襄陽(yáng)市霾的氣候特征及相關(guān)氣象因素分析

張玉翠，閆彩霞，袁 良，王 成，2，程 佳

（1.襄陽(yáng)市氣象局，湖北襄陽(yáng) 441021；2.暴雨監(jiān)測(cè)預(yù)警湖北重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430205）

霧、霾均屬于懸浮于近地面氣層中常見的視程障礙現(xiàn)象［1］。霾是懸浮于大氣中的大量微小生粒、煙粒或鹽粒的集合體，使空氣混濁，水平能見度低于10 km 以下的一種天氣現(xiàn)象［2］。霾能使物體的顏色減弱，遠(yuǎn)處光亮物體呈微黃帶紅色，而黑暗物體則微帶藍(lán)色。霾天氣發(fā)生越頻繁，對(duì)人們的生活影響越大。霾的組成成分包括影響人類健康的氣溶膠粒子［3］，如礦物顆粒物、硝酸鹽等［4，5］，不利于人體心腦血管的健康；霾天氣易使人產(chǎn)生悲觀情緒，不利于身體健康；霾造成能見度降低［6，7］，不利于交通安全。

隨著社會(huì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)化速度加快，空氣污染事件也有所增多，霾已經(jīng)成為影響城市衛(wèi)生評(píng)估和環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要因素。襄陽(yáng)市作為一座工業(yè)城市，自2000 年之后，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度加快，城市規(guī)模明顯擴(kuò)大，霾天氣發(fā)生的頻率也明顯增加。本研究選用襄陽(yáng)市1961—2020 年共60 年的國(guó)家氣象站地面觀測(cè)資料，對(duì)襄陽(yáng)市能見度低于10 km 的霾天氣的時(shí)空分布特征及其相關(guān)氣象因素進(jìn)行了分析，以期為襄陽(yáng)市霾天氣的防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料選取

資料為襄陽(yáng)市城區(qū)及轄區(qū)棗陽(yáng)市、宜城市、南漳縣、保康縣、谷城縣、老河口市7 個(gè)國(guó)家站1961—2020 年地面觀測(cè)資料，對(duì)襄陽(yáng)市霾天氣的氣候特征和其產(chǎn)生的相關(guān)氣象因素進(jìn)行了分析。

2 霾的氣候變化特征

2.1 霾的年際變化

從襄陽(yáng)市1961—2020 年60 年每年霾出現(xiàn)的日數(shù)來看（圖1），1965 年、1966 年霾出現(xiàn)日數(shù)明顯增加，1965年為88 d，1966年為150 d，1967年減至30 d。1967—1983 年 霾 出 現(xiàn) 日 數(shù) 平 均 值 為14～15 d，1984—1994 年11 年間霾出現(xiàn)日數(shù)均較少，平均日數(shù)為1～2 d，其中1988—1992 年、1994 年未記錄有霾出現(xiàn)。1995—1998 年霾出現(xiàn)日數(shù)又明顯增加，平均日數(shù)為9～10 d。1999 年、2000 年霾出現(xiàn)日數(shù)迅速減少，2001 年開始霾出現(xiàn)日數(shù)呈暴發(fā)式增長(zhǎng)，其中2007 年為132 d、2008 年為129 d，2010 年為122 d，2013 年達(dá)到了215 d，為1961 年有記錄以來歷史排位第一。2015—2020 年霾出現(xiàn)日數(shù)降至平均30～31 d。

圖1 1961—2020 年襄陽(yáng)市霾日數(shù)年變化趨勢(shì)

2.2 霾的月際變化

從襄陽(yáng)市1961—2020 年60 年每月霾出現(xiàn)的次數(shù)來看（圖2），襄陽(yáng)市冬季霾出現(xiàn)的次數(shù)最多，其次是秋季和春季，夏季霾出現(xiàn)的次數(shù)最少。從每月霾出現(xiàn)的次數(shù)來看，襄陽(yáng)市1 月和12 月霾出現(xiàn)的次數(shù)最多，其次是2 月、3 月、10 月和11 月，再次是4 月、5月、6 月和9 月，7 月和8 月霾出現(xiàn)的次數(shù)最少。

