云南高原楚雄市城市霧變化的氣候特征分析*

何 萍

(楚雄師院學(xué)院地理科學(xué)與旅游管理系，云南 楚雄 675000)

1.引言

在氣象學(xué)中，霧是指近地層大氣中懸浮的大量水滴或冰晶微粒使能見度小于1km的天氣現(xiàn)象［1］。隨著科技的不斷發(fā)展和人類生活水平的不斷提高，人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到霧對(duì)人類生存環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響。近年來由于人類活動(dòng)造成低能見度的天氣頻繁出現(xiàn)，社會(huì)對(duì)霧的關(guān)注度也迅速提高，霧已成為高影響天氣氣候事件，霧的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)越來越重要。

為了進(jìn)一步提高霧天氣預(yù)報(bào)服務(wù)水平，必須加強(qiáng)霧天氣預(yù)報(bào)技術(shù)的研究，建立起高精度、高質(zhì)量、客觀化并且適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要的預(yù)報(bào)方法和服務(wù)系統(tǒng)，這一切都必須建立在對(duì)霧天氣氣候特征進(jìn)行充分全面的分析研究，掌握其變化特點(diǎn)與規(guī)律。

由于霧的分布具有明顯的地域特征，同時(shí)是一種小概率事件，其形成與多種因素有關(guān)，需要深入系統(tǒng)研究，目前，我國(guó)學(xué)者對(duì)霧的研究已有報(bào)道，［2—9］而楚雄市在這方面研究較少。本文利用2001～2009年大霧資料，采用常用的氣候主要要素的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法和使用線性傾向估計(jì)方法，詳盡分析了楚雄市霧的氣候特征及變化，以便為楚雄市霧的進(jìn)一步研究、預(yù)報(bào)提供氣候背景依據(jù)。

2.楚雄市霧的分析

楚雄市的霧是輻射霧，這是由輻射冷卻形成的，多出現(xiàn)在晴朗、微風(fēng)、近地面水汽比較充沛且比較穩(wěn)定或有逆溫存在的夜間和清晨，有明顯的季節(jié)性和日變化。城市中另一種霧，煙霧是人類的活動(dòng)所造成的。早晨和晚上正是供暖鍋爐的高峰期，大量排放的煙塵懸浮物和汽車尾氣等污染物在低氣壓、風(fēng)小的條件下，不易擴(kuò)散，與低層空氣中的水汽相結(jié)合，比較容易形成煙塵 (霧)，而這種煙塵 (霧)持續(xù)時(shí)間往往較長(zhǎng)。

2.1 楚雄市霧的日變化特征

根據(jù)楚雄站2001～2009年的霧資料，對(duì)霧日數(shù)和輕、重霧日數(shù)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，楚雄市九年共發(fā)生霧日數(shù)233日，平均每年霧日數(shù)的25.89日;從圖1中可以看出，霧日變化規(guī)律明顯，楚雄市霧生成時(shí)間主要集中在07∶00～08∶00時(shí)，其中07∶00～08∶00時(shí)霧生成頻率最高，為27%，其次為06∶00～07∶00時(shí)，生成頻率為24%，10∶00～23∶00時(shí)以后幾乎沒有霧發(fā)生。輻射霧的日變化主要決定于氣溫的變化，因?yàn)闅鉁厝兆兓瘺Q定了飽和水汽壓的變化，白天地面接受太陽溫度較高，不利于近地層水汽凝結(jié)及逆溫層形成，氣溫高使飽和水汽壓升高，因而空氣不易飽和凝結(jié)而成霧。而夜間由于地面強(qiáng)烈長(zhǎng)波輻射冷卻作用，近地層大氣降溫大于其上層大氣而形成逆溫層，對(duì)流弱，氣溫低飽和水汽壓也迅速降低，水汽就可能達(dá)到飽和而凝結(jié)成霧。清晨氣溫達(dá)一天最低，因此也是全天霧最多出現(xiàn)的時(shí)刻。

楚雄市霧的消散霧的主要時(shí)段為08∶00～12∶00時(shí)，高峰時(shí)段是日出后的09∶00～10∶00時(shí)，頻率為30%。這是由于日出后下墊面的增溫，霧滴蒸發(fā);風(fēng)速增大，將霧吹散或抬升成云，再有就是湍流混合，水汽上傳，熱量下遞，近地層霧滴蒸發(fā)。

