2004—2013年鐵嶺地區(qū)視程障礙現(xiàn)象時空分布特征

孟凡一+高嵩+張明哲+崔一鳴+辛得

摘要 利用鐵嶺地區(qū)4個國家級氣象觀測站2004—2013年的歷史地面觀測資料，分析了鐵嶺地區(qū)視程障礙現(xiàn)象時空分布特征及其與地面氣象要素的關(guān)系。結(jié)果表明：這10年間，鐵嶺地區(qū)霧日最多的是西豐縣，年平均霧日數(shù)為19 d；輕霧日最多的是鐵嶺縣，年平均輕霧日數(shù)為103.5 d；煙幕日最多的是昌圖縣，年平均輕霧日數(shù)為64.2 d；鐵嶺地區(qū)近10年來霧和輕霧日數(shù)呈波動狀態(tài)，而煙幕日數(shù)各地均呈現(xiàn)減幅為40%以上的減少趨勢。霧日數(shù)和煙幕日數(shù)有明顯的季節(jié)性變化，霧主要出現(xiàn)在7月至翌年1月的秋冬季節(jié)，煙幕主要出現(xiàn)在10月至翌年3月的秋冬季節(jié)，輕霧日數(shù)夏季相較于其他季節(jié)偏多。

關(guān)鍵詞 視程障礙；時空分布特征；遼寧鐵嶺；2004—2013年

中圖分類號 P427.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）06-0206-04

視程障礙即視程障礙天氣現(xiàn)象，是指空氣中因存在水汽凝結(jié)物、干質(zhì)懸浮物等而變得混濁，并造成能見度下降的一類天氣現(xiàn)象，包括霧、輕霧、雪暴、吹雪、沙塵暴、揚沙、浮塵、煙幕、霾。視程障礙天氣現(xiàn)象以影響能見度程度、顏色、天氣條件、出現(xiàn)時間和成因等幾個條件進(jìn)行區(qū)別。

本文利用鐵嶺地區(qū)4個國家級地面氣象觀測站2004—2013年的常規(guī)地面氣象觀測資料，分析霧、煙幕等天氣的年際、季節(jié)、月、空間分布規(guī)律及其原因。本文之所以選用這10年區(qū)間段作為分析資料：一是霧、霾、煙幕等視程障礙現(xiàn)象在近幾年才逐漸受到重視，而且對人們生產(chǎn)、生活的影響越來越大。二是2004年全國地面氣象業(yè)務(wù)改革，啟用自動氣象觀測系統(tǒng)對溫度、濕度、氣壓、降水、風(fēng)向、風(fēng)速等進(jìn)行自動觀測，天氣現(xiàn)象的判斷需要其他氣象要素的輔助。2004—2013年的資料中，輔助判斷天氣現(xiàn)象的氣象要素均實現(xiàn)了分鐘連續(xù)觀測，而2004年之前的輔助判斷氣象要素都僅在定時觀測時才有，基本上1 d只有3個或8個時次，天氣現(xiàn)象的判斷可能存在漏記或者錯記。因此，2004—2013年的天氣現(xiàn)象記載準(zhǔn)確性較高。三是2004年之后隨著地面氣象觀測自動化程度的提高和霧霾現(xiàn)象越來越受到重視，中國氣象局多次修改視程障礙現(xiàn)象的判別標(biāo)準(zhǔn)，使之越來越趨近氣象要素指標(biāo)量化判別，同以前的人工視程障礙天氣現(xiàn)象判別有本質(zhì)的區(qū)別。因此，使用2004—2013年的常規(guī)地面氣象觀測資料分析霧、煙幕等視程障礙現(xiàn)象更接近實際情況。

