1972—2021年定襄縣霧、霾日數與氣象因素變化規律分析

溫天亮 王麗君 羅軍 肖西 秦小康

摘要 利用1972—2021年定襄國家氣象觀測站的歷史地面觀測資料，統計分析定襄縣霧和霾天氣的長期氣候變化及空間分布特征，通過采用皮爾遜相關系數分析法和顯著性檢驗（t檢驗法），分析霧、霾日數與對應氣象因子的相關性和顯著性。結果發現，近50年定襄縣霧日數呈略增多趨勢；而霾日數的波動性增加趨勢十分明顯；霧、霾日數在年內展現為單谷型；隨著日平均相對濕度的逐漸增加，定襄縣霧、霾天氣的出現概率也表現為先增加后減小的趨向；當氣溫越低，日平均風速越小（靜風或風速≥2.0 m/s），最長連續無降水日數越長時，越有利于霾天氣的形成。

關鍵詞 霧；霾；變化規律；定襄縣

中圖分類號：X16 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）07–0232-04

根據中國氣象局發布氣象行業標準《霾的觀測和預報等級》（QX/T 113—2010），在能見度＜10 km的情況下，當相對濕度＜80%時定義為霾；＞95%時為霧；介于80%～95%之間是霧霾混合，需根據細顆粒物濃度或地面觀測規范作進一步界定[1]。對霧霾的研究始于20世紀70～80年代，該時期對霧霾問題的研究集中在對霧、霾概念的界定上[2-3]。至21世紀，對霧霾問題的研究集中在如何辨認霧霾天氣和霧霾天氣可見度的問題上[4-6]。近年來，國內學者研究了我國霾日和大霧日的時空分布特征及霧霾天氣變化特征[7-10]。山西省屬于華北地區霧霾天氣頻繁發生的省份之一，以往對該地區霧、霾的研究集中在定性研究和對其長時間段變化趨勢上，對其影響因素的探討較少[11]。本研究分析了定襄縣的霧、霾時間變化特征及其影響因素，旨在掌握該地區霧、霾天氣的變化規律。

1 資料與方法

選取定襄國家氣象觀測站1972—2021年霧、霾日數及其對應的逐日最高、最低、平均氣溫、相對濕度、風向風速、最大不連續降水日數等氣象資料，用皮爾遜相關系數分析法和顯著性檢驗（t檢驗法），分析霧、霾日數與對應氣象因子的相關性和顯著性分析。

雖然霧與霾有明確的定義，但在實際的觀測中不易區分，且兩者是可以互相轉變的，當相對濕度接近飽和時，霾粒子吸附析出的液態水成為霧滴，而相對濕度降低至90%以下或更低時，霧滴脫離水后霾粒子懸浮在大氣中。因此，霧和霾之間難以簡單地用濕度值區分開，本研究依據地面氣象觀測規范和相關技術規定，統計歷年霧和霾日數，掌握霧、霾天氣在不同時間尺度上的變化特征，并探討了霧、霾天氣和氣象因子的關系。

2 結果與分析

2.1 氣候變化特征

2.1.1 長期變化趨勢 由圖1和圖2可知，近50年來，年平均霧、霾天氣整體呈增多趨勢，霾尤其呈明顯增多趨勢，霧天氣最多日數為49 d，出現在2016年；霾天氣最多日數為122 d，出現在2018年。近50年，定襄縣霧天氣日數以0.5 d/10年的速率增加，呈略增多趨勢；而霾天氣日數以5.4 d/10年的速率增加，波動性增加趨勢明顯，2016年后霾天氣異常增多，氣候趨勢系數為0.5412，通過了000.1信度檢驗。從霧、霾9年滑動平均值變化曲線上看，霧與霾天氣發生日數在21世紀20年代均出現峰值。

2.1.2 季節變化特征 定襄縣四季均有霧、霾天氣的出現，但存在較明顯的季節變化特點。圖3是1972—2021年定襄縣各月霧、霾日數，整體可看出，歷年霧、霾日數分布差異很大，霧、霾日數在年內基本展現為單谷型，霧日數最低值出現在春季，4、5月最少，秋季霧日數最多；霾日數最低值出現在8、9月，冬季（12月至翌年2月）是霾天氣頻繁期，冬末（2月）開始迅速減少。