圖1 楚雄市霧日變化頻率分布

2.1.1 楚雄市霧生消時(shí)間特征

分析楚雄市各季霧生成時(shí)間的頻率分布，由表1可知，各季霧的生成時(shí)間仍有較大差異:春季霧的生成時(shí)間集中在04∶00～07∶00時(shí)，其頻率最大，為33.3%;夏季生成的霧主要是輕霧，沒有測(cè)得具體霧的生成時(shí)間，數(shù)字有空缺，用 “—”表示;秋季霧的生成時(shí)間集中在06∶00～07∶00時(shí)和07∶00～08∶00時(shí)，其中在07∶00～08∶00時(shí)頻率最大為 33.3%;冬季霧生成時(shí)間集中在07∶00～08∶00時(shí)和08∶00～09∶00時(shí)，兩時(shí)段的頻率相同，都為24%，比較各季霧的生成時(shí)間頻率可知，秋冬季生成時(shí)間集中。分析五年霧的生成時(shí)間變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，秋季 (年)霧的生成時(shí)間有后延的趨勢(shì)。

表1 霧生成的頻率 (%)

楚雄市各季霧消散時(shí)間的頻率分布，由表2可知:秋冬季的消散時(shí)間比春季晚了1～2個(gè)小時(shí)，春季霧的消散時(shí)間集中在08∶00～10∶00時(shí)，08∶00～09∶00時(shí)和09∶00～10∶00時(shí)消散的頻率相等，為50%;夏季的霧是輕霧，沒有測(cè)得具體霧的消散時(shí)間，數(shù)字有空缺，用“－”表示;秋季霧的消散時(shí)間主要在08∶00～11∶00時(shí)，其中10∶00～11∶00時(shí)消散頻率最大，為42%;冬季霧的消散時(shí)間集中在09∶00～12∶00時(shí)，09∶00～10∶00時(shí)消散頻率最大，為30%。比較各季霧的消散時(shí)間頻率分布可知:春季消散時(shí)間集中。分析霧的消散時(shí)間變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，冬季 (年)霧的消散時(shí)間有后延趨勢(shì)。

表2 霧消散的頻率 (%)

從生成和消散的頻率可知，春、夏、秋、冬四季中各季生成的時(shí)間越早，消散的時(shí)間就越早，生成的時(shí)間越晚，消散的時(shí)間就越晚。春季生成和消散的時(shí)間大約相差1～2個(gè)時(shí)段，秋季生成和消散的時(shí)間大約相差2～3個(gè)時(shí)段，冬季生成和消散的時(shí)間大約相差3～4個(gè)時(shí)段。

2.1.2 楚雄市霧的持續(xù)時(shí)間特征

季節(jié)不同，霧持續(xù)時(shí)間也不同，因?yàn)槌壅驹?001～2009年的時(shí)間夏季是輕霧，沒有測(cè)得具體霧的生消時(shí)間，數(shù)字有空缺，所以夏季霧的持續(xù)時(shí)間 “—”表示，從表3中可以看出，冬季大霧持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，秋季次之。其中12月和1月持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，平均為4個(gè)小時(shí)左右，其次分別為11月、1月，約為3個(gè)小時(shí)，6月、7月和8月是輕霧，持續(xù)時(shí)間最短，這主要是因?yàn)槎咎柛叨冉堑?，輻射?qiáng)度弱，近地逆溫層不容易被破壞，利于霧的持續(xù)，而夏季日出早，太陽輻射強(qiáng)，近地逆溫層迅速升溫，過早破壞了近地逆溫層，不利于霧的維持。

表3 霧持續(xù)時(shí)間 (分鐘)

霧持續(xù)時(shí)間最短為28分鐘，出現(xiàn)在2002年1月11日早上8∶35至2002年1月11日早上9∶03;霧持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)為10小時(shí)02分，出現(xiàn)在2004年12月18日凌晨3∶15至2004年12月18日中午13∶17。