圖2 1961—2020 年襄陽(yáng)市霾出現(xiàn)日數(shù)月平均值

從襄陽(yáng)市2013 年霾的月際分布來看（圖3），秋季、冬季霾的發(fā)生次數(shù)均較多，每月霾日數(shù)在17～25 d；其次是春季，每月霾日數(shù)在17～20 d，較秋冬季略有減少；夏季的7 月、8 月霾日數(shù)在9～12 d，而6月霾日數(shù)出現(xiàn)了22 d，異常偏高。

圖3 2013 年襄陽(yáng)市霾出現(xiàn)日數(shù)月平均值

2.3 霾的地域分布

圖4 為1961—2020 年襄陽(yáng)市7 個(gè)國(guó)家站霾日數(shù)年平均值的分布，從圖4 可以看出，襄陽(yáng)市7 個(gè)站霾日數(shù)年分布差別較小。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，尤其是2000 年以后，污染物排放明顯，受地理位置、風(fēng)向風(fēng)速的影響，不同縣市的霾發(fā)生頻率發(fā)生了明顯變化。再以襄陽(yáng)市霾天氣多發(fā)的2013 年為例（圖5），襄陽(yáng)市城區(qū)霾日數(shù)最多，為215 d；其次是棗陽(yáng)市，160 d；保康縣和南漳縣分別為90 和79 d；老河口市56 d；谷城縣、宜城市分別為32 和27 d。從霾日數(shù)分布來看，中部（崗地平原地帶）和東部低山丘陵的棗陽(yáng)市霾發(fā)生最為頻繁，宜城市北部有山脈的阻擋，阻礙了北方污染物向宜城市輸送，霾發(fā)生日數(shù)相對(duì)較少；?？悼h由于地處山區(qū)，山脈阻擋，長(zhǎng)年平均風(fēng)速較小，冬季內(nèi)輸出污染消散較慢，霾日數(shù)較多。

圖4 1961—2020 年襄陽(yáng)市霾年平均日數(shù)分布

圖5 2013 年襄陽(yáng)市霾日數(shù)分布

3 霾的氣象要素分析

3.1 氣溫

圖6 為襄陽(yáng)市1961—2020 年逐日霾發(fā)生次數(shù)的累計(jì)值和逐日平均氣溫、逐日平均最高氣溫、逐日平均最低氣溫的變化。由圖6 可以看出，1961—2020年襄陽(yáng)市霾發(fā)生日數(shù)與逐日平均氣溫、逐日平均最高氣溫、逐日平均最低氣溫的單峰型變化曲線呈不完全鏡像對(duì)稱。進(jìn)行Spearman 相關(guān)性檢驗(yàn)，霾發(fā)生日數(shù)與逐日平均氣溫、逐日平均最高氣溫、逐日平均最低氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.758、-0.754、-0.761，均通過了置信度（雙側(cè)）0.01 的顯著性檢測(cè)。表1 為60 年來襄陽(yáng)市霾發(fā)生概率和對(duì)應(yīng)的逐日平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫。由表1 可知，當(dāng)霾出現(xiàn)概率由低于20%增大至60%以上時(shí)，霾出現(xiàn)日數(shù)由不足7 d 增大至19 d 以上，對(duì)應(yīng)的氣溫下降明顯，逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫分別由25.8、31.3、21.3 ℃下降至8.0、13.3、3.4 ℃。表明襄陽(yáng)市霾出現(xiàn)的日數(shù)隨著氣溫的降低而增多，溫度越低，霾出現(xiàn)的日數(shù)越多。

圖6 1961—2020 年襄陽(yáng)市逐日霾發(fā)生日數(shù)的累計(jì)值和逐日平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫變化

