南寧市霾的特征分析

莫雨淳，廖國蓮，鄭鳳琴

（1.廣西氣象服務(wù)中心，廣西南寧，530022；2.廣西區(qū)氣象信息中心，530022）

1 引言

近年來廣西經(jīng)濟快速發(fā)展，伴隨著城市不斷建設(shè)增容，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(guān)注。從氣象上看，霾是一種自然現(xiàn)象，而近年來大片城市地區(qū)頻發(fā)的灰霾，從根本上講是人類活動排放的大氣污染物誘發(fā)的低能見度事件。霾的影響讓公眾感受到最明顯的就是能見度的惡化。近兩年，全國各地都開展了很多關(guān)于霾的研究［1-16］，特別是華北、長江三角、珠三角等大氣污染嚴重的地區(qū)。南寧市作為廣西的首府城市，北部灣經(jīng)濟區(qū)的核心，其大氣污染在廣西內(nèi)一直較為嚴重。南寧出現(xiàn)霾天氣的頻率增加迅速，已從上世紀90年代的每年幾天增至現(xiàn)在的幾十天。因此，開展南寧市霾的特征分析研究，有助于了解霾的變化規(guī)律及發(fā)展趨勢，為開展霾預(yù)警預(yù)報業(yè)務(wù)有著重要意義。

2 資料選取及霾的判斷依據(jù)

本文中的資料選取南寧市城區(qū)站觀測資料，對南寧市近20年（1993-2012）出現(xiàn)霾的日數(shù)進行統(tǒng)計。由于南寧市缺乏大氣細粒子的歷史觀測資料，為了前后統(tǒng)一，不使用大氣成分指標作為霾的判斷依據(jù)，采取中國氣象行業(yè)標準《霾的觀測和預(yù)報等級》（QX／T113-2010）及其觀測補充規(guī)定（氣測函［2013］17號）中的修訂，對能見度小于10.0km，排除降水、沙塵暴、揚沙、浮塵、煙幕、吹雪、雪暴等天氣現(xiàn)象造成的視程障礙，相對濕度小于80%的天氣，判識為霾。當觀測日能所開展的多次觀測中，只要發(fā)生一次出現(xiàn)霾的情況，則該日就可認為是霾日。霾的等級劃分根據(jù)能見度區(qū)分，為輕度霾、中度霾、重度霾、嚴重霾，其中能見度在3.0km以上、10.0km以下為輕度霾；能見度在2.0km以上、3.0km以下為中度霾；能見度在1.0km以上、2.0km以下為重度霾；能見度在1.0km以下為嚴重霾。

3 氣候特征分析

3.1 霾的年際變化

經(jīng)統(tǒng)計，南寧1993至2012年，20年內(nèi)出現(xiàn)霾日總數(shù)為487天，年均霾日數(shù)約為25天，霾日數(shù)最高值出現(xiàn)在2007年，為78天。由圖1可看出，南寧近20年霾日數(shù)總體呈上升趨勢。至上個世紀末南寧已經(jīng)達到年霾日數(shù)為10天，進入本世紀以來，年霾日數(shù)上升非常明顯，特別是2004至2008年階段，年霾日數(shù)跨越式增長，隨后2009明顯降低，直至2012年有趨于穩(wěn)定。霾日的明顯上升主要應(yīng)與南寧市城建發(fā)展及機動車增加迅猛有關(guān)。之后廣西制定了“十一五”節(jié)能減排實施方案和年度計劃，積極推進污染減排，采取了有效的節(jié)能減排行動，抑制了大氣污染物的排放，取得顯著成果。這可能是2009年之后南寧霾日數(shù)下降的一個原因［2］。

圖1 南寧年霾日數(shù)的年變化

3.2 霾的季節(jié)變化

圖2 南寧月均霾日數(shù)分布

從圖2可見，1993-2012年的霾日月均分布呈現(xiàn)V型分布，每年10月到次年2月，南寧都處于霾天氣的高發(fā)期，其中12月份最多，平均達5.5天，其次是10月，為4.5天；南寧汛期霾天氣發(fā)生次數(shù)較少，最少是7月，僅有0.25天。南寧的霾日數(shù)在冬季次數(shù)最多，占全年的45.8%；其次為秋季，占全年的37.9%；最少是夏季，僅占全年的6%。霾天氣出現(xiàn)明顯的季節(jié)化，秋冬季多，春夏季少這個特點，可能跟廣西春夏雨水充足，秋冬常干旱有關(guān)。