2.2 楚雄市霧的月變化特征

從圖2楚雄市1—12月霧日數(shù)月際變化可以看出:楚雄市1月到9月呈“J”型特征，1—10月霧日數(shù)低于平均大霧日數(shù)，11月、12月大霧日數(shù)急劇增加。霧天氣主要出現(xiàn)在11月、12月，占全年大霧天氣的62.4%，其次為9月和1月。最多的12月份平均大霧日數(shù)就有9日;最少月份是夏季。這是因?yàn)?①秋冬季節(jié)冷空氣活動(dòng)頻繁，冷空氣過后氣溫下降，地面為大陸冷高壓控制，天空晴好，夜間輻射降溫幅度較大，易使近地層相對(duì)濕度增大，也易形成逆溫層;②在大陸高壓控制下，地面上的風(fēng)也較弱，而風(fēng)速小于3m·s－1，也是形成大霧的一個(gè)有利條件;③有些冷空氣能夠帶來水汽，為大霧的形成提供水汽條件;④秋冬季節(jié)太陽高度角低，輻射不強(qiáng)，對(duì)地表水分的蒸發(fā)能力減弱，有利于保持下墊面的水分;⑤天氣變冷，居民的燒煤量增加，使得空氣中的煙塵增加，從而使凝結(jié)核增加，也造成了秋冬季節(jié)大霧日增多;⑥夏季冷空氣活動(dòng)較少，氣溫高，最不利于形成霧，所以霧最少。

圖2 楚雄市2001—2005年1—12月大霧日數(shù)月際變化

2.3 楚雄市霧年際變化特征

從圖3楚雄市霧日數(shù)變化趨勢(shì)可看出:2001～2009年，楚雄市的平均霧天氣日數(shù)是25.89日;最多年份是2008年，楚雄市平均霧天氣日數(shù)達(dá)38日;最少年份是2009年，平均霧天氣日數(shù)為8日，不到最多年份2008年的50%;2001年至2003年的連續(xù)3年楚雄市霧天數(shù)，均低于楚雄市的平均霧天數(shù)。2004年至2008年楚雄市的平均霧天氣日數(shù)呈明顯上升，均超過楚雄市的平均霧天氣日數(shù)。但2009年因?yàn)楦珊?，水汽含量少，所以霧日達(dá)到最低值。

圖3 楚雄市2001—2009年大霧日數(shù)變化趨勢(shì)

3 楚雄和南華霧的對(duì)比分析

3.1 近30年楚雄和南華霧的年變化對(duì)比分析

由圖4可見，自2010年以來，楚雄站和南華站每年出現(xiàn)的霧日數(shù)均在減少，但減少的幅度有所不同。南華站減少幅度明顯大于楚雄站，楚雄站年霧日數(shù)從1970年的105天減少到2000年的95天，而南華站從1970年的103天減少到2000年的92天。從圖1中還可以發(fā)現(xiàn)，1985年以前，楚雄站的年霧日數(shù)與南華站的年霧日數(shù)大致相當(dāng)，1970～1985年，楚雄站多年平均霧日數(shù)為98.4天，南華站多年平均霧日數(shù)為94.1天。1985年以后，楚雄站和南華的年霧日數(shù)均有所減少，而楚雄站的雖有所減少，但變化不大。1985～2000年，楚雄站多年平均霧日數(shù)為88.86天，南華站多年平均霧日數(shù)為85.67天。由此可見，1985年后兩站年霧日數(shù)出現(xiàn)明顯差異，除了年霧日數(shù)明顯減少外，霧的維持時(shí)間也大大縮短，那么楚雄站由于氣候變化引起的霧日數(shù)變化則與南華站的近似。

導(dǎo)致楚雄 (市區(qū))霧比南華 (郊區(qū))霧多主要是由于楚雄城市發(fā)展帶來的結(jié)果，城市化導(dǎo)致了城市中溫度升高、空氣中氣溶膠濃度增大、熱島效應(yīng)使夜間的水汽全年比郊區(qū)高，又因?yàn)槌菂^(qū)風(fēng)速小，這些氣象要素的變化為霧的形成提高了有利條件。所以，楚雄多年平均霧日都大于南華。

3.2 楚雄和南華 (郊區(qū))霧近十年的年變化對(duì)比分析

從表4可以看出:近十年以來楚雄市的霧日明顯高與郊區(qū)南華的霧日，這和楚雄城市發(fā)展是分不開的。楚雄城區(qū)近十年的霧日大于南華縣的霧日主要是由于90年代楚雄城市化帶來的熱島效應(yīng)，城市熱島效應(yīng)最終導(dǎo)致了建筑群及街道的湍流加強(qiáng)，改變了城區(qū)動(dòng)力、熱力結(jié)構(gòu)及其特定的污染動(dòng)力擴(kuò)散條件，最終引起城市中大氣氣溶膠濃度增多，為霧的形成提供了豐富的凝結(jié)核，此外，高大的建筑物阻擋了近地面的風(fēng)，使得熱力湍流作用弱、大氣層結(jié)穩(wěn)定使楚雄市出現(xiàn)霧的幾率遠(yuǎn)大于南華縣，而且城市中高大的建筑群減低了楚雄市近地面風(fēng)速，這有利于霧的消散，使楚雄市霧持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，最終出現(xiàn)了楚雄市霧日高于南華縣。

