环境影响评价师

四、气象观测资料调查

1.气象观测资料调查的基本原则

气象观测资料的调查要求与项目的评价等级有关，还与评价范围内地形复杂程度、水平流场是否均匀一致、污染物排放是否连续稳定有关。常规气象观测资料包括常规地面气象观测资料和常规高空气象探测资料。

对于各级评价项目，均应调查评价范围20年以上的主要气候统计资料。包括年平均风速和风向玫瑰图、最大风速与月平均风速、年平均气温、极端气温与月平均气温、年平均相对湿度、年均降水量、降水量极值、日照等。对于一级、二级评价项目，还应调查逐日、逐次的常规气象观测资料及其他气象观测资料。

2.气象观测资料调查要求

(1)对于一级评价项目，气象观测资料调查基本要求分两种情况：①评价范围小于50 km条件下，须调查地面气象观测资料，并按选取的模式要求，调查必需的常规高空气象探测资料。②评价范围大于50 km条件下，须调查地面气象观测资料和常规高空气象探测资料。

地面气象观测资料调查要求：调查距离项目最近的地面气象观测站，近5年内的至少连续3年的常规地面气象观测资料。如果地面气象观测站与项目的距离超过50 km，并且地面站与评价范围的地理特征不一致，还需进行补充地面气象观测。

常规高空气象探测资料调查要求：调查距离项目最近的高空气象探测站，近5年内的至少连续3年的常规高空气象探测资料。如果高空气象探测站与项目的距离超过50 km，高空气象资料可采用中尺度气象模式模拟50 km内的格点气象资料。

(2)对于二级评价项目，气象观测资料调查基本要求同一级评价项目。对应的气象观测资料年限要求为近3年内的至少连续1年的常规地面气象观测资料和高空气象探测资料。气象资料调查要求见表3-10。

3.气象观测资料调查内容

(1)地面气象观测资料。根据所调查地面气象观测站的类别，并遵循先基准站、次基本站、后一般站的原则，收集每日实际逐次观测资料。观测资料的常规调查项目包括：时间(年、月、日、时)、风向(以角度或按16个方位表示)、风速、干球温度、低云量、总云量。

根据不同评价等级预测精度要求及预测因子特征，可选择调查的观测资料的内容：湿球温度、露点温度、相对湿度、降水量、降水类型、海平面气压、观测站地面气压、云底高度、水平能见度等。地面气象观测资料内容详见表3-11。

(2)常规高空气象探测资料。观测资料的时次根据所调查常规高空气象探测站的实际探测时次确定，一般应至少调查每日1次(北京时间08点)的距地面1 500m高度以下的高空气象探测资料。观测资料的常规调查项目包括：时间(年、月、日、时)，探空数据层数，每层的气压、高度、气温、风速、风向(以角度或按16个方位表示)。常规高空气象探测资料内容见表3-12。

按照HJ 2.2-2008所推荐的进一步预测模式，输入的地面气象观测资料需要逐日每天24次的连续观测资料，对于每日实际观测次数不足24次的，应在应用气象资料前对原始资料进行插值处理。插值方法可采用连续均匀插值法(实际观测次数为一日4次或一日8次)或者均值插值法(实际观测次数为一日8次以上)。

4.补充地面气象观测

如果地面气象观测站与项目的距离超过50 km，并且地面站与评价范围的地理特征不一致，还需要进行补充地面气象观测。在评价范围内设立补充地面气象观测站，站点设置应符合相关地面气象观测规范的要求。

一级评价的补充观测应进行为期1年的连续观测;二级评价的补充观测可选择有代表性的季节进行连续观测，观测期限应在两个月以上。观测内容应符合地面气象观测资料的要求。观测方法应符合相关地面气象观测规范的要求。

补充地面气象观测数据可作为当地长期气象条件参与大气环境影响预测。

5.常规气象资料分析内容

(1)温度。温度是决定烟气抬升的一个因素，温廓线即反映温度随高度的变化影响热力湍流扩散的能力。通过对温廓线的分析，可以知道逆温层出现的时间、频率、平均高度范围和强度。逆温层是非常稳定的气层，阻碍烟流向上和向下扩散，只在水平方向有扩散，在空中形成一个扇形的污染带，一旦逆温层消退，会有短时间的熏烟污染。

对于一级、二级评价项目，需统计长期地面气象资料中每月平均温度的变化情况，并绘制年平均温度月变化曲线图，见图3-3。一级评价项目除上述工作外，还需酌情对污染较严重时的高空气象探测资料做温廓线的分析，见图3-4，并分析逆温层出现的频率、平均高度范围和强度。

