菏澤霾氣候特征及影響因素分析

竇坤等

摘 要：利用1981—2013年菏澤市地面氣象觀測資料，對菏澤市霾日數(shù)變化特征及其影響因素進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：近33年菏澤霾日數(shù)總體呈上升趨勢，1980—1990年代霾日數(shù)較少，2000年之后明顯上升。菏澤年平均霾日數(shù)為10.8天。菏澤秋冬季霾天氣出現(xiàn)多，春夏季出現(xiàn)少。菏澤霾天氣95%以上為輕微霾（大氣能見度5～10 km），相對濕度在70%～90%的占8成以上。霾日數(shù)變化對氣溫和風(fēng)速的變化較為敏感。霾天氣發(fā)生時(shí)，一般風(fēng)速比較小（1～2 m/s），并以N風(fēng)最多。正變濕和負(fù)變壓對霾的生成和維持更加有利。連續(xù)無降水日數(shù)越長，出現(xiàn)霾的概率就可能越大。

關(guān)鍵詞：霾；氣候特征；影響因素

中圖分類號：P427.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號：2014-0329

Abstract： Based on observation data from 1981 to 2013 in Heze， haze characteristics and its formation mechanism were analyzed. The results show that： the haze showed a generally rising trend over the past 33 years， from 1981 to 2000 haze days was less， but a obvious rising trend after 2000. The average annual haze day was 10.8 days in Heze. Hazes mainly occurred in autumn and winter. When a haze occurred， the visibility mostly from 5 to 10 km， and the relative humidity ranged from 70% to 90%. Haze days change was more sensitive to the change of temperature and wind speed. Haze appears in when the wind speed was quite generally small （1-2 m/s）， the wind direction was north. The enhanced relative humidity and the weak pressure field was more advantageous to the haze formation. If does not rain continuously， the probability of haze was much bigger.

Key words： Haze； Climate Characteristics； Influence Factor

0 引言

霾（灰霾）天氣是指大量極細(xì)顆粒的干塵粒浮游在空中，使大氣水平能見度<10 km的空氣普遍混濁的現(xiàn)象[1]。霾天氣出現(xiàn)時(shí)，不僅使能見度變差，影響海、陸、空交通運(yùn)輸，增加交通事故頻次，而且還造成空氣質(zhì)量下降，誘發(fā)鼻炎、支氣管等多種呼吸道疾病，危害人體健康[2]。近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國大氣污染問題得到廣泛關(guān)注，對霾現(xiàn)象的研究工作也逐漸增多[3-11]。江崟等[12]分析了2003年深圳市霾氣候特征及影響因素，指出影響灰霾出現(xiàn)的氣象因素有地面天氣形勢，地面風(fēng)向和風(fēng)速，24 h變壓和最大連續(xù)不降水日數(shù)。吳兌[13]對霧和霾的區(qū)別作了深入探討，認(rèn)為將相對濕度閾值定位90%作為區(qū)分輕霧和霾的輔助判據(jù)是合理的。菏澤地處黃河下游魯西南平原地區(qū)，進(jìn)入21世紀(jì)以來，霾天氣有增多現(xiàn)象，對交通安全不利，也給人體健康帶來危害，因此研究菏澤霾日變化特征有重要意義。

1 資料和方法

本研究所用資料為1981—2013年菏澤地面氣象觀測資料，主要包括能見度、相對濕度、天氣現(xiàn)象、氣溫、降水、風(fēng)向風(fēng)速等。對霾的統(tǒng)計(jì)除了使用天氣現(xiàn)象觀測資料，結(jié)合吳兌[13]提出的霾輔助判據(jù)，將當(dāng)日平均能見度<10 km、且平均相對濕度<90%，并排除降水、沙塵等天氣現(xiàn)象的視程障礙情況，為1個(gè)出現(xiàn)大氣霾的日子。季節(jié)劃分按3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季，12—翌年2月為冬季。

2 霾的氣候統(tǒng)計(jì)特征

2.1 年際變化和年代際變化

圖1為近33年菏澤歷年霾日數(shù)的變化曲線。統(tǒng)計(jì)分析表明，1981—2013年菏澤年霾日數(shù)的平均值為10.8天，2013年最多為33天。總體來看，菏澤近33年來霾日數(shù)呈上升趨勢，氣候傾向率為3.5天/10a，較山東省霾日數(shù)氣候傾向率13.8天/10a[4]明顯偏低。以10年為一個(gè)階段劃分（表1），菏澤霾日數(shù)1980年代平均日數(shù)為8.3天，1990年代為稍有減少階段，年平均日數(shù)只有7.1天，2000年代為明顯上升階段，年平均日數(shù)為13.9天，是1990年代的近2倍，2010年之后年平均日數(shù)達(dá)到21天。

