近43年西安地區(qū)霧、霾天氣時空變化特征及成因分析

孟小絨 杜萌萌 金麗娜 楊睿

摘要 利用西安市7個觀測站點1970～2012年的霧日和霾日觀測資料，從空間和時間兩方面分析了西安霧霾、霾日數(shù)的變化特征，并結合西安及其周邊地區(qū)主導風向進行了成因分析。結果表明，43年來西安地區(qū)霧霾平均出現(xiàn)次數(shù)以城區(qū)最多，2000年以后大值中心明顯向東南方向——長安、藍田一帶偏移;霧霾出現(xiàn)頻次總體呈減少趨勢，2010年以后有所增加;霧霾天氣主要發(fā)生在冬季，最多出現(xiàn)在12月或1月，夏季較少，最少出現(xiàn)在5月或6月。據(jù)分析，霧霾的形成主要有三方面因素，即周邊地區(qū)風吹向西安中心城區(qū)、污染物的排放以及西安地區(qū)特殊的地形因素。

關鍵詞 霧霾;年際變化;時空分布;成因分析;西安地區(qū)

中圖分類號 S161 ?文獻標識碼 A ?文章編號 0517-6611（2015）03-247-04

Fog， Haze Weather Temporal Variation Characteristics and Genetic Analysis in Recent 43 Years of XiAn Region

MENG Xiaorong， DU Mengmeng， JIN Lina et al

（Meteorological Bureau of Xian， Xian， Shaanxi 710016）

Abstract Using fog and hazes observation data of seven stations from 1970 to 2012 in Xian， the variation characteristics of fog and haze in Xian were analyzed from two aspects of time and space， the causes were analyzed combined with Xian and the surrounding areas dominant wind direction. The results showed that： the average occurrences of fog is most in urban areas in 43 years in Xi 'an region， the great value center mainly move to southeastChangan and Lantian; fog and haze occurrence frequency had decreasing trend as a whole， increased after 2010. The fog and haze weather mainly appeared in winter， most in the December or January; the summer is less， at least in May or June. According to the analysis， there are three main factors in formation of fog haze： surrounding areas wind blows to Xian city center， the emissions of pollutants; as well as the special terrain factors of Xi'an region.

Key words Fog and haze; Interannual variability; Time and space distribution; Cause analysis; Xian region

基金項目 陜西省氣象局2013年研究型業(yè)務重點科研項目（2013Z11）。

作者簡介 孟小絨（ 1965- ），女，陜西禮泉人，高級工程師，從事天氣預報和氣候變化研究。

收稿日期 20141126

霧、霾是造成能見度降低的主要災害性天氣現(xiàn)象，對公路、鐵路、航空、航運、供電系統(tǒng)、農作物生長等均有重要影響，且易引發(fā)交通事故及城市空氣質量問題^[1]。由于空氣中懸浮的大量微小水滴或冰晶使水平能見度介于0.5～1.0 km時稱為霧，介于0.05～0.50 km時稱為濃霧，<0.05 km時稱為強濃霧?？諝庵写罅繕O細微干塵粒使大氣混濁，視野模糊并導致能見度惡化，如果水平能見度<10 km時，將這種非水成物組成的氣溶膠系統(tǒng)造成的視程障礙稱為霾或灰霾。霾的厚度比較厚，可達1～3 km。由于灰塵、硫酸、硝酸等粒子組成的霾，其散射較長波長的光比較多，因而霾看起來呈黃色或橙灰色。一般相對濕度<80%時大氣混濁、視野模糊導致能見度惡化是由霾造成，相對濕度>90%時是由霧造成，相對濕度介于80%～90%時則是由霧或霾和霧的混合物共同造成。筆者在此利用西安市7個觀測站點1970～2012年的霧日和霾日觀測資料，從空間和時間兩方面分析了西安霧霾、霾日數(shù)的變化特征，并結合西安及其周邊地區(qū)主導風向進行了成因分析。

