城市天氣

城市天氣是指由於城市影響所產生的局地性的天氣。

地面氣象觀測規範將天氣現象定義為發生在大氣中、地面上的一些物理現象。它包括降水、地面凝結、視程障礙、雷電和其他等現象，這些現象都是在一定的天氣條件下發生的。天氣現象摘要根據當日天氣現象欄記載的內容和順序，按相應的天氣現象符號錄入，共25 種。

天氣分類方法是依據一定時期(一般為某個季節)天的氣象參數特徵，對該段時期的天進行聚類。由於氣象參數之間存在一定的相關性，為了使得氣象參數之間的相關性不對聚類結果產生影響，聚類分析前應對初始變數進行統計分析處理，以消除變數之間相關性影響。

天氣氣候方法可分為對天氣類型的歸類和對氣團分類2 種。Christiansen 等首先使用客觀的天氣分類方法與污染物的關係，此方法基於主成分分析和Lund 相關關係法。在此方法基礎上，Kalkstein 等使用主成分分析及聚類分析天氣類型分類方法研究不同天氣類型與污染物之間的關係，研究結果較為理想。此研究方法後來得到進一步發展和應用。譚冠日等利用主成分和聚類方法將廣州1979—1984 年間的3 個冬季和4 個夏季的氣象資料進行主成分分析，得出冬季有5 種天氣類型，夏季有6種，各類型有顯著不同的天氣特徵。Cheng 等分別研究不同大氣氣團對污染物濃度的影響。

（1）主成分分析法

主成分分析法為一種理想的消除變數相關性的多元統計方法。其原理是將開始眾多具有一定相關性的變數重新組合成一組新的相互獨立的綜合變數來代替原來的變數。通常數學上的處理就是將原來氣象參數作線性組合，作為新的變數。將數據降維以排除眾多相互重疊的信息，這些變數要儘可能多地表徵原變數的數據結構特徵而不丟失信息。研究中首先對具有一定相關性的氣象參數進行主成分分析，得到表徵原始變數和新變數之間的相關性的成分載荷矩陣；然後，由初始變數矩陣乘以主成分載荷矩陣得到新的得分矩陣，各天之間的氣象參數值越相似，則兩者的成分得分越接近；最後對得分矩陣進行聚類分析，得出該區域的主要天氣類型。

（2）聚類方法

聚類方法基本思想是根據所研究對象中不同變數的相關程度對其進行歸類，把相關性好的歸為一類。本研究中為天氣系統分類。對天氣得分矩陣進行歸類，把相似程度較高的天聚合為一類，把另外彼此之間相似程度較高的天氣又聚合為另一類，直到把所有的天氣聚合完畢。

在城市天氣當中，出現較多的天氣現象有10種，分別是露、輕霧、結冰、雨、霜、霧、雷暴、積雪、雪、大風；吹雪、颮、雨凇、冰雹、霧凇、霾、揚沙、閃電、浮塵9 種天氣現象出現較少；雪暴、煙幕、沙塵暴、極光、龍捲、塵捲風和冰針7 種天氣現象極少出現。在這些天氣現象中出現天數最多的是露，其次是輕霧，出現天數較少的是颮、吹雪、雨凇等。

輕霧、雨、霧、雷暴、雪、颮、霾7 種天氣現象出現天數總體均呈遞增趨勢，露、結冰、霜、冰雹、積雪、大風、浮塵、霧凇、揚沙、閃電、雨凇、吹雪12 種天氣現象出現天數均呈遞減。

（1）降水現象

天氣現象摘要欄摘錄的降水現象有雨、雪、冰雹3 種。

自20 世紀80 年代隨著科技的發展，各地建立了人工高炮防禦炮點，使用雷達隨時監測冰雹雲形成強度及移動路徑，及時指揮各炮點進行人工防雹消雹作業，有效地減少降雹對農作物造成的危害。

