河北南部地區(qū)霧霾天氣氣象特征分析

孫翠英　賈伯巖　方春華　安月改　周　毅

(1.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊　050021；

2.三峽大學(xué)，宜昌　443002；3.河北省氣候中心，石家莊　050021)

河北南部地區(qū)霧霾天氣氣象特征分析

孫翠英1賈伯巖1方春華2安月改3周毅2

(1.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊050021；

2.三峽大學(xué)，宜昌443002；3.河北省氣候中心，石家莊050021)

【摘要】利用1981-2013年河北南部地區(qū)各氣象站點(diǎn)的地面觀測資料，對河北南部地區(qū)霧霾天氣的時空分布規(guī)律、霧霾天氣的氣象要素特征、長持續(xù)霧霾天氣過程發(fā)生的氣象條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，33年來河北南部地區(qū)霧霾日數(shù)呈增加趨勢，速率為0.4天/年；年重霧霾日數(shù)略呈減少趨勢，速率為-0.02天/年；年最長持續(xù)霧霾日數(shù)呈顯著增加趨勢，趨勢系數(shù)為1.3天/年。長持續(xù)過程的持續(xù)天數(shù)與平均風(fēng)速減小、平均相對濕度的增加和前期降水量的增多幅度均呈一定的正相關(guān)，尤其與平均風(fēng)速減小關(guān)系密切。

【關(guān)鍵詞】霧霾；長持續(xù)過程；氣象要素；特征分析

中圖分類號：X51

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：碼：A

文章編號：號：1673-288X(2015)05-0165-04

Abstract：By using observational data of meteorological variables from 1981 to 2013 in southern Hebei area，the spatial and temporal distributions，the meteorological variables，and the meteorological conditions of the long continuous haze episode were investigated during haze periods in southern Hebei area. The results showed that the number of haze day increased obviously in the 33 years，which rate was 0.4 day per year；the number of the heaviest haze day decreased slightly，which rate was -0.02 day per year；the number of the longest continuous haze day increased obviously，the rate was 1.3 day per year. It was a positive correlation between the number of the long continuous haze episode and the decreased average wind speed，the increased average relative humidity，the increased antecedent precipitation，especially with the close relationship between the decreased average wind speed.

Keywords：Haze；Long continuous episode；Meteorological factor；characteristics analysis

作者簡介：曹艷芳，助理研究員，碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境影響評價

1引言

近年來，隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程不斷加強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長，嚴(yán)重的霧霾天氣呈現(xiàn)出面積范圍廣、發(fā)生次數(shù)頻繁、單次霧霾持續(xù)時間長的特點(diǎn)[1-2]。2013年冬季以來，河北南部地區(qū)連續(xù)霧霾日創(chuàng)歷史記錄，石家莊地區(qū)在2013年1月4日至18日，由于冷空氣勢力減弱，大風(fēng)天氣的減少，不利于空氣的流通和污染物的擴(kuò)散，連續(xù)半個月為嚴(yán)重霧霾天氣。由于其能見度低和污染嚴(yán)重，對人民的健康生活、安全出行及溫室棚菜生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響[3-4]。

本文利用河北南部地區(qū)各氣象站點(diǎn)觀測的1981年至2013年霧霾天氣(含氣象學(xué)定義上的霧和霾)相關(guān)資料，分析研究了河北南部地區(qū)霧霾天氣及長持續(xù)霧霾天氣過程的氣象特征規(guī)律。

2霧霾日數(shù)的時空分布特征

2.1　霧霾日數(shù)年際變化趨勢

1981～2013年，河北南部地區(qū)年霧霾日數(shù)為183.7天，33年來呈增加趨勢，速率為0.4天/年。上世紀(jì)80年代至90年代前期，霧霾日數(shù)呈減少趨勢，90年代后期至今呈增加趨勢。年重霧霾日數(shù)為25.4天。33年來略呈減少趨勢，速率為-0.02天/年。上世紀(jì)80年代，區(qū)域內(nèi)重霧霾日數(shù)呈明顯增加趨勢，1990年達(dá)到最多，而后又呈現(xiàn)波動性下降趨勢。

2.2　霧霾日數(shù)的空間分布特征

1981～2013年，河北南部地區(qū)年平均霧霾日數(shù)大多在100天以上，僅滄州沿海、衡水和石家莊局部少于100天。石家莊中南部、邢臺東南部、西南部和中部的北部、邯鄲大部在200天以上，部分地區(qū)超過250天，磁縣達(dá)300天。

