城市天气

简介

城市天气是指由于城市影响所产生的局地性的天气。

地面气象观测规范将天气现象定义为发生在大气中、地面上的一些物理现象。它包括降水、地面凝结、视程障碍、雷电和其他等现象，这些现象都是在一定的天气条件下发生的。天气现象摘要根据当日天气现象栏记载的内容和顺序，按相应的天气现象符号录入，共25 种。

城市天气类型

分类方法

天气分类方法是依据一定时期(一般为某个季节)天的气象参数特征，对该段时期的天进行聚类。由于气象参数之间存在一定的相关性，为了使得气象参数之间的相关性不对聚类结果产生影响，聚类分析前应对初始变量进行统计分析处理，以消除变量之间相关性影响。

天气气候方法可分为对天气类型的归类和对气团分类2 种。Christiansen 等首先使用客观的天气分类方法与污染物的关系，此方法基于主成分分析和Lund 相关关系法。在此方法基础上，Kalkstein 等使用主成分分析及聚类分析天气类型分类方法研究不同天气类型与污染物之间的关系，研究结果较为理想。此研究方法后来得到进一步发展和应用。谭冠日等利用主成分和聚类方法将广州1979—1984 年间的3 个冬季和4 个夏季的气象资料进行主成分分析，得出冬季有5 种天气类型，夏季有6种，各类型有显著不同的天气特征。Cheng 等分别研究不同大气气团对污染物浓度的影响。

（1）主成分分析法

主成分分析法为一种理想的消除变量相关性的多元统计方法。其原理是将开始众多具有一定相关性的变量重新组合成一组新的相互独立的综合变量来代替原来的变量。通常数学上的处理就是将原来气象参数作线性组合，作为新的变量。将数据降维以排除众多相互重叠的信息，这些变量要尽可能多地表征原变量的数据结构特征而不丢失信息。研究中首先对具有一定相关性的气象参数进行主成分分析，得到表征原始变量和新变量之间的相关性的成分载荷矩阵；然后，由初始变量矩阵乘以主成分载荷矩阵得到新的得分矩阵，各天之间的气象参数值越相似，则两者的成分得分越接近；最后对得分矩阵进行聚类分析，得出该区域的主要天气类型。

（2）聚类方法

聚类方法基本思想是根据所研究对象中不同变量的相关程度对其进行归类，把相关性好的归为一类。本研究中为天气系统分类。对天气得分矩阵进行归类，把相似程度较高的天聚合为一类，把另外彼此之间相似程度较高的天气又聚合为另一类，直到把所有的天气聚合完毕。

类型

在城市天气当中，出现较多的天气现象有10种，分别是露、轻雾、结冰、雨、霜、雾、雷暴、积雪、雪、大风；吹雪、飑、雨凇、冰雹、雾凇、霾、扬沙、闪电、浮尘9 种天气现象出现较少；雪暴、烟幕、沙尘暴、极光、龙卷、尘卷风和冰针7 种天气现象极少出现。在这些天气现象中出现天数最多的是露，其次是轻雾，出现天数较少的是飑、吹雪、雨凇等。

轻雾、雨、雾、雷暴、雪、飑、霾7 种天气现象出现天数总体均呈递增趋势，露、结冰、霜、冰雹、积雪、大风、浮尘、雾凇、扬沙、闪电、雨凇、吹雪12 种天气现象出现天数均呈递减。

城市天气现象及影响

（1）降水现象

天气现象摘要栏摘录的降水现象有雨、雪、冰雹3 种。

自20 世纪80 年代随着科技的发展，各地建立了人工高炮防御炮点，使用雷达随时监测冰雹云形成强度及移动路径，及时指挥各炮点进行人工防雹消雹作业，有效地减少降雹对农作物造成的危害。

