阜康地區霧霾天氣變化特征及成因分析

阜康市氣象局 馬玉英

阜康市位于烏魯木齊市東北部約60公里，地處天山東段北麓、準噶爾盆地南緣，南依天山、北面沙漠，地勢南高北低，受氣候及地形影響，阜康市常年以偏西風和東北風居多。掌握阜康地區天氣變化規律，提高民眾對霧霾天氣的認識，為城市環境及空氣質量預報服務提供理論參考依據。

一、資料選取及處理方法

（一）資料選取

通過對阜康市環境監測站提供的2012-2014年的SO2、NO2、PM10污染物濃度監測資料分析，得出阜康地區霧的特征和相關氣象要素之間的關系。大霧天氣的穩定性與冬季逆溫層有直接關系，污染物濃度增加是阜康霧產生的重要因子。

（二）處理方法

結合氣象監測結果，對各種氣象因子之間的關系進行科學分析，保留相關性較好的氣象因子和污染物因子作為預報因子。張慧嵐[3]等將庫爾勒市污染物濃度資料分別與同期氣象資料按高污染期、低污染期時段進行逐步回歸分析，得出污染物濃度預測方程。本文借鑒他們的一些研究方法開展阜康市空氣質量等級預報研究。

二、阜康霧特征分析

（一）霧日的年代際變化特征

通過對阜康站1971—2015年的地面觀測資料進行統計,阜康霧的年總日數變化波動很大，45年共出現霧日1024天，年平均22.8天。阜康霧日數增幅呈明顯上升趨勢，20世紀70年代霧日133天，20世紀80年代突增到249天，直至20世紀前十年高達285天。

（二）霧的季、月變化特征

阜康霧主要發生在冬季，約占霧日總數的74%，秋季、春季比例相差不大。2月、11月占34.9%，春季5月45年間未出現過霧，秋季9月45年間只有在1990年出現過一次霧。

（三）相關氣象要素分析

大霧天氣的相關氣象因子最突出的有大氣溫度、風速大小以及相對濕度等。對這些相關因子進行分析，有助于提高對阜康霧的預測能力。

1.風速

通過對阜康站2003年到2007年期間的風力速度相關氣象資料進行科學分析得出結論：霧氣象的形成過程中，風起到了明顯的促進作用。

2.氣溫

阜康在1—30℃都可以出現霧，但集中于-6—20℃的區間，占71.6%，其中-12—18℃是霧形成的最佳溫度，霧發生的概率高達38.5%。過高或過低的溫度都不易形成霧，霧的溫度區間頻率變化曲線也反映出霧的季節變化，暖季少、冷季多。

霧生成前一天的日平均氣溫平均值是-6.8℃。霧發生當天氣溫是-7.5℃。從季節上看，霧發生前和發生時，冬季日平均氣溫前日與當日平均值的差為0.7℃，春秋為1.3℃、1.5℃。說明冬季溫度偏高、春秋季溫度偏低，更有利于霧的形成。

3.相對濕度

阜康地區的霧最容易出現時的相對濕度為78—92%，概率為84%。霧生成前一天與霧日相對濕度的平均值的差值各年代差別不明顯，霧生成日前一天平均相對濕度平均值為79%，霧日當天為87%，霧中相對濕度比霧前高8%。霧前一天平均相對濕度的平均值春、秋、冬三季依次為73%、70%、83%，霧中依次為87%、82%、90%，其平均值之差依次為14%、12%和7%，說明春秋季霧有明顯的增濕過程。

三、阜康霧的成因分析

（一）近地層逆溫統計分析

對阜康地區2000年1月至2006年4月的逆溫日統計分析得出，該地區全年都會出現逆溫層，這種現象說明該地區逆溫層發生頻率非常高，每年發生逆溫層的頻率大約為82%。按照這個頻率進行統計分析可以得出平均每年出現逆溫層的天數大約有291天，并且通過分析還可以知道早晨發生逆溫層的頻率要遠遠高于晚上。每一年的10月至次年3月是發生逆溫層較多的時間段，經過觀測數據統計分析可以知道，該時間段平均每個月發生逆溫層的頻率可以達到約92%。并且還發現這個時間段發生的逆溫層現象多集中在11月至次年2月，發生頻率在96%左右。其中逆溫層發生在1月份的頻率最高，可以達到97%。

通過統計分類，10月至次年3月逆溫日數都在26d以上,以1月和12月最多,分別為30.4d和29.2d，4月逆溫日數相對較少,為20.1d。分析結果清楚表明,冬季11月至次年2月是逆溫的多發期,低空逆溫層結是形成霧的重要因素之一。

（二）阜康霧與近地層逆溫的對應關系

（1）對2000年至2006年10月至次年3月中220天的有霧氣象進行了相關逆溫層的數據統計分析，其中有五天沒有出現逆溫層，逆溫層出現天數高達98%。這些統計數據明顯說明有霧天氣與逆溫層的出現有著非常直接且密切的關聯性。

（2）有霧天氣情況下逆溫層厚度的變化規律為：逆溫層最厚的時候出現在有霧天氣的12月至次年2月這個時間段，大約710米至752米之間，且出現逐漸向兩端遞減的情況。逆溫層最薄的時候出現在10月，此時的逆溫層厚度大約只有365米。