4 天氣特征分析

4.1 冬半年霾天氣特征

秋冬季節(jié)南寧雨水少，天氣穩(wěn)定，容易出現(xiàn)霾天氣。經(jīng)選取多個典型案例統(tǒng)計，霾天氣較易出現(xiàn)在冷空氣經(jīng)過后氣溫下降、地面被冷高壓控制的時期。因此從秋冬季常見的冷空氣影響中選取2011年1月6日至8日，12月27日至28日兩個典型過程為例來分析秋冬季霾的天氣特征。2011年1月6日冷空氣南下影響廣西，8日冷切變線移出廣西，之后廣西轉(zhuǎn)為冷高壓控制，如圖3，南寧所處基本為均壓區(qū)，風(fēng)速減少，高層為偏西氣流，低層吹偏北風(fēng)，這種相對穩(wěn)定的環(huán)境極易出現(xiàn)霾天氣。此時新的冷切變線在湖南、貴州與廣西西北部，仍未對廣西產(chǎn)生明顯影響。當時南寧出現(xiàn)明顯的霾并持續(xù)了2天。冷切變線過后，南寧在冷高壓的影響下，風(fēng)速減小，地面溫度下降，夜間及早晨易出現(xiàn)逆溫。逆溫層以下大氣穩(wěn)定度增強，降低了污染物擴散能力，有利于污染物堆積而形成霾。

圖3 2011年1月8日廣西海平面氣壓圖

從圖4可以看到，2011年12月27日，南寧城市850hPa以下的低層風(fēng)速很小，且垂直風(fēng)向切邊差異較大，形成穩(wěn)定的逆溫層，不利于污染物向高空擴散。逆溫層較明顯，出現(xiàn)了近地層逆溫和3km高空（700hPa）的逆溫。上層逆溫阻擋污染物向高空擴散，在其下層形成渾濁層，近地層不易接收陽光直射升溫，導(dǎo)致近地層逆溫持續(xù)時間延長。同時近地層逆溫可以阻擋城市下墊面污染物的擴散，特別是汽車排放尾氣、建筑工地?zé)焿m、工廠廢氣及煙氣等污染物。加上秋季以來天氣干燥少雨，下墊面泥土、粉塵等漂浮物易被風(fēng)吹起，飄浮在空氣中加重空氣質(zhì)量惡化。從垂直風(fēng)看，低層風(fēng)速很小，風(fēng)向相異，低層大氣非常穩(wěn)定，因此南寧出現(xiàn)了一次霾天氣過程，還出現(xiàn)了較嚴重的空氣污染。

圖4 2011年12月27日南寧站的溫度對數(shù)壓力圖

4.2 夏半年霾天氣特征

南寧夏季多雨，天氣變化大，氣溫高，大氣對流強，不易出現(xiàn)霾天氣，但經(jīng)過多年統(tǒng)計分析，在熱帶低壓外圍下沉氣流的影響下，仍會出現(xiàn)霾天氣。以2011年5月27日至31日的一次過程為典型案例分析夏半年霾天氣的特征。如圖6所示，2011年5月28日，菲律賓北部的熱帶低壓北上，在臺灣東南面向北移動，南寧受到該熱帶低壓外圍的偏北下沉氣流影響。同時由于5月29日至30日海南東部的弱低壓影響導(dǎo)致南寧偏北風(fēng)持續(xù)，未能轉(zhuǎn)為濕潤的南風(fēng)影響，使得濕度場較干，不利于粉塵漂浮物下沉到地面，而是浮在近地層及下墊面空氣中，因此連續(xù)幾日出現(xiàn)較嚴重的霾天氣，同時伴隨著空氣污染。