（2）地面凝结现象

地面凝结现象包括露、霜、雨凇和雾凇4 种。

雨凇、雾凇的出现虽少，因其主要凝附在架空的电线、网线上，严重时因电线无法承受巨大的压力而断路，造成电力等瘫痪，因此要加强对其预测，避免损失。

（3）视程障碍现象

视程障碍现象以水平有效能见度为依据分为雾、轻雾、吹雪、雪暴、烟幕、霾、沙尘暴、扬沙和浮尘，共9 种。

大雾的出现对交通的影响很大，尤其是出现浓雾、强浓雾时，能见度极低，气象部门应及时发布大雾预警，交通部门为保证行车的安全，必要时必须封闭高速公路。

（4）雷电现象

雷电现象包括雷暴、闪电和极光3 种天气现象。极光一般出现在中高纬度地区，雷暴和闪电在夏季是比较常见的灾害性天气。

（5）其他现象

其他现象包括大风、飑、龙卷、尘卷风、冰针、积雪和结冰7 种天气现象，其中龙卷、尘卷风、冰针和飑出现较少，大风、积雪和结冰是较常见的天气现象。

飑这种天气现象虽然很少出现，但因其为突然发作的强风，持续时间短促，引起其他气象要素随之有剧烈变化，常伴随雷雨出现，因此出现时对农作物极易造成危害，必须对其出现路径、移动方向等密切跟踪，及时发布预警信号，提醒农户注意防护，减少损失。

大风是诸城市频繁发生的灾害性天气之一，它常伴随着降温、雷暴、降水等天气现象，对生态环境、农业生产和人民生活造成严重危害。大风主要出现在冬、春季，应该加强对冬季和春季大风的预报和监控。

城市天气污染浓度

近年来，随着我国城市化进程与国民经济的快速发展，城市空气污染日益加剧，环境空气质量问题已引起人们越来越密切的关注和重视。天气气候条件对大气污染物的浓度水平与分布有重要的影响，不同气象条件下的污染物浓度存在很大的差别。了解气象对环境空气质量的影响规律，对于做好空气质量预报，为政府决策提供依据具有重要意义。已有大量针对某些特定气象参数与空气污染物浓度之间的关系的研究。

(1) 低气压和槽类天气风速较大，空气不稳定，有利于污染物的扩散和清除，故污染物浓度较低。

(2)反气旋中，天空状况良好，风速较小，并伴有空气的下沉运动，层结稳定，抑制了湍流的向上发展，阻止了污染物的扩散，有利于形成污染物浓度的高值。

(3) 空气污染天气分型由于没有考虑污染物的来源及强度所以只能提供污染的定性预报，定量的预报工作需要对大气污染源等资料进行物理量诊断分析计算与大气扩散能力有关的参数或利用物理化学过程完备的大气扩散模型来实现。正确充分利用气象条件与污染物浓度的关系，对减轻城市污染有实际意义。

城市扬沙天气

扬沙主要是由于当地或者附近的沙尘被风吹起而造成的一种灾害性天气现象, 当城市中出现了沙尘天气后，能见度明显降低, 天气出现浑浊, 一片黄色。扬尘天气通常出现在北方城市中, 尤以春季最为常见。城市中扬尘天气形成的两个必要条件分别为沙尘与足以吹起沙尘的大风。而通过在城市周边建设防护林, 能够有效减弱风力。同时, 城市中的园林植物由于覆盖着地面, 对扬尘的出现也有一定的抑制作用。

产生原因

扬尘中的沙尘主要来源于城市及其郊区的废弃地、耕地、黄土裸露地面等, 这些区域由于在春季缺乏绿色植物的覆盖, 而且土壤较为干燥, 大风一刮便将沙尘吹进了城区。再有便是市区内的部分厂矿、建筑工地的料场、储运厂或者生产过程中产生的烟尘等。

改善措施

加强城市园林绿化, 减少城市扬尘天气

（1）重视城市绿地系统的规划

为了有效避免扬尘天气对城市的危害, 应从政府层面上重视对城市绿地系统的规划工作, 以合理分布城区的绿地。在城市绿地系统的规划中, 需要仔细考虑当地每个季节的风向、频率等自然条件, 尤其在城区的主风向上应规划一定数量的防护林地, 以削弱扬尘天气的风力并阻挡沙尘进人城区。

（2）绿化城区黄土裸露地面

在城市扬尘天气的形成原因中, 城区的黄土裸露地面、空闲地、建筑预留地等是非常重要的影响因素。如果不能有效处理, 它们将在风力的作用下，很容易形成扬尘天气, 因此最好的措施是尽量将其全部绿化。但是, 这些区域往往不能直接采用永久的绿化措施, 多数区域往往还有其他的用途。对于还有其他用途的地块, 可以考虑采取临时绿化措施, 种植一些比较容易移植的植物种类, 比如草坪、小苗木、宿根花卉等。一旦需要征用该处土地时, 则可以方便地将其移植走。