3.2 相對(duì)濕度

表2 為1961—2020 年襄陽(yáng)市平均相對(duì)濕度范圍內(nèi)霾發(fā)生的頻次。由表2 可以看出，隨著日平均相對(duì)濕度的增大，襄陽(yáng)市霾發(fā)生的頻次呈先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)日平均相對(duì)濕度低于20%時(shí)，無霾天氣發(fā)生；日平均相對(duì)濕度低于40%時(shí)，霾發(fā)生的頻次很低；隨著日平均相對(duì)濕度的逐步增大，霾發(fā)生的頻次也逐步增加，當(dāng)日平均相對(duì)濕度增至61%～70%時(shí)，霾發(fā)生的頻次出現(xiàn)最大值，為32.7%；當(dāng)日相對(duì)濕度增至71%～80%時(shí)，霾發(fā)生的頻次略有減少，為32.3%；當(dāng)日平均相對(duì)濕度繼續(xù)增大時(shí)，霾發(fā)生的頻次迅速減少。由此可得出，最有利于襄陽(yáng)市霾發(fā)生的日平均相對(duì)濕度為60%～80%。

3.3 最大不連續(xù)降水日數(shù)

由襄陽(yáng)市1961—2020 年逐月最大不連續(xù)降水日數(shù)與霾逐月出現(xiàn)平均日數(shù)（圖7）可以看出，1961—2020 年襄陽(yáng)市最大不連續(xù)降水日數(shù)總體呈U型分布，與霾逐月出現(xiàn)平均日數(shù)趨勢(shì)總體一致。4—9 月，襄陽(yáng)市不連續(xù)降水日數(shù)月平均值一直處于較低水平，平均值為8.51 d。相對(duì)應(yīng)的4—9 月霾逐月出現(xiàn)平均日數(shù)為1.55 d，低于霾出現(xiàn)日數(shù)月均值。10 月后，最大不連續(xù)降水日數(shù)明顯增大，霾逐月出現(xiàn)日數(shù)也隨之增大，最大不連續(xù)降水日數(shù)12 月達(dá)到全年最大值為15.53 d，霾于12 月達(dá)全年次峰值，為4.8 d；1月最大不連續(xù)降水日數(shù)略有減少，為14.73 d，霾出現(xiàn)月平均日數(shù)達(dá)全年最大值為5.77 d。從2 月開始，二者均呈明顯下降趨勢(shì)。通過Spearman 相關(guān)性分析，月最大不連續(xù)降水日數(shù)與霾逐月出現(xiàn)日數(shù)均值存在正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.769，且通過了置信度（雙側(cè)）0.01 的顯著性檢測(cè)。由此可見，降水對(duì)污染物有沖刷作用［8，9］，月最大不連續(xù)降水日數(shù)越多，霾出現(xiàn)日數(shù)也就越多［10］。

圖7 1961—2020 年襄陽(yáng)市月最大不連續(xù)降水日數(shù)與霾逐月出現(xiàn)平均日數(shù)變化

3.4 風(fēng)速風(fēng)向

圖8 為1961—2020 年襄陽(yáng)市霾出現(xiàn)當(dāng)日的平均風(fēng)速情況，襄陽(yáng)市發(fā)生霾天氣的日平均風(fēng)速主要在3 m/s 以下，所占比例為70.9%，其中風(fēng)速≤1 m/s 所占比例為9.6%，風(fēng)速≤2 m/s 所占比例為42.4%，由此可知，最有利于襄陽(yáng)市霾天氣發(fā)生的風(fēng)速為1 m/s＜風(fēng)速≤2 m/s，所占比例為32.8%，其次是2 m/s＜風(fēng)速≤3 m/s，所占比例為28.4%。當(dāng)風(fēng)速大于3 m/s 時(shí)，依然有霾天氣發(fā)生，但所占比例僅為29.1%。

