河北省南宮區域霧霾天氣變化特征分析

關俊華 高俊喜

(河北省南宮市氣象局，河北 南宮 055750)

1 引 言

中國城市區域的霾日數有顯著增加，而霧日數有顯著的下降趨勢。一些學者還對霧霾形成的物理化學條件、如何區分霧和霾等做過系統的分析研究，為霧霾的天氣預警及治理提供科學依據。

2 資料和方法

本文利用1980－2013年河北省南宮氣象站34年的觀測資料。南宮站是國家基本站，國家基本站的地面氣象觀測資料是我國最全面最完整觀測資料，均經過了國家氣象中心氣象資料室的質量檢驗;南宮市位于河北東南部，西靠太行山，東面渤海，屬于華北平原的腹地，因此研究南宮的霧霾氣候變化特征對河北省的霧霾天氣代表性意義。

霾出現時相對濕度不大、而霧中的相對濕度是飽和的，霧與霾是可以相互轉化的，當相對濕度超過100時，霾粒子吸附析出的液態水成為霧滴，相對濕度降低時，霧滴脫水后霾粒子又懸浮在大氣中。因此霧與霾沒有截然分明的界限，即使用相對濕度也很難將它們區別開來［1－2］。

本文規定霧霾的劃分以本站實際的天氣現象記錄為主要依據，即先按照觀測記錄訂正，只要在一天8 次定時觀測記錄中某1 個時次天氣現象記錄出現霧(輕霧)、霾統計為一個霧(輕霧)、霾日。在觀測記錄中一日內同時出現霧與霾，記為一個霾日。

3 霧霾天氣的氣候變化特征

3.1 霧日數年變化

圖1 是南宮市霧日數年際變化曲線，由圖1 可以看出，霧天年日數從80年代至今有明顯的減少趨勢，平均減少速率為1.62 天/年，近十年來維持在較低水平;霧日數年平均157 天，最多霧日出現在1985年，為235天，最少霧日出現在2013年僅有92 天;在80年代中后期是霧日高峰期。

圖1 南宮站1980－2013年霧日數年際變化

圖2 南宮站1980－2013年霾日數年際變化

3.2 霾日數年變化

圖2 是南宮市霾日數年際變化曲線，南宮在80、90年代出現霾的概率很小，可能與80年地面觀測規范調整有關。自1998年后呈逐波動性年增多趨勢，增多速率為7.77 天/10年。90年代后期至21 世紀初期為霧霾天增多趨勢，之后緩慢減少，2003年為谷值，以后開始增多，2008年達到最高峰為51 天，之后維持較增加的趨勢。

3.3 霧日數季變化

南宮市一年四季均有霧、霾出現，并有明顯的季節變化。由表1 可知，秋季是全年霧天日數最多季節為31，夏、冬季次之、春季最少為15;春季相對濕度較小不利于霧滴的形成，所以春季霧少;夏季則相對濕度較大，多年平均達80，是一年中相對濕度最大的季節，水汽充分有利于霧滴的形成;溫度低，逆溫日數多，強度大是秋冬季節霧天所的主要因素。

圖3 是霧日數月變化情況。由圖3 看出，全年霧天日數最多月出現在8月份，多年平均值為19 天，最少月份是4月份為多年平均值為7 天。

表1 1980－2013年 南宮站各季霧、霾天氣現象日數

圖3 南宮站1980－2013年霧日數月變化

圖4 南宮站1980－2013年霾日數月變化

3.4 霾日數季變化

圖4 給出了南宮市霾日數月分布情況。由圖4 看出，南宮市霾日數個月差異較大，月霾日數呈單谷型分布，8月份未出現過霾天，5月、7月份各僅有2 天，12月份最多為69 天。由表1 還可以看出，冬季是全年霾日數最多的季節，占全年的49，秋季次之，占全年的36，春季為11，夏季為4，是全年最少的季節。統計結果還表明，冬春季霾日數在緩慢增多趨勢，而秋季有緩慢減少的趨勢。秋冬季逆溫日數多且強度強，阻礙了對流層中的大氣對流運動，使近地面的污染物宜聚集，這些條件利于霾的形成和維持［13］;而春夏太陽輻射增強，近地面不穩定層結增多，大氣擴散條件好;降水量較多，強度大，由于污染物進入降水中經過兩個過程，云中淋洗和云下沖刷，當降水量較小是，污染物隨著降水被沖刷下來，當降水降水量較大時，由于稀釋作用，云下大氣顆粒物逐漸減少［14］，則是夏季霾天出現少的主要原因。