1 資料與方法

1.1 資料來源

采用2004—2013年鐵嶺地區(qū)鐵嶺縣、昌圖縣、西豐縣、開原市4個國家級地面氣象觀測站的地面歷史氣象觀測資料。地面氣象觀測資料中國家級基準(zhǔn)氣候站和國家級基本氣象站每天8個時次地面氣象觀測資料（2：00、5：00、8：00、11：00、14：00、17：00、20：00、23：00），國家級一般氣象站每天3個時次地面氣象觀測資料（8：00、14：00、20：00），相關(guān)地面歷史觀測資料都是經(jīng)過臺站、市局、省局、國家局的四級嚴(yán)格審查審核。地面氣象觀測資料的內(nèi)容為：空氣溫度、濕度、水汽壓、露點溫度、水平有效能見度、風(fēng)向風(fēng)速、天氣現(xiàn)象等。對于自動采集的數(shù)據(jù)自動站質(zhì)量控制軟件采用日極值與定時值比較檢查、要素相關(guān)性檢查、項目邏輯性檢查、項目之間的差值檢查、氣候極值比較檢查等相關(guān)質(zhì)量控制手段對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行把關(guān)[1-3]。

1.2 資料處理方法

由于選用的歷史地面觀測資料只有8個或者3個時次有水平有效能見度數(shù)據(jù)，并且相關(guān)能見度數(shù)據(jù)均為人工觀測數(shù)據(jù)而非能見度自動觀測儀數(shù)據(jù)，所以無法按照相關(guān)視程障礙現(xiàn)象標(biāo)準(zhǔn)對出現(xiàn)時間進(jìn)行準(zhǔn)確訂正。因此，統(tǒng)計各站的霧日數(shù)、煙幕日數(shù)、輕霧日數(shù)時，一天中只要出現(xiàn)霧、煙幕或輕霧現(xiàn)象，即記為1個霧、煙幕或者輕霧日，若1 d中出現(xiàn)2種或以上的天氣現(xiàn)象，則重復(fù)統(tǒng)計（如某日觀測記錄中有霧和煙幕，該日既統(tǒng)計為霧日，也統(tǒng)計為煙幕日）。

2 鐵嶺地區(qū)主要視程障礙現(xiàn)象的變化特征

2.1 空間分布

2.1.1 霧的分布。從表1、圖1可以看出，2004—2013年霧天最多的是西豐縣，年平均霧天日數(shù)為19 d；其次是昌圖縣，年平均霧天日數(shù)為10.6 d；霧日最少的是鐵嶺縣，年平均霧天日數(shù)為6.4 d。如果按5年為一個時間段，通過對比可以發(fā)現(xiàn)：西豐縣和昌圖縣后5年的霧總?cè)諗?shù)比前5年的霧總?cè)諗?shù)明顯增加，分別從年平均17.0、9.6 d增加到21.0、11.6 d；開原市和鐵嶺縣后5年的霧總?cè)諗?shù)比前5年的霧總?cè)諗?shù)明顯減少，分別從年平均10.6、7.4 d減少到8.6、5.4 d[4-7]。

2.1.2 輕霧的分布。從表1、圖2可以看出，2004—2013年鐵嶺地區(qū)輕霧天最多的是鐵嶺縣，年平均輕霧天日數(shù)為103.5 d；其次是昌圖縣，年平均輕霧天日數(shù)為94.1 d；輕霧日最少的是西豐縣，年平均霧天日數(shù)為47.3 d。如果以5年一個時間段，通過對比前、后5年可以發(fā)現(xiàn)：西豐縣后5年的輕霧總?cè)諗?shù)比前5年的輕霧總?cè)諗?shù)明顯增加，從原來年平均40.4 d增加到54.2 d；開原市后5年的輕霧總?cè)諗?shù)比前5年的輕霧總?cè)諗?shù)略有增長，由年均74.6 d增加到75.4 d；鐵嶺縣和昌圖縣后5年的輕霧總?cè)諗?shù)比前5年的輕霧總?cè)諗?shù)有所減少，分別從年平均107.8、107.2 d減少到99.2、81.0 d[8-10]。