（2）地面凝結現象

地面凝結現象包括露、霜、雨凇和霧凇4 種。

雨凇、霧凇的出現雖少，因其主要凝附在架空的電線、網線上，嚴重時因電線無法承受巨大的壓力而斷路，造成電力等癱瘓，因此要加強對其預測，避免損失。

（3）視程障礙現象

視程障礙現象以水平有效能見度為依據分為霧、輕霧、吹雪、雪暴、煙幕、霾、沙塵暴、揚沙和浮塵，共9 種。

大霧的出現對交通的影響很大，尤其是出現濃霧、強濃霧時，能見度極低，氣象部門應及時發布大霧預警，交通部門為保證行車的安全，必要時必須封閉高速公路。

（4）雷電現象

雷電現象包括雷暴、閃電和極光3 種天氣現象。極光一般出現在中高緯度地區，雷暴和閃電在夏季是比較常見的災害性天氣。

（5）其他現象

其他現象包括大風、颮、龍捲、塵捲風、冰針、積雪和結冰7 種天氣現象，其中龍捲、塵捲風、冰針和颮出現較少，大風、積雪和結冰是較常見的天氣現象。

颮這種天氣現象雖然很少出現，但因其為突然發作的強風，持續時間短促，引起其他氣象要素隨之有劇烈變化，常伴隨雷雨出現，因此出現時對農作物極易造成危害，必須對其出現路徑、移動方向等密切跟蹤，及時發布預警信號，提醒農戶注意防護，減少損失。

大風是諸城市頻繁發生的災害性天氣之一，它常伴隨著降溫、雷暴、降水等天氣現象，對生態環境、農業生產和人民生活造成嚴重危害。大風主要出現在冬、春季，應該加強對冬季和春季大風的預報和監控。

近年來，隨著我國城市化進程與國民經濟的快速發展，城市空氣污染日益加劇，環境空氣質量問題已引起人們越來越密切的關注和重視。天氣氣候條件對大氣污染物的濃度水平與分佈有重要的影響，不同氣象條件下的污染物濃度存在很大的差別。了解氣象對環境空氣質量的影響規律，對於做好空氣質量預報，為政府決策提供依據具有重要意義。已有大量針對某些特定氣象參數與空氣污染物濃度之間的關係的研究。

(1) 低氣壓和槽類天氣風速較大，空氣不穩定，有利於污染物的擴散和清除，故污染物濃度較低。

(2)反氣旋中，天空狀況良好，風速較小，並伴有空氣的下沉運動，層結穩定，抑制了湍流的向上發展，阻止了污染物的擴散，有利於形成污染物濃度的高值。

(3) 空氣污染天氣分型由於沒有考慮污染物的來源及強度所以只能提供污染的定性預報，定量的預報工作需要對大氣污染源等資料進行物理量診斷分析計算與大氣擴散能力有關的參數或利用物理化學過程完備的大氣擴散模型來實現。正確充分利用氣象條件與污染物濃度的關係，對減輕城市污染有實際意義。

揚沙主要是由於當地或者附近的沙塵被風吹起而造成的一種災害性天氣現象, 當城市中出現了沙塵天氣后，能見度明顯降低, 天氣出現渾濁, 一片黃色。揚塵天氣通常出現在北方城市中, 尤以春季最為常見。城市中揚塵天氣形成的兩個必要條件分別為沙塵與足以吹起沙塵的大風。而通過在城市周邊建設防護林, 能夠有效減弱風力。同時, 城市中的園林植物由於覆蓋著地面, 對揚塵的出現也有一定的抑制作用。

揚塵中的沙塵主要來源於城市及其郊區的廢棄地、耕地、黃土裸露地面等, 這些區域由於在春季缺乏綠色植物的覆蓋, 而且土壤較為乾燥, 大風一刮便將沙塵吹進了城區。再有便是市區內的部分廠礦、建築工地的料場、儲運廠或者生產過程中產生的煙塵等。

加強城市園林綠化, 減少城市揚塵天氣

（1）重視城市綠地系統的規劃

為了有效避免揚塵天氣對城市的危害, 應從政府層面上重視對城市綠地系統的規劃工作, 以合理分佈城區的綠地。在城市綠地系統的規劃中, 需要仔細考慮當地每個季節的風向、頻率等自然條件, 尤其在城區的主風向上應規劃一定數量的防護林地, 以削弱揚塵天氣的風力並阻擋沙塵進人城區。

（2）綠化城區黃土裸露地面

在城市揚塵天氣的形成原因中, 城區的黃土裸露地面、空閑地、建築預留地等是非常重要的影響因素。如果不能有效處理, 它們將在風力的作用下，很容易形成揚塵天氣, 因此最好的措施是盡量將其全部綠化。但是, 這些區域往往不能直接採用永久的綠化措施, 多數區域往往還有其他的用途。對於還有其他用途的地塊, 可以考慮採取臨時綠化措施, 種植一些比較容易移植的植物種類, 比如草坪、小苗木、宿根花卉等。一旦需要徵用該處土地時, 則可以方便地將其移植走。