2.2 季節(jié)變化和月變化

圖2給出了1981—2013年菏澤各月平均霾日分布。由圖2可見，菏澤月平均霾日數(shù)曲線大致呈“V”型，10月至翌年2月是菏澤霾天氣的高發(fā)期，其中12月霾日數(shù)最多，平均2.61天；其次是1月，平均2.21天；4月和7月最少，均為0.18天。菏澤霾日數(shù)呈明顯的季節(jié)變化，冬季霾日數(shù)最多，占全年的55.2%，其次是秋季，占全年的27.3%，春季最少，只占全年的8.2%，表現(xiàn)出秋冬季霾天氣出現(xiàn)多，春夏季少的分布特征。這可能由于秋冬季大氣層結(jié)比較穩(wěn)定，空氣干燥，降水少，污染物不易擴(kuò)散或稀釋，有利于霾天氣的形成。春季風(fēng)速較大，有利于大氣污染物的擴(kuò)散；夏季雨水充沛，對污染物起沖刷作用，不利于霾天氣的形成。

3 霾日的相對濕度與能見度特征

中國氣象局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《霾的觀測和預(yù)報(bào)等級》（QX/T 113—2010）[14]，將霾預(yù)報(bào)等級劃分為4級，大氣能見度<2 km時(shí)為重度霾，能見度在2～3 km時(shí)為中度霾，能見度在3～5 km時(shí)為輕度霾，能見度在5～10 km時(shí)為輕微霾。由菏澤1981—2013年霾天氣發(fā)生時(shí)相對濕度分布（圖3）可見，霾天氣發(fā)生時(shí)相對濕度在80%～90%的占65.5%，相對濕度在70～80%的占22.5%，相對濕度在60%～70%的占7.3%，相對濕度在60%以下的不足5%。由此可見，霾天氣發(fā)生時(shí)，相對濕度在70%～90%的占8成以上。由菏澤1981—2013年霾日能見度分布（圖4）可見，重度霾和嚴(yán)重霾共占總霾日的0.84%，輕度霾占3.93%，95%以上為輕微霾，即發(fā)生霾天氣時(shí)日平均能見度在5～10 km。由此可見，菏澤發(fā)生重度和中度霾的頻率非常低，輕度霾也很少，還是以輕微霾為主。

4 氣候背景條件對霾天氣的影響

表2給出了菏澤1981—2013年的霾日數(shù)、氣溫、降水量和風(fēng)速的氣候趨勢系數(shù)、氣候傾向率以及霾日數(shù)同上述要素的相關(guān)系數(shù)。可以看出，霾的氣候趨勢系數(shù)達(dá)到0.56，平均每10年增加3.5天。風(fēng)速略有下降，與霾日數(shù)的相關(guān)系數(shù)為-0.326，通過了0.1的顯著性檢驗(yàn)，說明了風(fēng)速大、水平輸送強(qiáng)的時(shí)候，不易出現(xiàn)霾天氣；風(fēng)速減小，水平擴(kuò)散能力下降，是霾生成和維持的有利因素。風(fēng)速與霾日數(shù)的相關(guān)性呈弱顯著，說明兩者的反相關(guān)并不是特別明顯，所以也并不是風(fēng)速越小越有利于霾的生成和維持。氣溫呈增暖趨勢，增溫率為0.45℃/10a，同霾的相關(guān)系數(shù)為0.387，通過了0.05顯著性檢驗(yàn)。氣溫高可能是冷空氣活動(dòng)少或勢力弱，不利于大氣中污染物的擴(kuò)散，導(dǎo)致霾生成的因素增大。另外，氣溫升高也是氣候變化的一個(gè)反應(yīng)，與人類活動(dòng)有關(guān)，因此，氣溫對霾的影響也體現(xiàn)了人類活動(dòng)對霾的影響。降水呈弱增加趨勢，反應(yīng)降水對大氣的凈化能力在減小。由上文分析可知，霾天氣主要發(fā)生在非汛期，而非汛期降水較少，或者在此分析兩者的相關(guān)性尚缺乏實(shí)際意義。