（3）改善绿地植物结构

对传统的绿地植物结构进行改善, 也能够达到有效减弱扬尘天气的目的。可以采取一定的改善措施，比如在地面种植草坪，以达到固定草坪的作用；或者采取适当增大绿地中常绿树种的比例，就可以显著提升绿地的滞尘功能，继而减少尘沙的飞扬。

（4）加强对易形成沙尘企业治理

在扬尘天气形成中，容易形成沙尘的企业也是关键因素。因此，还需加强对这些单位的绿化建设和治理。

（5）加强对城市周边沙尘源的治理

针对耕地来说，可以打造耕地防护林网，从而达到减弱风力，降低风蚀，减少突然水分蒸发，继而达到减少沙尘吹入市区的目的。

城市雾霾天气

雾霾，是雾和霾的组合词。雾霾常见于城市。中国不少地区将雾并入霾一起作为灾害性天气现象进行预警预报，统称为“雾霾天气”。

雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项组成，它们与雾气结合在一起，让天空瞬间变得阴沉灰暗。颗粒物的英文缩写为PM，北京监测的是细颗粒物(PM2.5)，也就是空气动力学当量直径小于等于2.5微米的污染物颗粒。这种颗粒本身既是一种污染物，又是重金属、多环芳烃等有毒物质的载体。

形成原因

（1）汽车尾气：使用柴油的大型车是排放PM10的“重犯”，包括大公交，以及大型运输卡车等。

（2）北方到了冬季烧煤供暖所产生的废气。

（3）工业生产排放的废气。比如冶金、窑炉与锅炉、机电制造业，还有大量汽修喷漆、建材生产

窑炉燃烧排放的废气。

（4）建筑工地和道路交通产生的扬尘。

（5）可生长颗粒，细菌和病毒的粒径相当于PM0.1-PM2.5，空气中的湿度和温度适宜时，微生物

会附着在颗粒物上，特别是油烟的颗粒物上，微生物吸收油滴后转化成更多的微生物，使得雾霾中的生物有毒物质生长增多。

（6）家庭装修中也会产生粉尘“雾霾”，室内粉尘弥漫，不仅有害于工人与用户健康，增添清洁

负担，粉尘严重时，还给装修工程带来诸多隐患。

雾霾危害

（1）雾霾会引发哮喘复发

冬季多雾，老年人在晨起锻炼时一定要注意防护以免哮喘复发，专家介绍说，雾天风力小，空气流动慢，空气中含有多种杂质，会引发哮喘。

（2）雾霾极易引发气管炎

气管炎是病毒或细菌感染、物理、化学刺激或过敏反应等对气管粘膜损害所造成的炎症，常发生于寒冷季节或气温突然变化时。

（3）雾霾易引发脑溢血

起雾时气压低，来自四面八方的污染物难以消失，人们很容易感到胸闷，特别是像酸、胺、苯与病源微生物等剧毒，会引发脑溢血!

（4）雾霾能引发高血压

雾霾天气是心血管疾病患者的健康杀手，雾天气对于有高血压等心血管疾病患者来说确实有影响。雾气进入人体后会消耗营养，造成机体内损。

（5）雾霾会导致结膜炎

空气污染、烟雾、角膜接触镜配不当，刺激性气体、化学药品等均可引起结膜炎症，可累及单眼或双眼。雾霭天气，结膜易受感染。

（6）雾霾容易引发咽炎

雾霾天气空气污染较重，如果是外出活动很容易引发慢性咽炎，尤其是一些跑步等运动量大的活动，咽炎是咽部粘膜，粘膜下组织的炎症

预防措施

（1）老年人：老人在室内时间较多，要格外注意清洁卫生，习惯用笤帚扫地的老人不妨改用吸尘

器，地毯、抹布、沙发套等及时清洗；煎、炒等传统的烹饪方法易产生大量油烟，污染室内空气，建议在家做饭多用蒸、煮等方式。

（2）儿童：儿童身体发育不完全，灰霾天气灰尘、颗粒会通过孩子们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、支气管炎、哮喘等发生。对儿童的防护从以下几个方面进行。