2.1.3 煙幕的分布。從表1、圖3可以看出，2004—2013年鐵嶺地區(qū)煙幕天最多的是昌圖縣，年平均煙幕天日數(shù)為64.2 d；其次是開原市，年平均煙幕天日數(shù)為59.6 d；煙幕日最少的是西豐縣，10年來煙幕天僅出現(xiàn)1 d。如果以5年為一個時間段，對比前、后5年可以發(fā)現(xiàn)：鐵嶺地區(qū)煙幕日數(shù)呈遞減趨勢，昌圖縣后5年的煙幕日數(shù)比前5年的煙幕日數(shù)減少51%，開原市后5年的煙幕日數(shù)比前5年的煙幕日數(shù)減少41.7%，鐵嶺縣后5年的煙幕日數(shù)比前5年的煙幕日數(shù)減少71%。

2.2 長期變化

為清楚地了解近10年來主要視程障礙現(xiàn)象的長期變化趨勢，將昌圖縣、開原市、鐵嶺縣和西豐縣的霧、輕霧、煙幕主要視程障礙現(xiàn)象的逐年分布情況繪制成圖。從圖4、5、6可以看出，鐵嶺地區(qū)近10年間霧和輕霧日數(shù)呈波動狀態(tài)，增減不一，而煙幕的日數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢。

2.3 季節(jié)分布

研究鐵嶺地區(qū)近10年來的霧、輕霧、煙幕日數(shù)的季節(jié)分布，計算4個國家級地面氣象觀測站各月霧、輕霧、煙幕日數(shù)占全年日數(shù)的百分比。遼寧省季節(jié)劃定：3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至翌年2月為冬季。

2.3.1 各月霧日分布。從圖7可以看出，鐵嶺地區(qū)4個國家級地面氣象觀測站的霧日有季節(jié)性變化，霧日主要集中在7月至翌年1月的秋冬季節(jié)，峰值出現(xiàn)在7—11月。造成這樣分布主要是因為地形容易形成輻射霧，以及秋冬季冷暖空氣交匯頻繁，容易形成平流霧。

2.3.2 各月輕霧日分布。從圖8可以看出，鐵嶺地區(qū)4個國家級地面氣象觀測站輕霧日數(shù)的季節(jié)變換不明顯，一年四季均易發(fā)生，但是相對于其他季節(jié)春季出現(xiàn)的頻率較低，峰值一般出現(xiàn)在夏冬季節(jié)。主要原因是輕霧成因復(fù)雜，冷暖交匯、輻射冷卻、降水等情況都可能產(chǎn)生霧。

2.3.3 各月煙幕日分布。從圖9可以看出，鐵嶺地區(qū)4個國家級地面氣象觀測站煙幕的季節(jié)性變化非常明顯。主要出現(xiàn)在10月至翌年3月，峰值一般出現(xiàn)在1月。主要是由于生產(chǎn)生活方式（冬季鐵嶺地區(qū)的生活燃煤鍋爐、整治機燒鍋爐或茶浴爐、農(nóng)村百姓生活使用的爐子和大鍋、工廠和小區(qū)供暖的鍋爐等產(chǎn)生的廢氣）、秸稈燃燒（在作物收獲之后，將秸稈焚燒成灰并埋在地里作肥料）等情況造成。

3 視程障礙現(xiàn)象日數(shù)變化成因分析

3.1 霧日數(shù)變化成因分析

本文重點描述鐵嶺地區(qū)霧日變化的基本情況，對此形成的原因只進(jìn)行初步解釋：

（1）霧日數(shù)的變化與城市化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展聯(lián)系密切，近年來受全球變暖、城市化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的熱島效應(yīng)影響，不利于霧的形成。鐵嶺地區(qū)以鐵嶺縣和西豐縣為例，西豐縣霧日最多，有一部分原因是因為西豐縣地處山區(qū)，臺站周邊的城市化程度不高；鐵嶺縣由于地處城市的中心地帶受城市化、熱島效應(yīng)等影響，霧日明顯少于其他縣（市）。

（2）城市化或城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展加重了大氣污染，促使氣溶膠密度增加。根據(jù)相關(guān)研究報告，氣溶膠的輻射效應(yīng)在夜晚能增加大氣向地面的長波逆輻射，減少地面輻射降溫，從而影響霧的形成。

