山西忻州霾日與地理環境相關性分析

郝紋進山西省忻州市科技情報與戰略研究中心

本文利用忻州市14個氣象觀測站2004-2018年霾日觀測資料， 運用Micr0soft Excel表格對挑選出的霾資料進行整理統計，采用統計學原理和氣候學統計方法進行分析，研究結果顯示：發現忻州霾出現頻數具有明顯的地理環境特征，年平均霾日數與海拔高度呈反相關。地形分布特點是盆地、谷地顯著高于山地或丘陵。地理環境是影響大氣污染擴散條件的主要因素之一。預報霾天氣落區時，在考慮天氣系統影響下，著眼點應放在地理位置和季節上，這樣能提高霾的預報預警準確率，對政府部門治理大氣環境提供決策參考。

關鍵詞：地理環境 霾日數 相關性 忻州

近年來，隨著經濟的快速發展和城市擴大化，城市大氣污染問題日益突出，其中尤以細粒子（PM2.5）污染和由此引起的灰霾問題備受社會關注。霾是懸浮在大氣中的大量細微的塵粒、煙粒或鹽粒使空氣混濁，水平能見度降低到10km以下的一種天氣現象。

霾天氣不僅造成視程障礙現象引起交通事故，也會使得區域極端氣候事件頻繁發，直接危害大氣環境，能誘發鼻炎、支氣管炎、小兒佝僂病等多種疾病，危害人體健康。近年來國內一些學者對大范圍區域霾的組成及氣候特征，霾現象對氣候的影響等方面作了較為系統深入的研究。還有一些學者對霾形成的物理化學條件及如何區分霧與霾等做過細致的分析，但對忻州區域霧霾天氣的分布特征研究較少。受地理特征的影響，忻州區域各地，霧霾天氣的分布特征存在差異。近年來，忻州霾天氣出現頻率在迅速增加，已從2004年的每年幾天增至2018年的幾十天。因此，對于忻州市霾的研究迫在眉睫，以地理特征對大氣污染物擴散條件影響為著眼點展開研究，對霧霾天氣的預報預警業務有著重要意義。

本文選取忻州市14個氣象觀測站2004-2018年各月霾日資料，運用Micr0soft Excel表格對霾日資料進行整理統計，采用統計學原理和氣候學統計方法進行分類統計、對比，根據地理特征和不同測站所在地各個行業的生產活動狀況，分析大氣污染與霾出現頻數的關系。

2004-2011年，除原平市、代縣、繁峙縣有霾日記錄外，其余各縣無霾日記錄，只有煙幕記錄。2012-2018年有霾日觀測記錄，而無煙幕觀測記錄。2004-2011年視程障礙天氣現象的能見度均為目測，2012年開始改自動觀測，因此2012年前后霾日資料存在不一致性。根據煙幕和霾的能見度判定相同特點及成分相似性，本文把煙幕和霾視為一種天氣現象。從2004-2018年逐年霾日觀測資料整體分析，根據經驗判斷2014年岢嵐縣、五寨縣霾日記錄存在偏差，為了研究成果的精準，本文不采用2014年霾日資料。

霾日地理分布特征

1.地理分布特征

忻州市位于山西省中北部，地理坐標為：111～114°E、38～40°N。全市轄忻府區、原平市和定襄縣、五臺縣、代縣、繁峙縣、寧武縣、靜樂縣、神池縣、五寨縣、岢嵐縣、河曲縣、保德縣、偏關縣，共1區、1市、12縣，總面積2.5萬平方公里。按地形可分為盆地、谷地、山地。盆地有忻定原盆地和五寨盆地，山地有偏關縣、寧武縣、神池縣、靜樂縣和五臺縣，谷地有代縣、繁峙縣、河曲縣、保德縣。各縣海拔高度在759.4～1525.4m，定襄縣最低754.9m，神池縣最高1525.4m。由于地理環境不同，霾出現日數也不等。分析2004-2018年各縣年平均霾日知，霾日空間分布呈東多西少態勢，東西部各有一個高值中心。東部高值中心在原平市，年平均霾日161天，氣候概率44.1%；西部大高值中心保德縣，年平均霾日110天，氣候概率30.1%；年平均霾日較少的有偏關縣、神池縣、寧武縣和靜樂縣。

