阜康地區(qū)霧霾天氣變化特征及成因分析

阜康市氣象局 馬玉英

阜康市位于烏魯木齊市東北部約60公里，地處天山東段北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣，南依天山、北面沙漠，地勢南高北低，受氣候及地形影響，阜康市常年以偏西風(fēng)和東北風(fēng)居多。掌握阜康地區(qū)天氣變化規(guī)律，提高民眾對霧霾天氣的認(rèn)識，為城市環(huán)境及空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)服務(wù)提供理論參考依據(jù)。

一、資料選取及處理方法

（一）資料選取

通過對阜康市環(huán)境監(jiān)測站提供的2012-2014年的SO2、NO2、PM10污染物濃度監(jiān)測資料分析，得出阜康地區(qū)霧的特征和相關(guān)氣象要素之間的關(guān)系。大霧天氣的穩(wěn)定性與冬季逆溫層有直接關(guān)系，污染物濃度增加是阜康霧產(chǎn)生的重要因子。

（二）處理方法

結(jié)合氣象監(jiān)測結(jié)果，對各種氣象因子之間的關(guān)系進(jìn)行科學(xué)分析，保留相關(guān)性較好的氣象因子和污染物因子作為預(yù)報(bào)因子。張慧嵐[3]等將庫爾勒市污染物濃度資料分別與同期氣象資料按高污染期、低污染期時(shí)段進(jìn)行逐步回歸分析，得出污染物濃度預(yù)測方程。本文借鑒他們的一些研究方法開展阜康市空氣質(zhì)量等級預(yù)報(bào)研究。

二、阜康霧特征分析

（一）霧日的年代際變化特征

通過對阜康站1971—2015年的地面觀測資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì),阜康霧的年總?cè)諗?shù)變化波動(dòng)很大，45年共出現(xiàn)霧日1024天，年平均22.8天。阜康霧日數(shù)增幅呈明顯上升趨勢，20世紀(jì)70年代霧日133天，20世紀(jì)80年代突增到249天，直至20世紀(jì)前十年高達(dá)285天。

（二）霧的季、月變化特征

阜康霧主要發(fā)生在冬季，約占霧日總數(shù)的74%，秋季、春季比例相差不大。2月、11月占34.9%，春季5月45年間未出現(xiàn)過霧，秋季9月45年間只有在1990年出現(xiàn)過一次霧。

（三）相關(guān)氣象要素分析

大霧天氣的相關(guān)氣象因子最突出的有大氣溫度、風(fēng)速大小以及相對濕度等。對這些相關(guān)因子進(jìn)行分析，有助于提高對阜康霧的預(yù)測能力。

1.風(fēng)速

通過對阜康站2003年到2007年期間的風(fēng)力速度相關(guān)氣象資料進(jìn)行科學(xué)分析得出結(jié)論：霧氣象的形成過程中，風(fēng)起到了明顯的促進(jìn)作用。

2.氣溫

阜康在1—30℃都可以出現(xiàn)霧，但集中于-6—20℃的區(qū)間，占71.6%，其中-12—18℃是霧形成的最佳溫度，霧發(fā)生的概率高達(dá)38.5%。過高或過低的溫度都不易形成霧，霧的溫度區(qū)間頻率變化曲線也反映出霧的季節(jié)變化，暖季少、冷季多。

霧生成前一天的日平均氣溫平均值是-6.8℃。霧發(fā)生當(dāng)天氣溫是-7.5℃。從季節(jié)上看，霧發(fā)生前和發(fā)生時(shí)，冬季日平均氣溫前日與當(dāng)日平均值的差為0.7℃，春秋為1.3℃、1.5℃。說明冬季溫度偏高、春秋季溫度偏低，更有利于霧的形成。

3.相對濕度

阜康地區(qū)的霧最容易出現(xiàn)時(shí)的相對濕度為78—92%，概率為84%。霧生成前一天與霧日相對濕度的平均值的差值各年代差別不明顯，霧生成日前一天平均相對濕度平均值為79%，霧日當(dāng)天為87%，霧中相對濕度比霧前高8%。霧前一天平均相對濕度的平均值春、秋、冬三季依次為73%、70%、83%，霧中依次為87%、82%、90%，其平均值之差依次為14%、12%和7%，說明春秋季霧有明顯的增濕過程。