首先，通过学校的宣传和知识普及让儿童对雾霾天气以及对健康的影响有直接关系和感官认识。

其次，提高家长自身对孩子的方法意识。

再次，减少室外活动，将户外活动改为室内活动，从而减少灰霾对儿童的影响。

此外，在平时的生活中，毛绒玩具表面的灰尘、细菌较多，尽量少给孩子玩或常清洗，让孩子的活动远离污染严重的交通干道，临街住的，避免在交通高峰期开窗通风。

（3）室外作业：雾霾天气持续发生会让不少人在室外感到不舒服，对于需要长时间在室外工作的

作业人员例如建筑工人、环卫工人、交警等，他们暴露在雾霾的时间更长，接触量更大。因此，强调和关注室外作业人员对雾霾天气的防护十分有必要。

（4）孕妇：孕妇要适当休息，避免过度劳累，保证充足的睡眠，减少心理压力。同时，孕妇也不

能一味休息，仍应适当活动，保持乐观的情绪。多吃含锌食物，补充维生素C。提高室内空气的相对湿度。

（5）慢性疾病：雾霾对于患有哮喘、慢性支气管炎、慢性阻塞性肺病等呼吸系统疾病的人群会引

起气短、胸闷等不适，可能造成肺部感染，或出现急性加重反应。糖尿病患者因自身抵抗力较弱，更易患感冒。PM2.5对心、脑血管疾病等慢性病患者有较大的破坏力，会增加心脏病患者的心脏负担，诱发脑梗死等。

灰霾天最好减少外出，外出时建议佩戴防护效果较好的口罩。但是，不是人人都适合戴口罩。呼吸道疾病患者特别是呼吸困难的人，戴上口罩后反而人为地制造了呼吸障碍，心脏病、肺气肿、哮喘患者不适合长时间戴口罩。有慢性病的患者，建议避免在清晨雾气正浓时出门购物、参加各种户外活动，要多饮水，注意休息。若身体出现不适，要尽快前往医院就医。

（6）专业用嗓防护：专业用嗓人士如教师、讲师、歌手、主持人、销售人员等，经常需要用到嗓子，本就是咽喉疾病的高发人群，在雾霾天气更容易出现咽喉问题。建议雾霾天气尽量减少用嗓，让嗓子充分休息，外出要带口罩，保持室内的温湿度，多饮水，可多泡饮沙菊茶这类中医茶饮，防治咽喉的不适症状，常用有保护声带的作用。

城市天气预报

城市天气预报实质上是定点天气预报，在MICAPS系统中，输出的城市天气预报产品，主要指城市站点的常规要素预报，与中央气象台在天气预报节目和广播新闻节目中发布省会和部分旅游城市、沿海城市短期天气预报内容类似。

城市天气预报工具精细化气象要素客观预报平台( teorology Elment OjectiveForecast Integration System，以下简称MEOFIS) 是集成多种数值预报产品解释应用技术的客观气象要素预报系统, 具备常规观测资料和数值预报产品的处理、建立预报模型及预报运行、预报检验等功能。

精细化气象要素客观预报平台2.1版(MEOFIS.l) 目前主要有以下五个功能:

( l ) 资料处理功能, 包括历史和当前的实况、模式资料的入库及检索、资半月提取和显示等功能;

( 2) 因子分析和物理量计算功能, 计算物理量, 分析因子与预报要素之间的关系, 以图表或数值的形式反映分析结果;

( 3) 建模功能, 根据历史资料和因子分析结果, 通过入忧、人工神经网络、动力诊断等方法建立预报模型:

( 4) 实时预报功能, 利用已律立的耐民模型和实时的预报因子进行预报, 给出客观要素预报结果;

( 5) 检验及结果显示功能对预报结果进行检验, 可给出图形和文本两种检验结果。

这五部分功能包括在建模试验和预报运行两部分中, 其中建模试验部分包括了因子分析、预报模型的建立和资料的显示这几部分功能, 预报运行部分包括了预报的实时运行、预报的检验和资料入库这几部分功能。建模部分中的预报模型建立和预报运行中的资料入库、实时预报运行以及预报检验构成了平台最主要的功能。