河北省南宮區(qū)域霧霾天氣變化特征分析

關(guān)俊華 高俊喜

(河北省南宮市氣象局，河北 南宮 055750)

1 引 言

中國(guó)城市區(qū)域的霾日數(shù)有顯著增加，而霧日數(shù)有顯著的下降趨勢(shì)。一些學(xué)者還對(duì)霧霾形成的物理化學(xué)條件、如何區(qū)分霧和霾等做過(guò)系統(tǒng)的分析研究，為霧霾的天氣預(yù)警及治理提供科學(xué)依據(jù)。

2 資料和方法

本文利用1980－2013年河北省南宮氣象站34年的觀測(cè)資料。南宮站是國(guó)家基本站，國(guó)家基本站的地面氣象觀測(cè)資料是我國(guó)最全面最完整觀測(cè)資料，均經(jīng)過(guò)了國(guó)家氣象中心氣象資料室的質(zhì)量檢驗(yàn);南宮市位于河北東南部，西靠太行山，東面渤海，屬于華北平原的腹地，因此研究南宮的霧霾氣候變化特征對(duì)河北省的霧霾天氣代表性意義。

霾出現(xiàn)時(shí)相對(duì)濕度不大、而霧中的相對(duì)濕度是飽和的，霧與霾是可以相互轉(zhuǎn)化的，當(dāng)相對(duì)濕度超過(guò)100時(shí)，霾粒子吸附析出的液態(tài)水成為霧滴，相對(duì)濕度降低時(shí)，霧滴脫水后霾粒子又懸浮在大氣中。因此霧與霾沒(méi)有截然分明的界限，即使用相對(duì)濕度也很難將它們區(qū)別開(kāi)來(lái)［1－2］。

本文規(guī)定霧霾的劃分以本站實(shí)際的天氣現(xiàn)象記錄為主要依據(jù)，即先按照觀測(cè)記錄訂正，只要在一天8 次定時(shí)觀測(cè)記錄中某1 個(gè)時(shí)次天氣現(xiàn)象記錄出現(xiàn)霧(輕霧)、霾統(tǒng)計(jì)為一個(gè)霧(輕霧)、霾日。在觀測(cè)記錄中一日內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)霧與霾，記為一個(gè)霾日。

3 霧霾天氣的氣候變化特征

3.1 霧日數(shù)年變化

圖1 是南宮市霧日數(shù)年際變化曲線，由圖1 可以看出，霧天年日數(shù)從80年代至今有明顯的減少趨勢(shì)，平均減少速率為1.62 天/年，近十年來(lái)維持在較低水平;霧日數(shù)年平均157 天，最多霧日出現(xiàn)在1985年，為235天，最少霧日出現(xiàn)在2013年僅有92 天;在80年代中后期是霧日高峰期。

圖1 南宮站1980－2013年霧日數(shù)年際變化

圖2 南宮站1980－2013年霾日數(shù)年際變化

3.2 霾日數(shù)年變化

圖2 是南宮市霾日數(shù)年際變化曲線，南宮在80、90年代出現(xiàn)霾的概率很小，可能與80年地面觀測(cè)規(guī)范調(diào)整有關(guān)。自1998年后呈逐波動(dòng)性年增多趨勢(shì)，增多速率為7.77 天/10年。90年代后期至21 世紀(jì)初期為霧霾天增多趨勢(shì)，之后緩慢減少，2003年為谷值，以后開(kāi)始增多，2008年達(dá)到最高峰為51 天，之后維持較增加的趨勢(shì)。

3.3 霧日數(shù)季變化

南宮市一年四季均有霧、霾出現(xiàn)，并有明顯的季節(jié)變化。由表1 可知，秋季是全年霧天日數(shù)最多季節(jié)為31，夏、冬季次之、春季最少為15;春季相對(duì)濕度較小不利于霧滴的形成，所以春季霧少;夏季則相對(duì)濕度較大，多年平均達(dá)80，是一年中相對(duì)濕度最大的季節(jié)，水汽充分有利于霧滴的形成;溫度低，逆溫日數(shù)多，強(qiáng)度大是秋冬季節(jié)霧天所的主要因素。

圖3 是霧日數(shù)月變化情況。由圖3 看出，全年霧天日數(shù)最多月出現(xiàn)在8月份，多年平均值為19 天，最少月份是4月份為多年平均值為7 天。

表1 1980－2013年 南宮站各季霧、霾天氣現(xiàn)象日數(shù)

圖3 南宮站1980－2013年霧日數(shù)月變化

圖4 南宮站1980－2013年霾日數(shù)月變化

3.4 霾日數(shù)季變化

圖4 給出了南宮市霾日數(shù)月分布情況。由圖4 看出，南宮市霾日數(shù)個(gè)月差異較大，月霾日數(shù)呈單谷型分布，8月份未出現(xiàn)過(guò)霾天，5月、7月份各僅有2 天，12月份最多為69 天。由表1 還可以看出，冬季是全年霾日數(shù)最多的季節(jié)，占全年的49，秋季次之，占全年的36，春季為11，夏季為4，是全年最少的季節(jié)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果還表明，冬春季霾日數(shù)在緩慢增多趨勢(shì)，而秋季有緩慢減少的趨勢(shì)。秋冬季逆溫日數(shù)多且強(qiáng)度強(qiáng)，阻礙了對(duì)流層中的大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)，使近地面的污染物宜聚集，這些條件利于霾的形成和維持［13］;而春夏太陽(yáng)輻射增強(qiáng)，近地面不穩(wěn)定層結(jié)增多，大氣擴(kuò)散條件好;降水量較多，強(qiáng)度大，由于污染物進(jìn)入降水中經(jīng)過(guò)兩個(gè)過(guò)程，云中淋洗和云下沖刷，當(dāng)降水量較小是，污染物隨著降水被沖刷下來(lái)，當(dāng)降水降水量較大時(shí)，由于稀釋作用，云下大氣顆粒物逐漸減少［14］，則是夏季霾天出現(xiàn)少的主要原因。

