评论今天科学网新闻“‘谜雾’追踪：中英科学家共探超大城市大气污染及健康影响”

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/12/395863.shtm

这是“一项重大中英国际合作研究计划——中国超大城市空气污染和人体健康研究”，去年10月开始，在位于马甸北的中科院大气物理所高300米的铁塔上开展研究。新闻说项目组已经在2016年11-12月，2017年5-6月针对“雾霾”和光化学烟雾分别开展了综合野外观测。铁塔上在100米高处放置仪器测量空气样本。这真是一个好消息，因为空气污染的发展变化是立体进行的，有离地100米的数据，将会取得比较仅在地面观测更深入的数据和事实。

然而读新闻之后，感到两点不足：1、没有说明1979年建立铁塔以来“已经积累了丰富的北京气象数据”是哪些，进行过怎样的分析和得到了什么研究成果。2、没有解释现今的研究项目在气象方面准备怎样利用数据和分析。

现在很清楚，“雾霾”污染和气象条件密切相关，冬季重霾污染必定和“逆温”和“混合层”相关。在铁塔上观测气温、湿度和风速风向的垂直变化十分重要，也可能观测“混合层”顶。缺陷是300米高度还不大够，希望能在北京一些高楼上也进行测量，例如“中国尊”。

找到两张图，可以用来澄清媒体和一些研究人员对“逆温层”和“混合层”位置的误解，也说明了气象要素垂直观测的重要性。这两张图都来自原版书：John H. Seinfeld, Air Pollution: Physical and Chemical Fundamentals, McGraw-Hill, Inc., 1975. 图中中文和彩色图标是我加上的。

一张图是1966年3月9日美国东部时间早上7:38纽约市炮台公园的测量结果，图中有气温和二氧化硫垂直分布情况，标出了逆温层和混合层的位置。“干绝热直减率”是气象学中重要概念和指标，是干空气团被抬升时，理论上的降温速率（降9.8度/千米），用来判断实际空气处于稳定，或中性，或不稳定状态。

第二张图是美国俄亥俄州辛辛那提市市区及其郊野1967年6月13日日出时分，上空气温（华氏温度）的分布和逆温层、混合层p位置。

Cross section of temperature structure through Cincinnati, Ohio, based on measurements near sunrise. Thin lines are isotherms (ºF) and heavy lines depict the top or bottom of main temperature inversions

在日出时分气温测量结果基础上作出的俄亥俄州辛辛那提市上空温度分布结构剖面图。细线是等温线（ºF），粗线表示主要逆温层的顶或底。

该图的文字说明：

The cross section is oriented along the wind direction, roughly from west-southwest on the left to east-northeast on the right. The thin lines are isotherms (ºF) , and the heavy lines denote the base or top of a temperature inversion.  On the left side of the figure, in rural Kentucky, the inversion is ground-based, with the temperature increasing from 67ºF near the ground to 77ºF at the top of the inversion, 400 ft above the surface.  Moving down the hill to the unbanized area, the ground based inversion is replaced by an unstable superadiabatic layer about 200 ft deep. A weak inversion develops again downwind of Cincinnati.  We can see what might be called the “urban heat plume.”  Over downtown Cincinnati, pollutants emitted at ground level would be trapped below the main inversion.

剖面是沿风向画的，大致是从左侧的西南西伸展到右侧的东北东。图中细线是等温线(ºF) ，粗线则标出逆温层的底部和顶部。在图左侧，肯塔基郊野，逆温接地，气温从近地面的67ºF 升至逆温层顶部的77ºF ，离地面400英尺。然后沿山坡乡下到城区，接地逆温被一个厚约200英尺的超绝热层取代。再过去再辛辛那提下风向又发展了一个弱逆温层。我们看到这也许可以称为“城市热烟流。”但在辛辛那提城区，地面排放的污染物会受到上面强逆温层的压制。7nian