就重霧霾而言，河北南部地區(qū)僅阜平和涉縣年重霧霾日數(shù)不足5天，其它地區(qū)均在10天以上。保定東南部、石家莊東部、邢臺中部和邯鄲中東部超過30天，其中部分地區(qū)超過40天，寧晉、廣平分別達(dá)52天和60天。

3長持續(xù)重霧霾日數(shù)時空分布特征

3.1　空間分布

河北南部地區(qū)長持續(xù)重霧霾日數(shù)空間分布特征與霧霾不同(圖1)。西部山區(qū)和滄州沿海較少，一般在8天以下，山區(qū)持續(xù)時間最短，僅為5天；其他大部分區(qū)域最長持續(xù)日數(shù)都在8天以上，保定東南部、石家莊東部、邢臺和邯鄲中東部、衡水大部、滄州西南部地區(qū)在10天以上，部分地區(qū)超過12天，景縣和廣平達(dá)15天，為持續(xù)日數(shù)之最長。

圖1　河北南部區(qū)域最長連續(xù)重霧霾日數(shù)(天)

3.2　年際變化特征

河北南網(wǎng)地區(qū)最長連續(xù)重霧霾日數(shù)略呈增加趨勢，趨勢系數(shù)為0.03天/年。最長連續(xù)重霧霾日數(shù)年際間差異很大，長的年份達(dá)15天(1994年)，短的年份為5天(1986年)，相差3倍之多。33年中，有12年出現(xiàn)連續(xù)10天以上的重霧霾天氣過程，多出現(xiàn)在1990年以后。

區(qū)域內(nèi)，年平均出現(xiàn)持續(xù)3天以上的重霧霾天氣過程3.8次。1990年出現(xiàn)次數(shù)最多，達(dá)7.4次；1994年次之，為6.9次；1981年出現(xiàn)次數(shù)最少，僅1.2次。1981年至上世紀(jì)90年代中期呈增加趨勢，而后次數(shù)明顯減少。

4秋冬季霧霾與各氣象要素的關(guān)系

4.1　平均風(fēng)速

1981～2013年，河北南網(wǎng)地區(qū)秋冬季平均風(fēng)速呈顯著減小趨勢(圖2)，趨勢系數(shù)為平均每年減小0.009m/s，與霧霾和重霧霾日數(shù)的變化均呈反相關(guān)關(guān)系，尤其與霧霾日數(shù)關(guān)系密切(表1)。說明，平均風(fēng)速的減小是造成霧霾天氣增多的主要原因之一。

圖2　河北南網(wǎng)區(qū)域歷年霧霾日數(shù)(天)與平均風(fēng)速(m/s)

4.2　大風(fēng)日數(shù)

1981～2013年，河北南網(wǎng)地區(qū)秋冬季平均大風(fēng)日數(shù)變化趨勢與平均風(fēng)速相同，呈顯著減少趨勢(圖3)，趨勢系數(shù)為平均每年減少0.01天，與霧霾和重霧霾日數(shù)也均呈反相關(guān)，與霧霾日數(shù)關(guān)系密切(表1)。大風(fēng)日數(shù)的減少也是致使霧霾增多的主要原因之一。

圖3　河北南網(wǎng)區(qū)域歷年霧霾與大風(fēng)日數(shù)(天)

4.3　相對濕度

1981年以來，南網(wǎng)地區(qū)秋冬季平均空氣相對濕度變化趨勢不明顯(圖4)。秋冬季霧霾和重霧霾日數(shù)與相對濕度均呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)0.4309和0.7772(表1)。說明，相對濕度的變化也是致使霧霾增多的主要原因。

圖4　河北南網(wǎng)區(qū)域歷年霧霾日數(shù)(天)與相對濕度(%)

4.4　降水量

1981年以來，南網(wǎng)地區(qū)秋冬季降水量略呈增加趨勢，但變化趨勢不明顯(圖5)。秋冬季霧霾和重霧霾日數(shù)與降水量也均呈一定正相關(guān)，即降水量多的年份、霧霾日易多，降水量少的年份，霧霾日數(shù)易少，降水量是影響霧霾日數(shù)多寡的一個氣象因子。

圖5　河北南網(wǎng)區(qū)域歷年霧霾日數(shù)(天)與降水量(mm)

4.5　能見度

圖6　河北南網(wǎng)區(qū)域歷年霧霾日數(shù)(天)與能見度(km)

圖6顯示了1981年以來08時和14時能見度與霧霾日數(shù)的歷年變化。兩個時次的能見度均呈顯著減小趨勢，減小趨勢系數(shù)分別為每年45.5m和86.3m。秋冬季霧霾和重霧霾日數(shù)與能見度相關(guān)密切，霧霾日多，能見度差，霧霾日少，能見度好。