3.5 霧霾天氣持續(xù)時(shí)間變化

南宮市霧霾天氣過(guò)程持續(xù)日數(shù)變化情況見(jiàn)圖5。圖可以看出，霧霾天氣過(guò)程持續(xù)次數(shù)似冪函數(shù)形式迅速遞減。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，1980－2013年南宮區(qū)域共出現(xiàn)霧霾天氣過(guò)程2115 次，其中霧霾天氣過(guò)程持續(xù)1 天共出現(xiàn)1048 次，占49.6，持續(xù)2 天的霧霾天氣過(guò)程385 次，占18.0，持續(xù)1 ――5 天霧霾天氣過(guò)程1874 次，占88.6，持續(xù)天10 以上的霧霾天氣過(guò)程有73 次，占3.5，霧霾天氣過(guò)程持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)22 天，出現(xiàn)在1990年1月1日－22日和2001年1月6日－27日，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的霧霾天氣過(guò)程集中在冬季。

圖5 南宮站1980－2013年霧霾持續(xù)日數(shù)分布

4 霾與氣象要素的關(guān)系

4.1 與相對(duì)濕度的關(guān)系

在地面觀測(cè)業(yè)務(wù)中用相對(duì)濕度作為觀測(cè)霾和霧的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，但相對(duì)濕度標(biāo)準(zhǔn)各站不同，南方等地還運(yùn)用相對(duì)濕度識(shí)別霧與霾的概念模型［15］，對(duì)于北方來(lái)說(shuō)相對(duì)濕度定得太大了。圖5 利用南宮站1980年～2013年出現(xiàn)霾天時(shí)，將日均相對(duì)濕度分為7 段，統(tǒng)計(jì)每段霾天的出現(xiàn)頻率。由圖5 可知，隨著日均相對(duì)濕度的逐漸增大，南宮站霾天氣的出現(xiàn)頻率呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，當(dāng)日均相對(duì)濕度小于40% 時(shí)，霾發(fā)生幾率很小，僅占2.2%，隨著相對(duì)濕度逐漸增大，霾出現(xiàn)的頻率也在增大，當(dāng)日均相對(duì)濕度增大至71～80 時(shí)，霾出現(xiàn)頻達(dá)到峰值，為30.2%，之后霾出現(xiàn)頻率隨日均相對(duì)濕度增大呈下降趨勢(shì)。按照南方識(shí)別霧霾的概念模型，南宮站出現(xiàn)的霾天中，還有6.9%屬于霧(日均相對(duì)濕度大于90%)，干霾占93.1%(相對(duì)濕度小于80%)，濕霾或霧霾混合物占6.2%(相對(duì)濕度在80%～90%之間). 由此也驗(yàn)證了出現(xiàn)霾天時(shí)區(qū)域位置越偏北，相對(duì)濕度下限會(huì)相應(yīng)減小這一結(jié)論［16］。

圖6 南宮站1980－2013年霾日數(shù)在相對(duì)濕度各段的百分比

4.2 與月最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)的關(guān)系

由圖6 可以看出，南宮站月最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)變化趨勢(shì)呈“U”型分布特征，與霾月出現(xiàn)次數(shù)的單谷型變化趨勢(shì)基本一致，2－9月份月最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)多于霾日數(shù)，而10月份至次年1月份霾日數(shù)明顯多于最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)。對(duì)二者進(jìn)行了相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)為0.6965，并通過(guò)0.01 的顯著性水平檢驗(yàn)。

圖7 南宮站1980－2013年月霾日數(shù)與月最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)

5 結(jié) 論

(1)南宮市霧天日數(shù)呈波動(dòng)性減少趨勢(shì)，平均減少速率為1.62 天/年;近幾年快速減少;霾天日數(shù)自90年代后期開(kāi)始增多趨勢(shì)顯著，增多速率為7.771 天/10年，2008年達(dá)到最高峰為51 天。

(2)霧霾天日數(shù)的季節(jié)變化特征是秋冬季是霧霾高發(fā)季節(jié)，夏季次之，春季最少。這是大氣污染物、近地面不穩(wěn)定層結(jié)、逆溫層、相對(duì)濕度等綜合影響的結(jié)果。

(3)日均相對(duì)濕度的逐漸增大，霾天氣的出現(xiàn)頻率呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，當(dāng)日均相對(duì)濕度小于40%時(shí)，霾發(fā)生幾率很小，僅占2.2%，隨著相對(duì)濕度逐漸增大，霾出現(xiàn)的頻率也在增大，當(dāng)日均相對(duì)濕度增大至71～80 時(shí)，霾出現(xiàn)頻達(dá)到峰值，為30.2%，之后霾出現(xiàn)頻率隨日均相對(duì)濕度增大呈下降趨勢(shì)。

(4)月最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)變化趨勢(shì)呈“U”型分布特征，與霾月出現(xiàn)次數(shù)的單谷型變化趨勢(shì)基本一致，對(duì)二者進(jìn)行了相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)為0.6965，并通過(guò)0.01 的顯著性水平檢驗(yàn)。

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