由表1可見，定襄縣近50年來霧日數為737 d，霧日數最多出現于秋季，占全年霧日數的45.9%；夏季稍低，占全年的25.8%；冬季次之，占20.0%；春季所占比例最低，僅占8.3%。夏末、秋季（8—11月）發生霧日數在全年所占比例高達57.2%，是霧天氣最易發生的季節。近50年來，定襄縣霾日數為1 127 d，霾日數最多出現于冬季，占全年霾日數的59.8%；春季稍低，占全年的17.0%；秋季次之，占15.9%；夏季所占比例最低，僅占7.3%。全年來看，秋末至春初（11月至翌年3月）發生霾日數在全年所占比例高達80.0%，是霾天氣最易發生的時段。

從污染物排放源的角度來看，在交通源與工業源排放污染物相對穩定的情況下，秋冬季逆溫天數及強度的增多會阻礙對流層中大氣氣團的對流運動，使近地面的污染物聚集到城市上空，從而造成較低層大氣中的氣溶膠粒子集中，這為霾生成和維持發展提供了有利的層結條件。此外，研究發現，降雪天氣對污染物顆粒的捕獲作用比降雨天氣小，降雪時的微風、高濕及不利的擴散條件難以對消氣象條件對空氣污染的影響。因此，冬季降雪對大氣中污染物的稀釋作用十分有限，且隨降雪量的增加，大氣中污染物濃度升高的概率增加，這也是冬季霾天氣多發的因素之一。而春、夏季隨著太陽輻射的逐漸增強，近地面層結不穩定增多，大氣擴散條件好轉，加之充沛降水的沖刷作用則成為霧、霾天氣少發的主要原因。

2.2 氣象要素特征

由于霧、霾天氣的局地性特征比較明顯，選定襄國家站氣象觀測資料為例，探討了霧、霾天氣下的氣象要素特征。

2.2.1 氣溫 表2、表3為1972—2021年定襄縣霧、霾日數和逐日最高、最低、平均氣溫多年平均值分布情況。通過皮爾遜相關性分析，定襄縣歷年的霧出現日數與逐日最高、最低、平均氣溫呈正相關，定襄縣歷年的霾出現日數與逐日最高、最低、平均氣溫呈負相關，氣溫低時，大氣中水汽少，更有利于霾天氣的形成，冬、春、秋季霾天氣更多。

2.2.2 風 根據統計分析，定襄縣近50年霧天氣歷年日平均風速為0.8 m/s，霧天氣過程時的日平均風速主要在1.5 m/s

以下，所占比例高達91.2%，1.0 m/s以下風所占比例為64.2%。近50年霾天氣歷年日平均風速為1.2 m/s，霾天氣過程時的日平均風速大部分在2.0 m/s以下，所占比例高達87.6%。可見，風速≤2.0 m/s時，十分有利于霧、霾天氣的產生。當風速＞2.0 m/s時，也會有霧、霾天氣發生，但隨著風速增大，霧和霾的發生概率降低。風速越小，發生霧、霾天氣的概率越大，這表明地面風場是影響霧、霾天氣形成與否的先決條件之一。這主要是因為近地面運輸條件與大氣中污染物的擴散稀釋能力緊密相關，近地面風的變化對大氣污染物的傳輸和擴散影響十分明顯：近地面長時間的微風利于形成氣流停滯區，從而為霧和霾的生成創造條件。隨著風速增大，大氣平流的輸送能力不斷增強，大氣中污染物極易被風吹散而不利于霧和霾天氣的形成。

由圖4可見，出現霧天氣時，近地面主導風向為西南風，WSW到SSW 3個風向所占比例為18.8%，次主導風向為南風；出現霾天氣時，近地面主導風向為南風，SSW到SSE 3個風向所占比例為17.6%，次主導風向為東北風，而定襄縣多年主導風向是偏北風，偏北風常攜帶冷空氣南下，有利于大氣中污染物的及時消除，不利于霧、霾天氣的產生。此外，在所有霧、霾天氣中，靜風所占頻率均高達20%以上，這主要是由于靜穩條件下大氣的擴散條件差，更易導致霧、霾天氣的形成。

2.2.3 相對濕度 由表4可知，隨著日平均相對濕度的逐漸增加，定襄縣霧、霾天氣的出現概率表現為先增加后減小的趨向。當日平均相對濕度＜50%時，霧發生的概率小，僅占0.2%；日平均相對濕度增加至80%～89%時，霧出現的概率達到峰值，為41.6%，出現霧時，空氣趨于飽和的概率為13.9%；對于霾而言，當日平均相對濕度≥90%時，霾發生的概率小，僅占0.5%；日平均相對濕度在50%～59%之間時，霧出現所占比率高，為22.9%；在60%～79%之間時，霾出現的概率也較大，當相對濕度≥80%后，霾出現的概率隨日平均相對濕度的增加呈下降趨勢。