（3）有霧的天氣情況下溫差的變化規劃為：每個月有霧的天氣情況下，其逆溫差會和大霧天氣的月日數呈現出正比例關系，12月至次年2月逆溫差最大，大約8.0～9.5℃,其中1月表現為最大,大約為9.5℃;11月和3月溫差為6.7℃和6.5℃;10月逆溫差表現為最小,僅為3.2℃。

（三）各污染物的年、月變化

2012-2014年，阜康SO2、NO2、PM10濃度曲線具有明顯的季節性，冬季污染濃度明顯高于夏季，SO2、NO2、PM10三條曲線總體走向較接近，PM10為主要污染物，PM10濃度＞SO2濃度＞NO2濃度。SO2與PM10曲線可近似為雙峰雙谷“W”形，而NO2曲線近似為一峰一谷“U”形，PM10的濃度總體明顯高于SO2、NO2。其中，SO2的峰值出現在1月，濃度值為0.053mg/m3，最低值出現在4月，濃度值為0.011mg/m3；NO2的峰值出現在12月，濃度值為0.067mg/m3，最低值6月出現，濃度值為0.026mg/m3；PM10峰值出現在1月，最低值6月出現。污染物的變化曲線與霧的變化吻合較好。

四、結論

（1）阜康霧日呈增加趨勢,主要出現在冬季。1971-2015年共出現霧1024天，年平均分別為22.8天。20世紀80年代阜康霧的日數、霧前霧中平均氣溫均出現突增。阜康冬季霧約占霧日總數的74%。秋季、春季比例相差不大，2月、11月占34.9%，5月未出現過霧；9月只有在1990年出現過一次霧。

（2）阜康地區有霧天氣風的速度通常在0—4m/s間的占95.2%，其中表現為靜風的天氣情況大約占9.7%，風速大于4m/s的天氣情況大約占4.8%，最大風速可以達到6m/s。當出現偏西風或者偏南風情況的時候，有霧天氣出現概率最大。霧生成前一天的日平均氣溫平均值是-6.8℃。霧發生當天為-7.5℃，霧生成日前一天平均相對濕度平均值為79%，霧日當天為89%，霧中相對濕度比霧前高10%。冬季溫度偏高、春秋季溫度偏低更有利于霧的形成，且春秋季霧有明顯的增濕過程。

（3）冬季逆溫層是大霧天氣發生的重要因子,逆溫日數的月變化和霧日的月變化基本一致。逆溫年發生頻率為82%。一年中，冬半年(10月—次年3月)平均月發生頻率為92%,其中以11—2月為逆溫高發期，逆溫發生頻率為95%～97%,對應霧日也最多。夏半年(4月—9月)逆溫發生頻率較低,平均月發生頻率為68%,其中7月最低。

（4）在每年的10月至次年的3月，有霧天氣的天數和逆溫層的高低之間呈現反比例關系，同時和有霧天氣逆溫層的厚度數值、溫差數值之間呈現正比例關系。同一個月份當中，如果溫差較大，逆溫呈現低高情況時候，有霧的概率最大。有霧的天氣中逆溫層的低高情況主要集中在2月和1月。其中10月份出現最高，12月份次之，并且都比沒有霧的天氣情況逆溫的低高要低；有霧的天氣情況逆溫層的厚度和出現溫差的月份分布情況是統一的，就是12月至次年2月出現最大值，10月份的時候就會出現最小值。

（5）SO2、NO2、PM10濃度值具有明顯的季節性，冬季污染濃度明顯高于夏季，PM10為主要污染物，PM10濃度＞SO2濃度＞NO2濃度。SO2通常情況下在1月份出現最高值，在4月份出現最低值；NO2通常情況下在12份出現濃度最高值，在6月份出現濃度最低值；PM10通常情況下在1月份出現濃度最高值，在6月份出現濃度最低值，這些實際情況與霧日分布的一般規律是保持一致的。

相關鏈接

霧霾，是霧和霾的組合詞。霧霾常見于城市。中國不少地區將霧并入霾一起作為災害性天氣現象進行預警預報，統稱為“霧霾天氣”。霧霾是特定氣候條件與人類活動相互作用的結果。高密度人口的經濟及社會活動必然會排放大量細顆粒物（PM 2.5），一旦排放超過大氣循環能力和承載度，細顆粒物濃度將持續積聚，此時如果受靜穩天氣等影響，極易出現大范圍的霧霾。2013年，“霧霾”成為年度關鍵詞。這一年的1月，4次霧霾過程籠罩30個省（區、市），在北京，僅有5天不是霧霾天。有報告顯示，中國最大的500個城市中，只有不到1%的城市達到世界衛生組織推薦的空氣質量標準，與此同時，世界上污染最嚴重的10個城市有7個在中國。2014年1月4日，國家減災辦、民政部首次將危害健康的霧霾天氣納入2013年自然災情進行通報。2014年2月，習近平在北京考察時指出：應對霧霾污染、改善空氣質量的首要任務是控制PM2.5，要從壓減燃煤、嚴格控車、調整產業、強化管理、聯防聯控、依法治理等方面采取重大舉措，聚焦重點領域，嚴格指標考核，加強環境執法監管，認真進行責任追究。2016年12月，入冬來最持久霧霾天氣來臨，多個城市已達嚴重污染，預計還將維持4天，直到21日后半夜才會自北向南減弱消散。19日夜間將進入此輪霧霾最嚴重的時段，將影響包括京津冀、山西、陜西、河南等11個省市在內的地區。