表4 2001～2009年楚雄市和南華縣霧的年變化

圖4 2001～2009年楚雄市和南華霧的年變化

3.3 近十年來楚雄和南華霧的月變化分析

表5 2001～2009年楚雄市和南華縣各月平均霧的變化

圖5 2001～2009年楚雄市和南華各月霧的變化

圖5給出了楚雄市和南華縣各月霧的變化，圖5表明:楚雄市十年來各月年平均霧日都大于南華縣，(除了8月份略少于南華外)。從霧的月變化來講楚雄市一年中有兩個(gè)霧季，以11月到次年1月為第一霧季，在此霧季中各月霧日皆在90天左右。春季3—5月為第二霧季。在此霧季中各月霧日皆在70日左右。它和郊區(qū)南華情況有所不同，主要表現(xiàn)在市區(qū)霧季長(zhǎng)，郊區(qū)霧季短。特別是在春季郊區(qū)因風(fēng)速大，空氣中凝結(jié)核較少，所以霧日都比市區(qū)少。

4 霧的影響

4.1 對(duì)水平能見度的影響

霧的大小要根據(jù)水平能見度表示。所謂水平能見程度，是指視力正常的人在當(dāng)時(shí)天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨認(rèn)出目標(biāo)物 (黑色，大小適度)的最大水平距離;夜間則是能看到或確定出一定程度燈光的最大水平距離。

霧的能見度小于1千米，國(guó)際上統(tǒng)一按表6定能見度距離對(duì)大氣的透明進(jìn)行分類:

表6 霧的分類

霧日能見度的大小在一定程度上反映了大霧的強(qiáng)度變化，目前我國(guó)觀測(cè)站并不觀測(cè)每次大霧出現(xiàn)時(shí)的最小能見度，一般每天觀測(cè)4次能見度，分別是在2時(shí)、8時(shí)、14時(shí)、20時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，取霧日4次觀測(cè)中能見度小的來統(tǒng)計(jì) (如最小能見度＞1km，則按1km處理)。

從表7中可以得出:2001～2005年霧日最小能見度平均為0.42km，春、夏、秋、冬能見度分別為0.28km、1km、0.22km、0.18km，說明秋冬季霧的濃度大。這是因?yàn)槌凼星锒景滋鞙囟缺容^高，空氣中可容納較多的水汽。但是到了夜間，溫度下降了，空氣中能容納的水汽的能力減少了，因此，一部分水汽會(huì)凝結(jié)成為霧。特別在秋冬季節(jié)，由于夜長(zhǎng)，而且出現(xiàn)無云風(fēng)小的機(jī)會(huì)較多，地面散熱較夏天更迅速，以致使地面溫度急劇下降，這樣就使得近地面空氣中的水汽，容易在后半夜到早晨達(dá)到飽和而凝結(jié)成小水珠，形成霧。秋冬的清晨氣溫最低，便是霧最濃的時(shí)刻。

表7 霧日最小能見度變化 (km)

5 結(jié)論

(1)楚雄市霧的日變化:霧生成高峰期06∶00～07∶00時(shí)，其生成頻率為27%;霧消散的高峰期為08∶00～10∶00時(shí)，頻率為30%。

(2)楚雄市霧的月變化:霧從1月到9月平均大霧天氣日數(shù)呈“U”型特征，霧天氣日數(shù)主要出現(xiàn)在11月、12月。

(3)楚雄市霧的年際變化特征:2001年至2005年，最多年份是2004年，楚雄市平均大霧天氣日數(shù)達(dá)32日;最少年份是2002年，平均大霧天氣日數(shù)為14日，2005年后楚雄市霧日數(shù)呈下降趨勢(shì)。

(4)楚雄市霧的時(shí)間變化特征:楚雄市秋季 (年)霧的生成時(shí)間有后延的趨勢(shì)，而在冬季霧的消散有后延的趨勢(shì);冬季霧持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，秋季次之。其中12月至次年2月持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，平均為4個(gè)小時(shí)左右;6月、7月和8月是輕霧，持續(xù)時(shí)間最短。

(5)楚雄市秋冬季能見度最小，分別是0.22km、0.18km，使水平能見度降低。

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