表1　霧霾日數(shù)與主要?dú)庀笥绊懸蜃拥年P(guān)系

5長持續(xù)重霧霾天氣過程發(fā)生的氣象條件

根據(jù)1981～2013年霧霾氣象資料的統(tǒng)計(jì)分析，在秋冬季節(jié)選取了10次持續(xù)日數(shù)超過10天的重霧霾過程，研究了長持續(xù)重霧霾天氣過程發(fā)生時的氣溫、濕度、風(fēng)速以及發(fā)生前降水量特征(表2)。

表2　長持續(xù)重霧霾天氣過程時相關(guān)氣象要素變化情況

研究表明，這幾次長持續(xù)重霧霾天氣過程均出現(xiàn)在11月中下旬至2月上旬，12月至1月最多。各發(fā)生時段空氣平均相對濕度都在78%以上，比多年均值都偏大10%以上，多數(shù)超過20%。各時段平均風(fēng)速都在1.7m/s以下，比多年均值均偏小，60%偏小超過0.5m/s；以差值百分比來看，多數(shù)偏小10%以上，其中6個過程平均風(fēng)速偏小29%～41%，這幾個過程重霧霾持續(xù)日數(shù)都較長，12天以上的所有過程均在其中。各次過程前期降水均偏多，60%的前10天降水量偏多，80%的前30天降水量偏多，5個持續(xù)12天以上的過程中有3個前10天或前30天的降水均偏多。

從氣溫來看，發(fā)生長持續(xù)重霧霾天氣過程時，平均氣溫在-5.1～3.22℃之間，多數(shù)低于0℃，一半高于多年平均值，一半低于多年值；平均最高氣溫在-0.5～6.3℃之間，絕大部分在0℃以上，80%低于多年均值；平均最低氣溫在-9.3～0.8℃之間，絕大部分在0℃以下，80%高于多年均值。可見，幾次持續(xù)過程中氣溫分布的跨度較大，氣溫不是影響霧霾持續(xù)的關(guān)鍵因子，而是受霧霾天氣影響比較明顯的要素。

長持續(xù)重霧霾日數(shù)與氣象要素和多年差值的相關(guān)關(guān)系見表3。長持續(xù)過程的持續(xù)天數(shù)與平均風(fēng)速減小、平均相對濕度的增加和前期降水量的增多幅度均呈一定的正相關(guān)。

表3　長持續(xù)重霧霾日數(shù)與氣象要素和多年差值的相關(guān)關(guān)系

6結(jié)論

霧霾天氣與各氣象要素并不是簡單的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)關(guān)系，還與許多其他因素有關(guān)。平均風(fēng)速的減小、大風(fēng)日數(shù)的減少、相對濕度的變化、降水量和能見度均與霧霾日數(shù)的多少密切相關(guān)。長持續(xù)過程的持續(xù)天數(shù)與平均風(fēng)速減小、平均相對濕度的增加和前期降水量的增多幅度均呈一定的正相關(guān)，尤其與平均風(fēng)速減小關(guān)系密切(通過信度0.05檢驗(yàn))，即：平均風(fēng)速越小、相對濕度越大、前期降水越多，重霧霾可能持續(xù)時間越長。

參考文獻(xiàn)：

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Analysis of Meteorological Characteristics during Haze Weather over

the Southern Hebei Area

SUN Cuiying1JIA Boyan1FANG Chunhua2AN Yuegai3ZHOU Yi2

1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute, Shijiazhuang 050021；

2.China Three Gorges University，Yichang 443002；3.The Climate Center of Hebei Province，Shijiazhuang 050021)

《環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展》學(xué)術(shù)影響因子逼近2.000

位列環(huán)境保護(hù)部主管期刊第一名

在全國收錄環(huán)境科學(xué)類66種期刊中排位第六名

據(jù)知網(wǎng)2014年12月16日發(fā)布的《中國學(xué)術(shù)期刊影響因子年報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)(2014版)》，我刊學(xué)術(shù)影響因子顯著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大關(guān)，為1.971，名列環(huán)境保護(hù)部主管期刊第一名。在全國收錄環(huán)境科學(xué)類66種期刊中排位第6名，其中2012年位列全國第18名，2011年第29名，2010年第33名。

引用文獻(xiàn)格式：曹艷芳.北京地區(qū)1～3月PM2.5、PM10、NO2、SO2地面濃度分布特征分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015，40(5)：169-171.