由此可知，菏澤霾日數(shù)的變化與氣溫和風(fēng)速的變化較為敏感。近年來，氣溫升高、風(fēng)速減弱等致使形成霾天氣的有利因素在增加。

5 霾天氣的影響因素分析

根據(jù)江崟等[12]關(guān)于霾氣候特征及影響因素方面的分析，本研究選取菏澤2003—2013年的氣象資料，分析地面風(fēng)、氣壓、相對濕度和降水對霾的影響。

5.1 地面風(fēng)

對菏澤2003—2013年霾日14時(shí)地面風(fēng)速分析發(fā)現(xiàn)，菏澤出現(xiàn)霾時(shí)風(fēng)速一般比較小，以1～2 m/s最多，占49.2%；2～3 m/s為次多，占31.0%；風(fēng)速≤1 m/s的占17.2%，風(fēng)速>4 m/s的占2.3%。由此可見，菏澤風(fēng)速較大時(shí)有利于污染物的擴(kuò)散，但也不是風(fēng)速越小越有利于霾的生成。對2003—2013年出現(xiàn)霾時(shí)的14：00地面風(fēng)向出現(xiàn)頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明：菏澤任意風(fēng)向都可能出現(xiàn)霾，但出現(xiàn)霾時(shí)以N風(fēng)最多，占17%；其次是NNW風(fēng)，占13%。出現(xiàn)霾時(shí)以ENE風(fēng)和C風(fēng)的概率最小，分別為1%和2%。

5.2 氣壓

對菏澤2003—2013年霾日14：00地面24 h變壓分析發(fā)現(xiàn)，菏澤霾天氣的發(fā)生與24 h變壓有關(guān)，霾天氣出現(xiàn)當(dāng)日24 h變壓為負(fù)值的最多，占56.3%；變壓值較小時(shí)，出現(xiàn)霾的概率最小。由此可見，氣壓場的減弱更有利于霾的形成。

5.3 相對濕度

對菏澤2003—2013年霾日14時(shí)相對濕度分析發(fā)現(xiàn)，菏澤霾天氣的發(fā)生與相對濕度變化有關(guān)，霾天氣出現(xiàn)當(dāng)日24 h變濕為正值的最多，占57.5%；相對濕度變化較小時(shí)，出現(xiàn)霾的概率最小。由此可見，相對濕度的增強(qiáng)更有利于霾的形成。這主要是由于空氣濕度變大時(shí)，一般都是對應(yīng)氣壓降低，風(fēng)速變小，不利于污染物的稀釋和擴(kuò)散[15]。

5.4 最長連續(xù)無降水日數(shù)

對菏澤2003—2013年月最長連續(xù)無降水日數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，菏澤3—9月無降水日數(shù)為低值區(qū)，平均為13.1天，除了6月因?yàn)辂準(zhǔn)蘸螽?dāng)?shù)剞r(nóng)民焚燒秸稈的影響霾日較多外，其余6個(gè)月霾天氣都出現(xiàn)較少，月均僅4.5天。8月最長連續(xù)無降水日數(shù)最少，為7.2天，其次是7月9.2天，7月和8月的霾日數(shù)是最少的，11年中月均值均為3天。10、11、12、1、2月月均最長連續(xù)無降水日數(shù)達(dá)到28.9天，1月為38.7天，達(dá)到一年當(dāng)中的最大值，這與1月霾日數(shù)為次大值（僅少于12月）相一致。由此可見，降水有凈化空氣質(zhì)量、優(yōu)化大氣能見度的作用，如果長時(shí)間不降雨，出現(xiàn)霾的概率就可能增大。

6 結(jié)論

近33年菏澤霾日數(shù)總體呈上升趨勢，1980—1990年代霾日數(shù)較少，2000年之后明顯上升。菏澤一年四季均可出現(xiàn)霾，年平均霾日數(shù)為10.8天。月平均霾日數(shù)的季節(jié)變化，表現(xiàn)出秋冬季多，春夏季少的特征。

菏澤霾天氣95%以上為輕微霾（大氣能見度5～10 km），相對濕度在70%～90%的占8成以上。霾日數(shù)變化對氣溫和風(fēng)速的變化較為敏感。

菏澤霾天氣發(fā)生時(shí)，一般風(fēng)速比較小（1～2 m/s），并以N風(fēng)最多。霾天氣發(fā)生時(shí)與相對濕度、氣壓場的變化有關(guān)，正變濕和負(fù)變壓對霾的生成和維持更加有利。降水有凈化空氣質(zhì)量、優(yōu)化大氣能見度的作用，連續(xù)無降水日數(shù)越長，出現(xiàn)霾的概率就可能越大。

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