（3）改善綠地植物結構

對傳統的綠地植物結構進行改善, 也能夠達到有效減弱揚塵天氣的目的。可以採取一定的改善措施，比如在地面種植草坪，以達到固定草坪的作用；或者採取適當增大綠地中常綠樹種的比例，就可以顯著提升綠地的滯塵功能，繼而減少塵沙的飛揚。

（4）加強對易形成沙塵企業治理

在揚塵天氣形成中，容易形成沙塵的企業也是關鍵因素。因此，還需加強對這些單位的綠化建設和治理。

（5）加強對城市周邊沙塵源的治理

針對耕地來說，可以打造耕地防護林網，從而達到減弱風力，降低風蝕，減少突然水分蒸發，繼而達到減少沙塵吹入市區的目的。

霧霾，是霧和霾的組合詞。霧霾常見於城市。中國不少地區將霧併入霾一起作為災害性天氣現象進行預警預報，統稱為“霧霾天氣”。

霧霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物這三項組成，它們與霧氣結合在一起，讓天空瞬間變得陰沉灰暗。顆粒物的英文縮寫為PM，北京監測的是細顆粒物(PM2.5)，也就是空氣動力學當量直徑小於等於2.5微米的污染物顆粒。這種顆粒本身既是一種污染物，又是重金屬、多環芳烴等有毒物質的載體。

（1）汽車尾氣：使用柴油的大型車是排放PM10的“重犯”，包括大公交，以及大型運輸卡車等。

（2）北方到了冬季燒煤供暖所產生的廢氣。

（3）工業生產排放的廢氣。比如冶金、窯爐與鍋爐、機電製造業，還有大量汽修噴漆、建材生產

窯爐燃燒排放的廢氣。

（4）建築工地和道路交通產生的揚塵。

（5）可生長顆粒，細菌和病毒的粒徑相當於PM0.1-PM2.5，空氣中的濕度和溫度適宜時，微生物

會附著在顆粒物上，特別是油煙的顆粒物上，微生物吸收油滴後轉化成更多的微生物，使得霧霾中的生物有毒物質生長增多。

（6）家庭裝修中也會產生粉塵“霧霾”，室內粉塵瀰漫，不僅有害於工人與用戶健康，增添清潔

負擔，粉塵嚴重時，還給裝修工程帶來諸多隱患。

（1）霧霾會引發哮喘複發

冬季多霧，老年人在晨起鍛煉時一定要注意防護以免哮喘複發，專家介紹說，霧天風力小，空氣流動慢，空氣中含有多種雜質，會引發哮喘。

（2）霧霾極易引發氣管炎

氣管炎是病毒或細菌感染、物理、化學刺激或過敏反應等對氣管粘膜損害所造成的炎症，常發生於寒冷季節或氣溫突然變化時。

（3）霧霾易引發腦溢血

起霧時氣壓低，來自四面八方的污染物難以消失，人們很容易感到胸悶，特別是像酸、胺、苯與病源微生物等劇毒，會引發腦溢血!