三、阜康霧的成因分析

（一）近地層逆溫統(tǒng)計(jì)分析

對阜康地區(qū)2000年1月至2006年4月的逆溫日統(tǒng)計(jì)分析得出，該地區(qū)全年都會出現(xiàn)逆溫層，這種現(xiàn)象說明該地區(qū)逆溫層發(fā)生頻率非常高，每年發(fā)生逆溫層的頻率大約為82%。按照這個(gè)頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可以得出平均每年出現(xiàn)逆溫層的天數(shù)大約有291天，并且通過分析還可以知道早晨發(fā)生逆溫層的頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于晚上。每一年的10月至次年3月是發(fā)生逆溫層較多的時(shí)間段，經(jīng)過觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以知道，該時(shí)間段平均每個(gè)月發(fā)生逆溫層的頻率可以達(dá)到約92%。并且還發(fā)現(xiàn)這個(gè)時(shí)間段發(fā)生的逆溫層現(xiàn)象多集中在11月至次年2月，發(fā)生頻率在96%左右。其中逆溫層發(fā)生在1月份的頻率最高，可以達(dá)到97%。

通過統(tǒng)計(jì)分類，10月至次年3月逆溫日數(shù)都在26d以上,以1月和12月最多,分別為30.4d和29.2d，4月逆溫日數(shù)相對較少,為20.1d。分析結(jié)果清楚表明,冬季11月至次年2月是逆溫的多發(fā)期,低空逆溫層結(jié)是形成霧的重要因素之一。

（二）阜康霧與近地層逆溫的對應(yīng)關(guān)系

（1）對2000年至2006年10月至次年3月中220天的有霧氣象進(jìn)行了相關(guān)逆溫層的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，其中有五天沒有出現(xiàn)逆溫層，逆溫層出現(xiàn)天數(shù)高達(dá)98%。這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)明顯說明有霧天氣與逆溫層的出現(xiàn)有著非常直接且密切的關(guān)聯(lián)性。

（2）有霧天氣情況下逆溫層厚度的變化規(guī)律為：逆溫層最厚的時(shí)候出現(xiàn)在有霧天氣的12月至次年2月這個(gè)時(shí)間段，大約710米至752米之間，且出現(xiàn)逐漸向兩端遞減的情況。逆溫層最薄的時(shí)候出現(xiàn)在10月，此時(shí)的逆溫層厚度大約只有365米。

（3）有霧的天氣情況下溫差的變化規(guī)劃為：每個(gè)月有霧的天氣情況下，其逆溫差會和大霧天氣的月日數(shù)呈現(xiàn)出正比例關(guān)系，12月至次年2月逆溫差最大，大約8.0～9.5℃,其中1月表現(xiàn)為最大,大約為9.5℃;11月和3月溫差為6.7℃和6.5℃;10月逆溫差表現(xiàn)為最小,僅為3.2℃。

（三）各污染物的年、月變化

2012-2014年，阜康SO2、NO2、PM10濃度曲線具有明顯的季節(jié)性，冬季污染濃度明顯高于夏季，SO2、NO2、PM10三條曲線總體走向較接近，PM10為主要污染物，PM10濃度＞SO2濃度＞NO2濃度。SO2與PM10曲線可近似為雙峰雙谷“W”形，而NO2曲線近似為一峰一谷“U”形，PM10的濃度總體明顯高于SO2、NO2。其中，SO2的峰值出現(xiàn)在1月，濃度值為0.053mg/m3，最低值出現(xiàn)在4月，濃度值為0.011mg/m3；NO2的峰值出現(xiàn)在12月，濃度值為0.067mg/m3，最低值6月出現(xiàn)，濃度值為0.026mg/m3；PM10峰值出現(xiàn)在1月，最低值6月出現(xiàn)。污染物的變化曲線與霧的變化吻合較好。

四、結(jié)論

（1）阜康霧日呈增加趨勢,主要出現(xiàn)在冬季。1971-2015年共出現(xiàn)霧1024天，年平均分別為22.8天。20世紀(jì)80年代阜康霧的日數(shù)、霧前霧中平均氣溫均出現(xiàn)突增。阜康冬季霧約占霧日總數(shù)的74%。秋季、春季比例相差不大，2月、11月占34.9%，5月未出現(xiàn)過霧；9月只有在1990年出現(xiàn)過一次霧。

（2）阜康地區(qū)有霧天氣風(fēng)的速度通常在0—4m/s間的占95.2%，其中表現(xiàn)為靜風(fēng)的天氣情況大約占9.7%，風(fēng)速大于4m/s的天氣情況大約占4.8%，最大風(fēng)速可以達(dá)到6m/s。當(dāng)出現(xiàn)偏西風(fēng)或者偏南風(fēng)情況的時(shí)候，有霧天氣出現(xiàn)概率最大。霧生成前一天的日平均氣溫平均值是-6.8℃。霧發(fā)生當(dāng)天為-7.5℃，霧生成日前一天平均相對濕度平均值為79%，霧日當(dāng)天為89%，霧中相對濕度比霧前高10%。冬季溫度偏高、春秋季溫度偏低更有利于霧的形成，且春秋季霧有明顯的增濕過程。