夏季的霾天氣在南寧比較少見，即使出現(xiàn)，持續(xù)時間也不長，主要受熱帶低壓（臺風(fēng)）外圍的下沉氣流影響較明顯。經(jīng)統(tǒng)計分析，通常在北緯17度至27度，東經(jīng)115度至130度之間移動的低壓（臺風(fēng)），會使廣西處于下沉氣流的影響。

圖5 2011年5月28日海平面氣壓場

5 霾日的能見度與相對濕度特征分析

圖6 南寧霾天氣日均能見度的分布

圖7 南寧霾天氣時相對濕度的分布

如圖6所示是1993至2012年來，20年間南寧出現(xiàn)霾天氣時的能見度分布。可以看出南寧市未出現(xiàn)過能見度在2.0km以下的重度霾和嚴重霾天氣。能見度在3.0km至2.0km之間的中度霾出現(xiàn)率0.4%，據(jù)資料選擇標準看，20年間僅出現(xiàn)2天。南寧市出現(xiàn)霾天氣絕大多數(shù)為輕度霾。這表明南寧中度霾天氣的發(fā)生頻率很低，南寧出現(xiàn)的霾天氣還是以輕度霾為主。

圖7給出了20年間，南寧霾天氣發(fā)生時相對濕度的分布，可以看出，67.1%的霾天氣發(fā)生時的相對濕度為70～80%，25.1%的霾天氣發(fā)生時的相對濕度處于60～70%，6.8%的霾天氣發(fā)生時的相對濕度處于50～60%，而只有1.0%的霾天氣相對濕度在50%以下。

此外，霾天氣的出現(xiàn)與大氣穩(wěn)定度有較好的相關(guān)性［2］。南寧市的大氣穩(wěn)定度以中性、穩(wěn)定類、較穩(wěn)定類為主。非汛期南寧市中性類出現(xiàn)頻率高，同時不穩(wěn)定類和穩(wěn)定類頻率則較低。汛期不穩(wěn)定類出現(xiàn)頻率增加，中性類減少，所以南寧市汛期大氣擴散能力比非汛期強。這正好與南寧霾日數(shù)汛期少，非汛期多的變化相對應(yīng)。

6 小結(jié)

根據(jù)對南寧市1993年至2012年，霾日統(tǒng)計數(shù)據(jù)及氣象分析可得出以下結(jié)論：

（1）南寧近20年來，霾日數(shù)總體呈上升趨勢，2000年以來，霾日數(shù)上升明顯，霾污染已逐漸成為影響南寧市環(huán)境空氣質(zhì)量及民生的重要一環(huán)，2007年、2008年，南寧市霾日出現(xiàn)數(shù)達到歷史高峰期。根據(jù)統(tǒng)計，南寧市霾日有著明顯的季節(jié)變化特征，即秋冬出現(xiàn)霾日多，夏季出現(xiàn)霾日少的特點。

（2）從南寧市20年來出現(xiàn)霾天氣的典型案例綜合分析，冬季霾天氣較易出現(xiàn)在冷空氣經(jīng)過后氣溫下降、地面被冷高壓控制，風(fēng)速減小，形成逆溫的情況下。中低層出現(xiàn)雙層逆溫時，會延長霾持續(xù)的時間，易造成嚴重的空氣污染。夏季霾天氣通常受在北緯17度至27度，東經(jīng)115度至130度之間移動的熱帶低壓（臺風(fēng)）外圍的下沉氣流影響下出現(xiàn)，持續(xù)時間較短，若同時受其他天氣系統(tǒng)影響，處于干旱的環(huán)境下，則容易出現(xiàn)較嚴重的空氣污染。

（3）根據(jù)本文選擇觀測標準，南寧市近20年來所出現(xiàn)的霾日中，九成以上的霾日是以輕度霾為主，即是能見度在3至10km的霾為主，中度霾發(fā)生頻率很低，而重度及以上程度的霾在南寧市沒有出現(xiàn)。六成以上的霾天氣發(fā)生時的相對濕度為70～80%，僅有小部分霾日發(fā)生時相對濕度在60%以下。

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