省气象局规定,当相对湿度小于80%时为霾;相对湿度在80%-95%之间时,如果能见度大于等于1000米为霾或轻雾,如果能见度小于1000米为霾或雾;当相对湿度大于95%时,如果能见度大于等于1000米为轻雾,如果能见度小于1000米为雾。
在广东省气象局规定中,相对湿度在80%-95%之间时,主要还是靠人工去区分,标准过于粗狂。
在图3[14]中,燕建军认为相对湿度小于60%时为霾;相对湿度在60%-90%之间时,以能见度1公里为步长,沿能见度下降和相对湿度增加的方向做阶梯状划分,阶梯线左边为霾,右边为轻雾;当相对湿度大于90%时,如果能见度大于等于1000米为轻雾,小于1000米为雾。
在这个模型中,虽然体现了随相对湿度的增加,雾霾粒子增大,能见度下降的理念,但起始相对湿度值定得偏小,且划分湿度间隔大,也有一定的缺陷。
为了能够更加合理的区分和判断轻雾、雾与霾,本文参照原霾与雾区分的概念模型(吴兑,2005)、广东省气象局观测霾、轻雾与雾的标准(2006)和首都机场雾霾概念模型(燕建军,2010)。
通过理论分析,结合实际工作,将能见度小于10公里且相对湿度在70%-90%之间的区间,同时综合能见度和相对湿度两个因素再次进行划分,以弥补原有建议和标准中的不足,如图4所示。
将图4中多余的线段去掉,得到图5。
在这个模型中,横坐标是相对湿度,纵坐标是能见度。
当相对湿度大于90%且能见度小于1000米时为雾;当相对湿度大于90%且能见度大于1000米小于10公里时为轻雾;当相对湿度小于90%且能见度小于1000米时为霾;当相对湿度小于70%且能见度在10公里至1000米之间时为霾;当相对湿度小于90%大于70%且能见度在10公里至1000米时,对角线左边为霾,右边为轻雾。
4.2 用经验公式区分雾、轻雾与霾由于实际的能见度和相对湿度都是随时变化的,概念模型中虽然从框架上已经很清晰的把三种现象做了区分,但并不能直观的体现实际变化的具体数值。