(2)风速。风速是指空气在单位时间内移动的水平距离(m/s)，风速可随时间和高度变化。从气象台站获得的风速资料有两种表达方式，一种是有数值的，另一种是用字母C表示的，C代表风速已小于测风仪的最低阈值，通常称为静风。

对于一级、二级评价项目，需统计月平均风速随月份的变化和季小时平均风速的变化。即对多年气象资料的风速按相同月份和不同季节每天同一时间进行平均，求得每月和不同季节每小时的平均风速，并绘制随月份的变化曲线图，见图3-5和图3-6。

风速统计量还包括不同时间的风廓线图，即反映风速随高度的变化，以研究大气边界层内的风速规律。一级评价项目除上述工作外，还需酌情对污染较严重时的高空气象探测资料做风廓线的分析，见图3-7，并分析不同时间段大气边界层内的风速变化规律。

(3)风向、风频。风向指风的来向。气象台站风向资料通常用16个风向来表达，即北风(N)、东北偏北风(NNE)、东北风(NE)、东北偏东风(ENE)、东风(E)、东南偏东风(ESE)、东南风(SE)、东南偏南风(SSE)、南风(S)、西南偏南风(SSW)、西南风(SW)、西南偏西风(WSW)、西风(w)、西北偏西风(WNW)、西北风(NW)、西北偏北风(NNW)。静风的风向用C表示。风频指某风向占总观测统计次数的百分比。风向玫瑰图是统计所收集的多年地面气象资料中16个风向出现的频率，风向统计资料见表3-13(静风频率为32.22%)，然后在极坐标中按16个风向标出其频率的大小，见图3-8。

在模式计算中，若给静风风速赋一固定值，应同时分配静风一个风向，可利用静风前后的观测资料的风向进行插值，或在气象资料比较完整，即日观测次数比较多的情况下，利用静风前一次的观测资料中的风向作为当前静风风向。

(4)主导风向。主导风向指风频最大的风向角的范围。风向角范围一般在连续45°左右，对于以十六方位角表示的风向，主导风向范围一般是指连续两到三个风向角的范围。某区域的主导风向应有明显的优势，其主导风向角风频之和应≥30%，否则可称该区域没有主导风向或主导风向不明显。在没有主导风向的地区，应考虑项目对全方位的环境空气敏感区的影响。从图3-8中可以看出主导风向应是E-ESE-SE的风向范围，其主导风向角风频之和约为35%。

6.特殊气象条件分析

(1)边界层结构和特征参数

受下垫面影响的几公里以下的大气层称为边界层，大气边界层是对流层中最靠近下垫表面的气层，通过湍流交换，白昼地面获得的太阳辐射能以感热和潜热的形式向上输送，加热上面的空气，夜间地面的辐射冷却同样也逐渐影响到上面的大气，这种热量输送过程造成大气边界层内温度的日变化。另一方面，大型气压场形成的大气运动动量通过湍流切应力的作用源源不断向下传递，经大气边界层到达地面并由于摩擦而部分损耗，相应地造成大气边界层内风的日变化。由于受太阳辐射、地表辐射的热量输送，以及地表的摩擦力等作用，形成边界层内的温度和风速的变化。

在陆地高压区，边界层的生消演变具有明显的昼夜变化，晴朗天气条件下大气边界层的生消演变规律见图3-9。在日间，受太阳辐射的作用地面得到加热，混合层逐渐加强，中午时达到最大高度;日落后，由于地表辐射，地面温度低于上覆的空气温度，形成逆温的稳定边界层;次日，又受太阳辐射的作用，混合层重新升起。

大气边界层的生消演变规律依赖于地表的热量和动量通量等因素，污染物的传输扩散取决于边界层的特征参数。在《环境影响评价技术导则—大气环境》( HJ 2.2-2008)中推荐的AERMOD和ADMS模型中通过常规气象资料计算出有混合层高度(h)、莫宁一奥布霍夫长度(Monin-Obukhov)[以下简称莫奥长度(Lmo)]等边界层参数，了解这些参数的物理含义，对分析污染物传输扩散很有意义。