3.5 霧霾天氣持續時間變化

南宮市霧霾天氣過程持續日數變化情況見圖5。圖可以看出，霧霾天氣過程持續次數似冪函數形式迅速遞減。統計結果表明，1980－2013年南宮區域共出現霧霾天氣過程2115 次，其中霧霾天氣過程持續1 天共出現1048 次，占49.6，持續2 天的霧霾天氣過程385 次，占18.0，持續1 ――5 天霧霾天氣過程1874 次，占88.6，持續天10 以上的霧霾天氣過程有73 次，占3.5，霧霾天氣過程持續時間最長達22 天，出現在1990年1月1日－22日和2001年1月6日－27日，持續時間較長的霧霾天氣過程集中在冬季。

圖5 南宮站1980－2013年霧霾持續日數分布

4 霾與氣象要素的關系

4.1 與相對濕度的關系

在地面觀測業務中用相對濕度作為觀測霾和霧的識別標準，但相對濕度標準各站不同，南方等地還運用相對濕度識別霧與霾的概念模型［15］，對于北方來說相對濕度定得太大了。圖5 利用南宮站1980年～2013年出現霾天時，將日均相對濕度分為7 段，統計每段霾天的出現頻率。由圖5 可知，隨著日均相對濕度的逐漸增大，南宮站霾天氣的出現頻率呈先增大后減小的變化趨勢，當日均相對濕度小于40% 時，霾發生幾率很小，僅占2.2%，隨著相對濕度逐漸增大，霾出現的頻率也在增大，當日均相對濕度增大至71～80 時，霾出現頻達到峰值，為30.2%，之后霾出現頻率隨日均相對濕度增大呈下降趨勢。按照南方識別霧霾的概念模型，南宮站出現的霾天中，還有6.9%屬于霧(日均相對濕度大于90%)，干霾占93.1%(相對濕度小于80%)，濕霾或霧霾混合物占6.2%(相對濕度在80%～90%之間). 由此也驗證了出現霾天時區域位置越偏北，相對濕度下限會相應減小這一結論［16］。

圖6 南宮站1980－2013年霾日數在相對濕度各段的百分比

4.2 與月最長連續無降水日數的關系

由圖6 可以看出，南宮站月最長連續無降水日數變化趨勢呈“U”型分布特征，與霾月出現次數的單谷型變化趨勢基本一致，2－9月份月最長連續無降水日數多于霾日數，而10月份至次年1月份霾日數明顯多于最長連續無降水日數。對二者進行了相關性分析，相關系數為0.6965，并通過0.01 的顯著性水平檢驗。

圖7 南宮站1980－2013年月霾日數與月最長連續無降水日數

5 結 論

(1)南宮市霧天日數呈波動性減少趨勢，平均減少速率為1.62 天/年;近幾年快速減少;霾天日數自90年代后期開始增多趨勢顯著，增多速率為7.771 天/10年，2008年達到最高峰為51 天。

(2)霧霾天日數的季節變化特征是秋冬季是霧霾高發季節，夏季次之，春季最少。這是大氣污染物、近地面不穩定層結、逆溫層、相對濕度等綜合影響的結果。

(3)日均相對濕度的逐漸增大，霾天氣的出現頻率呈先增大后減小的變化趨勢，當日均相對濕度小于40%時，霾發生幾率很小，僅占2.2%，隨著相對濕度逐漸增大，霾出現的頻率也在增大，當日均相對濕度增大至71～80 時，霾出現頻達到峰值，為30.2%，之后霾出現頻率隨日均相對濕度增大呈下降趨勢。

(4)月最長連續無降水日數變化趨勢呈“U”型分布特征，與霾月出現次數的單谷型變化趨勢基本一致，對二者進行了相關性分析，相關系數為0.6965，并通過0.01 的顯著性水平檢驗。

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