1 資料與方法

利用西安地區(qū)所屬7個地面觀測站（西安、周至、戶縣、長安、高陵、臨潼、藍田）1970～2012年地面霧霾觀測資料以及西安周邊地區(qū)（寶雞、咸陽、渭南各選取了市區(qū)及2個區(qū)縣和銅川市）2000～2012年近地面層的風場資料，采用統(tǒng)計學方法進行綜合分析，對西安地區(qū)各氣象觀測站近43年來的霧霾及霾出現(xiàn)日數(shù)進行了統(tǒng)計，揭示西安地區(qū)霧、霾天氣時空變化特征及成因。

定義：霧霾，即霧、輕霧、霾日數(shù)的總合，一天中出現(xiàn)2種以上現(xiàn)象，計一日;霾，即單純?yōu)轹?sup>[2]。

2 霧霾天氣時空變化特征分析

2.1 空間分布特征

由圖1可見，1970～2012年霧霾年平均日數(shù)的空間分布呈現(xiàn)出中間高東西低的分布特征，其中高值中心位于城區(qū)和長安，霧霾年平均日數(shù)分別為208.8和203.6 d，低值中心位于周至，僅有93.6 d;霾的空間分布特征仍是以城區(qū)為中心，藍田次之，周至最少，霾年平均日數(shù)分別為83.9、68.6和9.7 d。對比1970～2012年的空間分布，2000～2012年霧霾和霾的大值區(qū)明顯向東南方向的長安和藍田一帶偏移，霧霾年平均日數(shù)以長安最多，年均220.3 d，藍田次之，年均206.4 d，西安城區(qū)年均123.7 d，位居第6;霾年平均日數(shù)則以藍田最多，年均68.6 d，長安次之，年均633 d，西安城區(qū)居第三，年均僅9.9 d。

2000～2012年與43年總體情況相比，霧霾平均出現(xiàn)日數(shù)除周至增加外，其余各站均呈現(xiàn)減少趨勢;霾平均出現(xiàn)日數(shù)除藍田持平外，其余各站均是減少趨勢（表1），說明西安地區(qū)總體霧霾日數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢。

2.2 年變化特征

2.2.1 霧霾。由西安市7個測站1970～2012年逐年霧霾日數(shù)變化（圖2a）可見，各測站20世紀70年代初霧霾日數(shù)較多，之后波動式變化，有增有減;進入21世紀后，除高陵明顯下降外，其余基本是上升—下降—上升，近2～3年有所增加。西安城區(qū)霧霾的總體變化趨勢是2000年之前下降，2000年以后上升。

西安市各區(qū)縣2000～2012年逐年霧霾日數(shù)變化（圖2b）顯示，近13年來長安、高陵明顯呈下降趨勢，周至、戶縣呈上升趨勢;西安城區(qū)、臨潼、藍田波動式變化，2005～2007年有個小高峰，2008年明顯下降，2010年后又明顯上升;總體來看，近2～3年來呈上升趨勢。

注：a₁、b₁為1970～2012年;a₂、b₂為2000～2012年。

圖1 1970～2012、2000～2012年西安地區(qū)霧霾（a）、霾（b）年平均日數(shù)分布

表1 西安城區(qū)及六區(qū)縣氣象觀測站霧霾、霾年平均出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計

測站年平均霧霾日數(shù)∥d1970～2012年2000～2012年

年平均霾日數(shù)∥d1970～2012年2000～2012年

長安203.6220.358.563.3

高陵128.5162.213.41.5

戶縣142.6166.322.71.7

藍田178.3206.468.668.6

臨潼116.7154.89.96.8

西安城區(qū)208.8123.783.99.9

周至93.6120.29.70.5

2.2.2 霾。由1970～2012年各測站霾日數(shù)逐年變化（圖3a）可見，全市總體呈下降趨勢，西安城區(qū)下降趨勢最為明顯;而長安、藍田存在2個峰值年，長安為1991和1997年，藍田為1998和2005年，這兩站與1985年之前相比呈明顯上升趨勢，2009年后急劇下降，且明顯高于西安城區(qū)及其余區(qū)縣。

2000～2012年各測站霾日數(shù)逐年變化（圖3b）顯示，長安和藍田霾日數(shù)相對于其他測站明顯偏高;多數(shù)測站2005、2007年為2個峰值年，2008年后開始下降，長安、藍田變化較為明顯，而周至和高陵連續(xù)4 a無霾日出現(xiàn)。