混合层高度(h):混合层是指对流边界层的高度，也就是在大气边界层处于不稳定层结时的厚度(图3-9)。通常晴朗白天中纬度陆地上的大气边界层基本上都属于不稳定的类型，混合层越高，对流边界层越不稳定，在强不稳定条件下，混合层高度可达到1km以上。混合层的高度决定了垂直方向污染物的扩散能力，通常在小风强不稳定条件下，高烟囱(100m以上)附近1 km左右有污染物高浓度聚集区，随距离增加污染物浓度衰减很快，此现象也说明了在强不稳定条件下，污染物在垂直方向很快扩散到地表。

莫奥长度(Lmo)：莫宁与奥布霍夫认为对于定常、水平均匀、无辐射和无相变的近地面层，其运动学和热力学结构仅决定于湍流状况。莫奥长度(Lmo)反映了近地面大气边界层的稳定层结的状况，见图3-10莫奥长度(Lmo)与稳定度和混合层高度的关系。

从图中可以看出，当Lmo>0，近地面大气边界层处于稳定状态，Lmo数值越小或混合层高度(h)与Lmo的比值(h/Lmo)越大，越稳定，混合层高度则越低;当Lmo<0，边界层处于不稳定状态，|Lmo|数值越小或|h/Lmo|越大，越不稳定，混合层高度则越高;当 |Lmo|→∞，边界层处于中性状态，|h/Lmo|=0，此种情况下，混合层高度大约有800m。

(2)边界层污染气象分析

人类活动排放的污染物主要在大气边界层中进行传输与扩散，受大气边界层的生消演变的影响。有些污染现象随着边界层的生消演变而产生。污染物扩散受下垫面的影响也比较大，非均匀下垫面会引起局地风速、风向发生改变，形成复杂风场，常见的复杂风场有海陆风、山谷风等。

边界层演变：在晴朗的夜空，由于地表辐射，地面温度低于上覆的空气温度，形成逆温的稳定边界层，而白天混合层中的污染物残留在稳定边界层的上面。次日，又受太阳辐射的作用，混合层重新升起，见图3-9。由于边界层的生消演变，导致近地层的低矮污染源排放的污染物在夜间不易扩散，如果夜间有连续的低矮污染源排放，则污染物浓度会持续增高;而日出后，夜间聚集在残留层内的中高污染源排放的污染物会向地面扩散，出现熏烟型污染( fumigation)。

海陆风：在大水域(海洋和湖泊)的沿岸地区，在晴朗、小风的气象条件下，由于昼夜水域和陆地的温差，日间太阳辐射使陆面增温高于水面，水面有下沉气流产生，贴地气流由水面吹向陆地，在海边称之为海风，而夜间则风向相反，称作陆风，昼夜间边界层内的陆风和海风的交替变化，见图3-11。

当局地气流以海陆风为主时，处于局地环流之中的污染物，就可能形成循环累积污染，造成地面高浓度区。当陆地温度比水温高很多的时候，多发生在春末夏初的白天，气流从水面吹向陆地的时候，低层空气很快增温，形成热力内边界层(TIBL)，下层气流为不稳定层结，上层为稳定层结(stable layer)，如果在岸边有高烟囱排放，则会发生岸边熏烟污染，见图3 -12。

山谷风：山区的地形比较复杂，风向、风速和环境主导风向有很大区别，一方面是因受热不均匀引起热力环流，另一方面由于地形起伏改变了低层气流的方向和速度。例如，白天山坡向阳面受到太阳辐射加热，温度高于周围同高度的大气层，暖而不稳定的空气由谷底沿山坡爬升，形成低层大气从陆地往山吹、高层大气风向相反的谷风环流：夜间山坡辐射冷却降温，温度低于周围大气层.冷空气沿山坡下滑，形成低层大气从山往陆地吹、高层大气风向相反的山风环流，由于昼夜变化，山谷风风向也轮换交替，见图3 -13。

山谷风的另一种特例就是在狭长的山谷中，由于两侧坡面与谷底受昼夜日照和地表辐射的影响，产生横向环流。横向流场存在着明显的昼夜变化，日落后，坡面温度降低比周围温度快，接近坡面的冷空气形成浅层的下滑气流，冷空气向谷底聚集，形成逆温层;日出后，太阳辐射使坡面温度上升，接近坡面的暖空气形成浅层的向上爬升气流，谷底有下沉气流，逆温层破坏，形成对流混合层。由于这种现象，导致近地层的低矮污染源排放的污染物在夜间不易扩散，如果夜间有连续的低矮污染源排放，则污染物浓度会持续增高，而日出后，夜间聚集在逆温层中的中高污染源排放的污染物会向地面扩散，形成高浓度污染。

一般来说，山区扩散条件比平原地区差，同样的污染源在山区比在平原污染严重。

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