2.海拔高度影響

分析全市霾日資料知：海拔高度與霾日總體呈反相關，但定襄縣（海拔759.4m）、原平市（海拔828.2m）呈正相關。2012年，視程障礙天氣現象觀測方式由觀測員目測轉為儀器自動觀測，能見度小于10km的煙幕、輕霧、霾均被視為一種天氣現象記錄在冊。因此，2012年及以后霾日數明顯增加。分析發現，定襄縣年平均霾日從2004-2011年的1天增至2012-2018年的51天，原平市從168天減至105天，2014年五寨縣出現161個霧霾天，是2012-2016年平均霾日的5.4倍，岢嵐縣出現125個霧霾天，是2012-2016年平均霾日的4.5倍。能見度觀測方式的轉換，導致霾日資料存在不確定性。

霾日時間分布

1.年分布

2012-2018年，忻州市14個氣象觀測站資料顯示，全市霾日數為2077天，年平均霾日29.6天，最少12.6天，最多115.6天。各縣年平均霾日2-67天。代縣霾影響嚴重，年平均霾日67天，靜樂縣、寧武縣和偏關縣霾影響較輕，寧武縣、偏關縣5天左右，靜樂縣2天。

2.季分布

忻州市冬春季霾日數占全年的79.7%，夏秋季僅占20.3%，呈現出冬春季多、夏秋季少的分布特征。冬季平均霾日9.8天，占全年46.6%，夏季平均霾日數2.3天，占全年7. 8%。這主要是北方地區的采暖期一般在11月至次年3月，而4-10月是忻州市多雨時段，雨水對污染物起沉降作用，不利于霾的形成。

3.月分布

分析忻州市2012-2018年霾日數得知，不同月份霾日數明顯不同。總體來看，1-4月霾日出現最多，5月或6月最少，平均霾日0.5天，其余月份霾日1-1.5天。全年有3/4的霾出現在1-4月，1-4月霾出現最多的原因，一是氣象條件，冬季大氣狀態相對穩定，易形成逆溫層，逆溫層阻擋了污染物的擴散；二是采暖期燃煤增加，空氣中的煙塵增加，空氣中又增加了新的污染源；初春季節，大氣狀態有相對穩定向相對不穩定調整，氣象條件從有利向不利轉換。但實測資料顯示，3-4月是忻州市出現霾日最多的月份，其根本原因，3月采暖期還沒有結束，備耕工作已經開始，農民在大田里焚燒農作物秸稈、根茬等，4月春耕春播工作已經全面展開，雖然風速加大，有利于污染物擴散，但本地起沙和上游輸送，使得忻州市上空空氣中的顆粒物猛增，霾天氣增多。分月來看，平均霾日1月最多7.3天，5月最少0.4天。

地理環境影響

霾的形成取決于該地區排放污染物的源參數、氣象條件和地理環境。在源參數和氣象條件一定的情況下，地理環境是造成霾天氣的重要因素。保德地處黃河谷地，多吹山風，山風把污染物吹向盆地或谷地，冷空氣下沉凝結，有利于污染物濃度的聚積，有利于霾的形成和維持。原平地處忻定盆地，西有管涔山，東有太行山脈，南有天涯山，由于影響山西的天氣系統大多來自偏西或偏北方向，而管涔山脈對天氣系統起到了阻擋和削弱作用，而太行山山脈的阻擋作用又造成氣流回流，使谷地或盆地形成了一個“避風港”， 不易于大氣污染物擴散，因此在保德和原平各出現霾日高值中心。

社會因素影響

在忻州市所轄14個縣（市、區）中，原平市、保德縣、代縣等能源重化工發達，原平市以鋁、電、煤、鐵、機械裝備制造為支柱產業，保德縣有原煤、焦碳、化肥、水泥、陶瓷、電石、生鐵、玻璃器皿等產業， 2018年忻州市統計局資料顯示，原平市財政收入位列全市第一，保德縣位列第三，工業發達帶動貿易，運輸工具尾氣、工廠廢氣排放相對于多，導致污染源增多，因此霾日偏多。近年來，環境治理力度加大，許多小型工廠停產整頓或關閉，污染源逐漸減少，這也是原平市2012-2018年間霾日較前期減少原因之一。

總體而言，海拔高度與霾日總體呈反相關。由于經濟因素影響和能見度觀測方式的改變，定襄、原平年平均霾日與海拔高度呈正相關。忻州市霾日呈冬春季多、夏秋季少的分布特征。冬春季霾日數占全年的79.7%，夏秋季僅占20.3%，冬季平均霾日9.8天，占全年46.6%，夏季平均霾日數2.3天，占全年7. 8%。霾天氣的形成取決于該地區排放污染物的源參數、氣象條件和地理環境。在源參數和氣象條件一定的情況下，地理環境造成霾天氣的重要因素。盆地和谷地霾日多于山地。自2004-2018年霾日整體呈增多趨勢。由于2012年1月能見度觀測方式從目測轉為自動，因此霾日資料存在不一致性。