圖2 1970～2012年（a）和2000～2012年（b）西安市各測站霧霾年均日數(shù)變化

43卷3期 ? ? ? ? ? ? ?孟小絨等 近43年西安地區(qū)霧、霾天氣時空變化特征及成因分析

2.3 月變化特征

2.3.1 霧霾。從1970～2012年月平均霧霾日數(shù)變化（圖4a）可以看出，霧霾日數(shù)最多為12月，其次是1月，各測站最少均是6月。從2000～2012年霧霾月平均日數(shù)變化曲線（圖4b）看，各地霧霾日數(shù)最多的月份一般也在12月，其次是1月，4～6月即春末夏初相對較少，多數(shù)站6月最少，8月～次年2月明顯增多。

2.3.2 霾。從1970～2012年各測站逐月平均霾日數(shù)變化（圖5a）可以看出，各測站出現(xiàn)最多的月份一般為1月，其次是12月，10月～次年3月出現(xiàn)日數(shù)較多，夏季相對較少，長安、藍田5月最少，但6～8月略有上升，與霧霾略有不同。近13年逐月平均霾日數(shù)變化（圖5b），與1970～2012年月平均霾日數(shù)相比，月際變化基本一致。

3 西安及周邊風場綜合分析

霧霾天氣的形成與當?shù)匾约爸苓叺貐^(qū)風場關系密切，通過對西安市各區(qū)縣及周邊地區(qū)（寶雞、咸陽、渭南各選取了市區(qū)及2個區(qū)縣和銅川市）2000～2012年近地面層的風場資料進行綜合分析，結果表明（圖6），西安市各區(qū)縣主導風向分別為周至、戶縣西風，長安東南偏南風，高陵、臨潼東北風，藍田西北風;即除藍田主導風向背離西安城區(qū)外，其余區(qū)縣均指向城區(qū);西安周邊城市常年主導風向分別為渭南東北偏東風、寶雞東南風、銅川東北風、咸陽西北風，即渭南、咸陽、銅川均位于西安上風方，常年主導風均吹向西安城區(qū)，而西安本地主導風向為東北風，如果上游地區(qū)有污染出現(xiàn)、均向西安城區(qū)輸送，再加上南邊秦嶺山脈的屏障作用，使得污染物得以在此堆積，形成霧霾天氣。

圖3 1970～2012年 （a）和2000～2012年（b）西安各測站霾日數(shù)逐年變化

圖4 1970～2012年（a）和2000～2012年（b）西安市各測站霧霾逐月平均日數(shù)變化

圖5 1970～2012年（a）2000～2012年（b）西安各測站逐月平均霾日數(shù)變化

4 西安霧霾天氣成因分析

霧霾是局地特征十分明顯的現(xiàn)象，其形成是由多種氣象條件和環(huán)境因素決定的^[3]，人為因素造成霧霾增多，也是近年來不可忽視的因素。

4.1 氣象條件是形成西安霧霾天氣的重要原因之一 一般情況下，氣溫越低、降水量越少、風速越小、日照越少、氣壓越高，越有利于霾天氣的形成。在秋冬季節(jié)，在晴朗無風或微風的夜晚，地面因輻射冷卻而降溫，與地面接近的氣層冷卻降溫最強烈，而上層的空氣冷卻降溫緩慢，因此使低層大氣產生逆溫現(xiàn)象，逆溫層好比一個鍋蓋覆蓋在城市上空，使得大氣層低空的空氣垂直運動受到限制，導致污染物難以向高空飄散而被阻滯在低空和近地面^[4]，形成霾。當近地面空氣濕度較大、冷空氣不足、風速較小時，近地面空氣迅速降溫使得水汽凝結，易形成輕霧或霧，再與空氣中的污染物相遇碰并，使得污染物被霧滴“鎖住”，霧霾同時出現(xiàn)，更加難以擴散，污染加重。