2.2.3 最長連續無降水日數 圖5為1972—2021年定襄縣逐月最長連續無降水日數與霧、霾出現次數變化趨勢圖。從圖5中可以看出，1972—2021年定襄縣最長連續無降水日數變化趨勢呈單谷型分布特征，與霾出現次數變化趨勢較為一致。仲春至初秋（4—9月），定襄縣月最長連續無降水日數處于較低的水平，仲秋（10月）最長連續無降水日數陸續上升，霾出現次數也逐漸增多。此外，從10月開始，氣溫明顯下降，地面夜間的輻射降溫明顯，大氣低層易出現“逆溫”，空氣的水平、垂直方向交換傳輸能力變弱，空氣中排放的污染物被限制在淺層大氣中，有利于霾的形成。晚秋（11月）開始，隨著最長連續無降水日數逐月上升，并于12月達到全年最大值（24.0 d），逐月霾日出現次數也迅速達到全年峰值。Spearman相關性分析表明，霾日數與逐月最長連續無降水日數顯著正相關，相關系數達到0.876，此相關系數通過了雙尾0.01的顯著性水平檢驗。由此可知，由于降水對污染物有沖刷作用，最長連續無降水日數越長，形成霾天氣的概率越大。

從圖5中可看出，秋季更有利于霧的生產，秋冬季節晴朗、微風、近地面水汽比較充沛，且大氣上下流動少，比較穩定，有利于霧形成的氣象條件日數較其他季節居多。

3 結論

（1）1972—2021年，定襄縣年霧、霾天氣日數波動性增加趨勢十分明顯，且具有明顯的階段性，即20世紀70年代中期處于霧的少發期，20世紀80年代末至21世紀初期為波動增多、減少的階段，2016年異常增多，然后霧日數下降，但仍高于這50年的平均值。關于霾天氣，20世紀80年代初為霾的少發期，至90年代末呈略增長階段，2016年異常增多，然后減少但仍高于歷年平均值。

全年來看，霧日數最多出現在秋季，夏季略低，冬季次之，春季所占比例最低。9—10月是霧最易發生的季節，主要是因為日夜溫差逐漸增大，加之近地面空氣的冷卻、加濕與水汽的凝結更易形成霧。霾日數最多出現于冬季，春、秋季略低，夏季所占比例最低。冬季空氣干燥，且污染物產生比夏季多，由大氣污染物的源、匯季節變化綜合作用的結果。

（3）定襄霧日數與逐日最高、最低及平均氣溫呈正相關。霾日數與逐日最高、最低及平均氣溫呈負相關，氣溫越低，霾發生的頻率越大。當日平均風速≤2.0 m/s時，最有利于霧和霾天氣的形成。定襄縣出現霧和霾天氣時，近地面主導風向為偏南風。隨著日平均相對濕度的逐漸增加，定襄縣霧、霾天氣的出現概率表現為先增加后減小的趨勢。

（4）1972—2021年定襄縣最長連續無降水日數變化趨勢呈單谷型分布特征，與霾出現次數變化趨勢較為一致。霾日數與逐月最長連續無降水日數顯著正相關，相關系數高達0.876，最長連續無降水日數越長，形成霾的概率越高。

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The Changes of fog and Haze Days and Meteorological Element during 1972-2021 in Dingxiang County

Wen Tian-liang et al（Dingxiang County Meteorological Bureau of Shanxi Province， Dingxiang， Shanxi 035400）

Abstract Based on the historical ground observation data of Dingxiang County National Meteorological Observatory from 1972 to 2021， the long-term climate change and spatial distribution characteristics of fog and haze weather in Dingxiang County are statistically analyzed. The correlation and significance between fog and haze days and corresponding meteorological factors are analyzed by Pearson correlation coefficient analysis method and significance test （t test method）. The results show that the number of foggy days in Dingxiang County has slightly increased in the past 50 years; The fluctuation trend of haze days was very obvious; The number of fog and haze days showed a single valley pattern within the year; With the gradual increase of daily average relative humidity， the occurrence probability of fog and haze in Dingxiang County also showed a trend of increasing first and then decreasing; When the temperature was lower， the daily average wind speed was smaller （calm wind or wind speed ≤ 2.0 m/s）， and the longest continuous day without precipitation is longer， it was more conducive to the formation of haze weather.

Key words Fog; Haze; Change law; Dingxiang County