（4）霧霾能引發高血壓

霧霾天氣是心血管疾病患者的健康殺手，霧天氣對於有高血壓等心血管疾病患者來說確實有影響。霧氣進入人體後會消耗營養，造成機體內損。

（5）霧霾會導致結膜炎

空氣污染、煙霧、角膜接觸鏡配不當，刺激性氣體、化學藥品等均可引起結膜炎症，可累及單眼或雙眼。霧靄天氣，結膜易受感染。

（6）霧霾容易引發咽炎

霧霾天氣空氣污染較重，如果是外出活動很容易引發慢性咽炎，尤其是一些跑步等運動量大的活動，咽炎是咽部粘膜，粘膜下組織的炎症

（1）老年人：老人在室內時間較多，要格外注意清潔衛生，習慣用笤帚掃地的老人不妨改用吸塵

器，地毯、抹布、沙發套等及時清洗；煎、炒等傳統的烹飪方法易產生大量油煙，污染室內空氣，建議在家做飯多用蒸、煮等方式。

（2）兒童：兒童身體發育不完全，灰霾天氣灰塵、顆粒會通過孩子們的呼吸道直接侵害其健康，

容易引起呼吸道疾病如感冒、咳嗽、鼻炎、支氣管炎、哮喘等發生。對兒童的防護從以下幾個方面進行。

首先，通過學校的宣傳和知識普及讓兒童對霧霾天氣以及對健康的影響有直接關係和感官認識。

其次，提高家長自身對孩子的方法意識。

再次，減少室外活動，將戶外活動改為室內活動，從而減少灰霾對兒童的影響。

此外，在平時的生活中，毛絨玩具表面的灰塵、細菌較多，盡量少給孩子玩或常清洗，讓孩子的活動遠離污染嚴重的交通幹道，臨街住的，避免在交通高峰期開窗通風。

（3）室外作業：霧霾天氣持續發生會讓不少人在室外感到不舒服，對於需要長時間在室外工作的

作業人員例如建築工人、環衛工人、交警等，他們暴露在霧霾的時間更長，接觸量更大。因此，強調和關注室外作業人員對霧霾天氣的防護十分有必要。

（4）孕婦：孕婦要適當休息，避免過度勞累，保證充足的睡眠，減少心理壓力。同時，孕婦也不

能一味休息，仍應適當活動，保持樂觀的情緒。多吃含鋅食物，補充維生素C。提高室內空氣的相對濕度。

（5）慢性疾病：霧霾對於患有哮喘、慢性支氣管炎、慢性阻塞性肺病等呼吸系統疾病的人群會引

起氣短、胸悶等不適，可能造成肺部感染，或出現急性加重反應。糖尿病患者因自身抵抗力較弱，更易患感冒。PM2.5對心、腦血管疾病等慢性病患者有較大的破壞力，會增加心臟病患者的心臟負擔，誘發腦梗死等。

灰霾天最好減少外出，外出時建議佩戴防護效果較好的口罩。但是，不是人人都適合戴口罩。呼吸道疾病患者特別是呼吸困難的人，戴上口罩后反而人為地製造了呼吸障礙，心臟病、肺氣腫、哮喘患者不適合長時間戴口罩。有慢性病的患者，建議避免在清晨霧氣正濃時出門購物、參加各種戶外活動，要多飲水，注意休息。若身體出現不適，要儘快前往醫院就醫。

（6）專業用嗓防護：專業用嗓人士如教師、講師、歌手、主持人、銷售人員等，經常需要用到嗓子，本就是咽喉疾病的高發人群，在霧霾天氣更容易出現咽喉問題。建議霧霾天氣盡量減少用嗓，讓嗓子充分休息，外出要帶口罩，保持室內的溫濕度，多飲水，可多泡飲沙菊茶這類中醫茶飲，防治咽喉的不適癥狀，常用有保護聲帶的作用。

城市天氣預報實質上是定點天氣預報，在MICAPS系統中，輸出的城市天氣預報產品，主要指城市站點的常規要素預報，與中央氣象台在天氣預報節目和廣播新聞節目中發布省會和部分旅遊城市、沿海城市短期天氣預報內容類似。

城市天氣預報工具精細化氣象要素客觀預報平台( teorology Elment OjectiveForecast Integration System，以下簡稱MEOFIS) 是集成多種數值預報產品解釋應用技術的客觀氣象要素預報系統, 具備常規觀測資料和數值預報產品的處理、建立預報模型及預報運行、預報檢驗等功能。

精細化氣象要素客觀預報平台2.1版(MEOFIS.l) 目前主要有以下五個功能:

( l ) 資料處理功能, 包括歷史和當前的實況、模式資料的入庫及檢索、資半月提取和顯示等功能;

( 2) 因子分析和物理量計算功能, 計算物理量, 分析因子與預報要素之間的關係, 以圖表或數值的形式反映分析結果;

( 3) 建模功能, 根據歷史資料和因子分析結果, 通過入憂、人工神經網路、動力診斷等方法建立預報模型:

( 4) 實時預報功能, 利用已律立的耐民模型和實時的預報因子進行預報, 給出客觀要素預報結果;

( 5) 檢驗及結果顯示功能對預報結果進行檢驗, 可給出圖形和文本兩種檢驗結果。

這五部分功能包括在建模試驗和預報運行兩部分中, 其中建模試驗部分包括了因子分析、預報模型的建立和資料的顯示這幾部分功能, 預報運行部分包括了預報的實時運行、預報的檢驗和資料入庫這幾部分功能。建模部分中的預報模型建立和預報運行中的資料入庫、實時預報運行以及預報檢驗構成了平台最主要的功能。