圖6 西安城區(qū)及各區(qū)（a）、西安與周邊地區(qū)（b）風向圖

從西安地區(qū)霧霾月際變化情況看，霧霾天氣多出現(xiàn)在冬季，夏季較少。一方面是由于采暖季節(jié)人們取暖和做飯燃燒大量化石燃料，加之降水稀少，氣候干燥，風速較小，大氣逆溫出現(xiàn)頻率和強度較高，污染物不易擴散和稀釋，致使大氣中的總懸浮顆粒物、SO₂、NOX等污染物大量堆積，形成灰霾天氣^[5];而夏季6～10月化石燃料的使用較少，加之氣溫高、太陽輻射強、空氣對流旺盛，使得大污染物容易擴散，同時大量降水的沉降和稀釋作用，使大氣中氣溶膠粒子大量減少，不易形成灰霾天氣。另一方面，冬季秦嶺山脈對冷空氣的阻擋，容易在關中盆地形成“冷湖效應”，進而在近地面易形成逆溫層，阻礙大氣污染物垂直和水平方向的擴散。

4.2 人為因素造成排放增加，靜風增多，擴散條件變差也是一個重要原因 近年來隨著工業(yè)化、城市化的迅速發(fā)展，機動車輛猛增，使得污染物排放和城市懸浮物大量增加，鱗次櫛比的高樓大廈產生的阻擋和摩擦作用使風流經(jīng)城區(qū)時明

顯減弱，靜風現(xiàn)象增多，不利于大氣污染物的擴展稀釋，卻容

易在城區(qū)和近郊區(qū)周邊積累，形成霾。2000年以后，西安霧霾日數(shù)大值中心整體向東南長安、藍田一帶偏移，這主要是由于近年來西安市主城區(qū)環(huán)保力度加大，城市改造、集中供熱供暖，大型鍋爐煤改氣，加上一些重污染企業(yè)的外遷和倒閉，使得無組織排放大量減少。而長安區(qū)是西安市近年城市開發(fā)建設的重點區(qū)域，大氣中顆粒物濃度顯著增加;藍田常年和冬季盛行西北風，又處于秦嶺北麓，從西北方向擴散而來的大氣污染物容易在此堆積，形成高污染。 可見，環(huán)境治理成效顯著、勢在必行。

4.3 西安地區(qū)特殊的地形因素——秦嶺的屏障作用 從西安及其周邊地區(qū)風場分析結論可以看出，如果周邊有污染出現(xiàn)，均會隨風向西安城區(qū)輸送，再加上南邊秦嶺山脈的屏障作用，使得污染物得以在此堆積，形成霧霾天氣。

5 結論與討論

（1）1970～2012年西安地區(qū)霧霾平均出現(xiàn)次數(shù)以城區(qū)最多，2000年以后大值中心明顯向東南方向的長安、藍田一帶偏移;霧霾出現(xiàn)頻次總體呈減少趨勢，近2～3年有所增加。

（2）霧霾天氣主要發(fā)生在冬季，最多出現(xiàn)在12月或1月;夏季較少，最少出現(xiàn)在5月或6月。

（3）西安及其周邊地區(qū)風場分布是造成西安霧霾嚴重的重要因素之一。西安地區(qū)霧霾的形成主要有三方面因素，即氣象條件、人為因素（污染物的排放）以及西安地區(qū)特殊的地形因素。

（4）根據(jù)霧霾及霾的空間和時間分布特征及霧霾形成的具體原因，為減少霧霾對社會和公眾造成的不利影響，提出幾點建議：

①城市建設需依西安城區(qū)常年主導風向東北風，留出“城市通風道”，促進城市污染物擴散。

②應避免在城區(qū)上風方向（東北）建設高排污企業(yè)?？刂瞥鞘腥丝诿芏群徒ㄖ锩芏龋y(tǒng)籌安排工廠區(qū)和居民區(qū)，嚴格控制機動車增加量。

③優(yōu)化能源結構，盡量使用清潔燃料，嚴格控制機動車增加量。

④通過深化科技創(chuàng)新，加強霧霾監(jiān)測預報預警，強化區(qū)域間環(huán)保、市政、交通、氣象等合作和共享，升級人工影響天氣治污減霾手段，開展空中（飛機）和地面（火箭、燃燒爐）立體增雨作業(yè)機制^[6]。

⑤加強宣傳和輿論引導，讓全社會充分認識霧霾治理的長期性、復雜性，并考慮與減緩和適應氣候變化相結合，通過政府主導，激發(fā)社會參與，加速推進生態(tài)文明建設，實施標本兼治，由全社會共同守護西安藍天。

參考文獻

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