（3）冬季逆溫層是大霧天氣發(fā)生的重要因子,逆溫日數(shù)的月變化和霧日的月變化基本一致。逆溫年發(fā)生頻率為82%。一年中，冬半年(10月—次年3月)平均月發(fā)生頻率為92%,其中以11—2月為逆溫高發(fā)期，逆溫發(fā)生頻率為95%～97%,對應(yīng)霧日也最多。夏半年(4月—9月)逆溫發(fā)生頻率較低,平均月發(fā)生頻率為68%,其中7月最低。

（4）在每年的10月至次年的3月，有霧天氣的天數(shù)和逆溫層的高低之間呈現(xiàn)反比例關(guān)系，同時(shí)和有霧天氣逆溫層的厚度數(shù)值、溫差數(shù)值之間呈現(xiàn)正比例關(guān)系。同一個(gè)月份當(dāng)中，如果溫差較大，逆溫呈現(xiàn)低高情況時(shí)候，有霧的概率最大。有霧的天氣中逆溫層的低高情況主要集中在2月和1月。其中10月份出現(xiàn)最高，12月份次之，并且都比沒有霧的天氣情況逆溫的低高要低；有霧的天氣情況逆溫層的厚度和出現(xiàn)溫差的月份分布情況是統(tǒng)一的，就是12月至次年2月出現(xiàn)最大值，10月份的時(shí)候就會出現(xiàn)最小值。

（5）SO2、NO2、PM10濃度值具有明顯的季節(jié)性，冬季污染濃度明顯高于夏季，PM10為主要污染物，PM10濃度＞SO2濃度＞NO2濃度。SO2通常情況下在1月份出現(xiàn)最高值，在4月份出現(xiàn)最低值；NO2通常情況下在12份出現(xiàn)濃度最高值，在6月份出現(xiàn)濃度最低值；PM10通常情況下在1月份出現(xiàn)濃度最高值，在6月份出現(xiàn)濃度最低值，這些實(shí)際情況與霧日分布的一般規(guī)律是保持一致的。

相關(guān)鏈接

霧霾，是霧和霾的組合詞。霧霾常見于城市。中國不少地區(qū)將霧并入霾一起作為災(zāi)害性天氣現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)，統(tǒng)稱為“霧霾天氣”。霧霾是特定氣候條件與人類活動(dòng)相互作用的結(jié)果。高密度人口的經(jīng)濟(jì)及社會活動(dòng)必然會排放大量細(xì)顆粒物（PM 2.5），一旦排放超過大氣循環(huán)能力和承載度，細(xì)顆粒物濃度將持續(xù)積聚，此時(shí)如果受靜穩(wěn)天氣等影響，極易出現(xiàn)大范圍的霧霾。2013年，“霧霾”成為年度關(guān)鍵詞。這一年的1月，4次霧霾過程籠罩30個(gè)?。▍^(qū)、市），在北京，僅有5天不是霧霾天。有報(bào)告顯示，中國最大的500個(gè)城市中，只有不到1%的城市達(dá)到世界衛(wèi)生組織推薦的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，與此同時(shí)，世界上污染最嚴(yán)重的10個(gè)城市有7個(gè)在中國。2014年1月4日，國家減災(zāi)辦、民政部首次將危害健康的霧霾天氣納入2013年自然災(zāi)情進(jìn)行通報(bào)。2014年2月，習(xí)近平在北京考察時(shí)指出：應(yīng)對霧霾污染、改善空氣質(zhì)量的首要任務(wù)是控制PM2.5，要從壓減燃煤、嚴(yán)格控車、調(diào)整產(chǎn)業(yè)、強(qiáng)化管理、聯(lián)防聯(lián)控、依法治理等方面采取重大舉措，聚焦重點(diǎn)領(lǐng)域，嚴(yán)格指標(biāo)考核，加強(qiáng)環(huán)境執(zhí)法監(jiān)管，認(rèn)真進(jìn)行責(zé)任追究。2016年12月，入冬來最持久霧霾天氣來臨，多個(gè)城市已達(dá)嚴(yán)重污染，預(yù)計(jì)還將維持4天，直到21日后半夜才會自北向南減弱消散。19日夜間將進(jìn)入此輪霧霾最嚴(yán)重的時(shí)段，將影響包括京津冀、山西、陜西、河南等11個(gè)省市在內(nèi)的地區(qū)。