（3）此外，有利于霧形成的天氣條件出現(xiàn)率、周圍探測環(huán)境情況、地形等都是對霧日數(shù)變化的影響因素。

綜上所述，霧日數(shù)的變化是氣候、環(huán)境和生產(chǎn)生活的綜合影響結(jié)果。

3.2 輕霧日數(shù)變化成因分析

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，可以推論出鐵嶺地區(qū)近10年來輕霧日數(shù)出現(xiàn)小幅波動的原因主要有以下幾點：

（1）城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加重大氣污染、氣溶膠粒子作為凝結(jié)核大量存在、相對濕度可能出現(xiàn)不到100%即達(dá)到飽和、水汽出現(xiàn)凝結(jié)，都能使輕霧生成產(chǎn)生波動。

（2）從季節(jié)、時間分析，部分輕霧主要出現(xiàn)在早晨，7—8月較多，2—5月較少。由于早晨空氣濕度較大，加之近些年空氣污染加重，大氣中的氣溶膠含量大、容易凝結(jié)，形成灰蒙蒙的天氣。這種天氣現(xiàn)象很難與輕霧進(jìn)行區(qū)分，觀測員可能把大量的這種天氣現(xiàn)象誤記為輕霧，或?qū)⑤p霧誤記為煙幕。

（3）天氣形勢、氣候形勢、溫度、濕度、大氣成分、水平有效能見度等諸多條件影響都會造成輕霧日數(shù)的波動。

3.3 煙幕日數(shù)變化成因分析

隨著城市化進(jìn)程的加快、社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人類生活的影響，鐵嶺地區(qū)的煙幕頻率呈減少趨勢，出現(xiàn)此趨勢初步解釋為：

（1）煙幕形成有部分是由于人們的生產(chǎn)生活引起的，冬季人們?nèi)济喝∨那锖蟮拇竺娣e焚燒秸稈，加之工廠煙囪、汽車尾氣的排放及森林火災(zāi)等因素都會引起煙幕天氣。由于城市化進(jìn)程加快和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，致使人們的生活、生產(chǎn)方式發(fā)生改變，由原來的燃煤取暖變成集體供暖、工廠企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級、農(nóng)村種植方式的改變都成為煙幕日數(shù)減少的因素。

（2）從外力上來說，這10年間鐵嶺市委、市政府大力支持環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)，如大力支持城市集中供熱、供氣工程建設(shè)，加快建設(shè)污水處理廠和垃圾處理場，嚴(yán)格控制機動車的尾氣排放和揚塵污染，通過宣傳轉(zhuǎn)變思維觀念，促使更多的出租車司機將出租車天燃?xì)馊剂细脑臁Ｒ虼?，鐵嶺市委、市政府的這些做法對煙幕這種視程障礙天氣現(xiàn)象的減少起到了一定作用。

4 預(yù)防措施

有的視程障礙現(xiàn)象的污染物對人體有一定的危害，例如煙幕這種天氣現(xiàn)象可能產(chǎn)生的污染物有飄塵、氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫、甲醛等。通過對這些潛在危害的認(rèn)識，應(yīng)該采取必要的宣傳手段和行政措施。一是動員廣大農(nóng)民群眾在夏收、秋收之后，把秸稈放在田地中積累農(nóng)家肥，以減少空氣污染。二是加強思想宣傳，倡導(dǎo)綠色出行。通過轉(zhuǎn)變思想理念，提倡多利用地鐵、公交車、自行車等交通方式，通過生活方式的轉(zhuǎn)變改善周邊生態(tài)環(huán)境。三是對現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。立足長遠(yuǎn)，強化治本，轉(zhuǎn)變粗放型經(jīng)濟(jì)增長方式，大力推進(jìn)清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)。在治本上下功夫，長期堅持工業(yè)污染治理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)理念。四是在部分視程障礙出現(xiàn)時，建議人們根據(jù)具體情況減少戶外活動時間，調(diào)整活動規(guī)律和飲食結(jié)構(gòu)，以防止視程障礙現(xiàn)象對人體健康產(chǎn)生巨大危害。

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