圖8 1961—2020 年襄陽(yáng)市霾出現(xiàn)當(dāng)日的平均風(fēng)速

對(duì)襄陽(yáng)市而言，風(fēng)速越小，越有利于霾天氣的發(fā)生，但當(dāng)風(fēng)速小于1 m/s 時(shí)，霾天氣發(fā)生的概率反而降低。主要原因是近地面風(fēng)速對(duì)霾天氣的形成有很大的影響，近地面風(fēng)對(duì)污染物有稀釋和擴(kuò)散作用。當(dāng)近地面風(fēng)速減小時(shí)，也即氣流減弱，會(huì)造成污染物的堆積，從而有利于霾的形成［11］；隨著風(fēng)速增大，大氣的平流輸送能力增強(qiáng)，有利于大氣污染物的稀釋和擴(kuò)散，從而不利于霾的形成［12，13］。襄陽(yáng)市霾的形成有本地社會(huì)生產(chǎn)所產(chǎn)生的污染物堆積原因，同時(shí)也有外地污染物向襄陽(yáng)市輸送造成的污染物增多。當(dāng)風(fēng)速小于1 m/s 時(shí)，外地污染物向襄陽(yáng)市的輸送能力減弱，從而霾天氣發(fā)生的次數(shù)有所減少。

由襄陽(yáng)市地面觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)得出，1961—2020年的1 月、2 月、11 月、12 月盛行北風(fēng)（N）和風(fēng)速小于0.2 m/s 的靜風(fēng)（C），8—10 月盛行西北風(fēng)（NW），其中10 月還包含出現(xiàn)頻率為15%的靜風(fēng)（C），3—7 月盛行東南偏南風(fēng)（SSE）。

從地理位置看，襄陽(yáng)市位于南襄盆地的南緣，南襄盆地地理位置特殊，是受北方污染傳輸?shù)那把仃嚨亍牡匦紊峡?，襄?yáng)市地形西高東低，其地勢(shì)自西北向東南傾斜，西部為山區(qū)，東部為低山丘陵，中部多為崗地平原，是個(gè)低平缺口。加之南襄盆地特殊的非閉合盆地特征，形成了“扇形+盆地”“漏斗”型地形，特別是襄陽(yáng)市城區(qū)位于南襄盆地南開口，南部峴山、西南荊山阻擋，漢江河谷開口狹小，風(fēng)速衰減，污染物滯留，長(zhǎng)時(shí)間難以消散。結(jié)合圖2 分析得出，襄陽(yáng)市秋冬季節(jié)在盛行風(fēng)北風(fēng)和西北風(fēng)的引導(dǎo)下，攜帶北方污染物向襄陽(yáng)市輸送，是導(dǎo)致襄陽(yáng)市秋冬季節(jié)霾天氣頻發(fā)的重要原因之一。每年的10月至次年2月的靜風(fēng)，比例達(dá)13.8%，使得大氣擴(kuò)散條件較差，也是影響襄陽(yáng)市秋冬季節(jié)霾天氣頻發(fā)的原因之一。

4 霾天氣防治對(duì)策

1）做好霾的預(yù)報(bào)和預(yù)警工作。霾的預(yù)報(bào)和預(yù)警以對(duì)人類活動(dòng)和出行具有較明顯的指示作用，也可以指導(dǎo)相關(guān)職能部門針對(duì)霾天氣做好決策服務(wù)工作［14］。

2）加強(qiáng)部門間的合作。治理霾天氣需要多部門的合作才能行之有效，天氣預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)要與環(huán)保部門加強(qiáng)合作，資源共享，提升霾治理的效果。

3）嚴(yán)格把控污染物排放。建立健全污染物排放機(jī)制，對(duì)于污染物排放超標(biāo)的企業(yè)要責(zé)令整改，加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車尾氣檢測(cè)和治理，加強(qiáng)管理污染物排放源頭。在交通出行方面，要提倡綠色出行、低碳生活，盡量減少私家車的使用，減少二氧化碳的排放［15］。

4）宣傳環(huán)保知識(shí)，增強(qiáng)公眾的環(huán)保意識(shí)。保護(hù)環(huán)境人人有責(zé)，做好環(huán)境保護(hù)宣傳工作，提高公眾對(duì)霾天氣危害的認(rèn)識(shí)和了解治理霾的方式方法，提升公眾的環(huán)保意識(shí)，減少環(huán)境污染。