1999—2019年南昌市大氣能見度變化特征分析

易雪婷 葉子銘 羅音浩 單九生 王成芳 易艷紅

摘要 利用1999—2019年南昌市國家基本氣象站大氣能見度和地面氣象要素的觀測資料和2016—2019年主要污染物濃度數(shù)據(jù)，分析了南昌市大氣能見度的時(shí)間變化規(guī)律和影響因子。結(jié)果表明：（1）南昌市21年來大氣能見度年平均為10.62 km，年際變化率2.12 km/10年，2017年增速最快；夏季能見度增速最明顯，冬季年際變化不大。能見度日變化明顯，平均在08：00最低，17：00最高。在月、季尺度上，夏季能見度最好，7月大氣能見度最高；冬季最差，1月大氣能見度最低。（2）南昌市大氣能見度1999—2019年的年均值和四季均值都發(fā)生了明顯突變，并且2017年均出現(xiàn)了1次突變，這與政府部門打響“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”，大力開展大氣污染防治工作的開始時(shí)間基本對應(yīng)。

關(guān)鍵詞 大氣能見度；氣象要素；污染物；南昌市

中圖分類號：P457.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）09–0-03

大氣能見度情況會影響交通運(yùn)輸和城市居民生活，在一定程度上反映了城市發(fā)展和生態(tài)治理情況。數(shù)十年來，工業(yè)化和城市化進(jìn)程加速，我國各大城市因人口大量聚集而產(chǎn)生氣溶膠污染和大氣低能見度事件尤為嚴(yán)重[1-6]。江西省是我國生態(tài)大省，非常關(guān)注生態(tài)環(huán)境問題。作為江西省省會，南昌市是長江中游地區(qū)重要的中心城市，也是鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)核心城市。近年來，該市經(jīng)濟(jì)發(fā)展穩(wěn)中有進(jìn)、穩(wěn)中向好，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和城市化進(jìn)程的加速，導(dǎo)致污染物排放量加大。城區(qū)面積和人口的增加，以及機(jī)動車數(shù)量的劇增，導(dǎo)致大氣環(huán)境污染問題日益突出，低大氣低能見度事件出現(xiàn)頻率增加[7-9]。而相較武漢、長沙、合肥等城市而言，南昌市對大氣環(huán)境基礎(chǔ)性的研究，尤其是大氣能見度方面的研究仍然薄弱，亟待開展相關(guān)研究。以南昌市為研究區(qū)域，利用1999—2019年該地區(qū)大氣能見度資料、地面氣象觀測資料，以及2016—2019年主要污染物濃度數(shù)據(jù)，采用多種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析大氣能見度及其主要影響因子的時(shí)間變化規(guī)律。

1 資料與方法

所用氣象資料來源于江西省氣象臺，獲取南昌市國家氣象基本站（115.92°E，28.60°N）1999年1月—2019年12月地面每日逐3 h（02：00～23：00）觀測資料，包括能見度、風(fēng)速、氣溫、氣壓、露點(diǎn)溫度等，其中，露點(diǎn)溫度已被換算為相對濕度。主要污染物資料來自全國城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺，獲取南昌市2016—2019年SO2、NO2、PM2.5和PM10濃度的逐日監(jiān)測數(shù)據(jù)。主要利用線性傾向估計(jì)等統(tǒng)計(jì)方法，分析該地區(qū)大氣能見度的年際變化、日變化、季節(jié)變化和月變化特征，同時(shí)利用M-K方法進(jìn)行突變檢驗(yàn)。

2 大氣能見度及其影響因子變化特征

2.1 日變化分析

計(jì)算1999—2019年南昌站每日逐3 h（03：00～23：00）能見度數(shù)據(jù)的平均值發(fā)現(xiàn)，南昌市大氣能見度日變化明顯，呈現(xiàn)出單峰特征。針對21年平均大氣能見度，08：00能見度達(dá)到最低（8.41 km），此后能見度逐漸升高，14：00～17：00達(dá)到峰頂（17：00能見度最高，為12.69 km），17：00至翌日08：00能見度又逐漸下降。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，相對濕度、氣溫、風(fēng)速、氣壓是影響大氣能見度變化的主要?dú)庀笠蜃印D1是南昌市這4種氣象要素的日變化曲線。由圖1可知，南昌市氣溫與風(fēng)速一般在午后達(dá)到峰頂，日平均最高氣溫為21.54 ℃，日平均最大風(fēng)速為2.26 m/s，日變化特征與圖1中能見度的日變化情況類似，而夜間和凌晨的氣溫與風(fēng)速較低；相對濕度的值在每日05：00達(dá)到最高（81.36%），14：00～17：00位于低谷區(qū)，日變化曲線與能見度基本相反。1999—2019年南昌市氣壓平均每日在1 013.82～1 016.51之間波動，與能見度之間的關(guān)系并不明顯。

2.2 年際及季、月變化分析

利用線性傾向估計(jì)方法，診斷1999—2019年南昌市大氣能見度的年際變化趨勢。研究結(jié)果顯示，1999—2019年南昌市平均能見度為10.62 km，總體呈上升趨勢（2.12 km/10年）。1999—2015年能見度變化趨勢不明顯，2015—2018年后呈上升趨勢，尤其是2017年后能見度上升明顯，2018年大氣能見度年平均高達(dá)17.12 km。

從季節(jié)尺度來看，1999—2019年南昌市夏季（6—8月）能見度最好，平均能見度達(dá)13.88 km，冬季（12月至翌年2月）能見度最低，僅為8.01 km。從月尺度來看（圖2a），7月南昌市的大氣能見度最高（日平均15.37 km），而1月的能見度最低（日平均7.18 km）。夏季能見度最好的因素主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是南昌市夏季氣溫很高，平均風(fēng)速也較大，大氣對流活動相比其他季節(jié)更為頻繁，垂直交換的速度更快，強(qiáng)度也更大，污染物不容易在近地層堆積；二是夏季南昌經(jīng)常出現(xiàn)對流性天氣，這也導(dǎo)致污染物擴(kuò)散增強(qiáng)，污染物濃度下降；三是6月至7月上旬南昌處于主汛期，經(jīng)常出現(xiàn)較強(qiáng)的降水，空氣中的污染物粒子經(jīng)過雨水頻繁的“沖洗”，濃度顯著下降。與夏季相反，南昌市冬季大氣層節(jié)穩(wěn)定，擴(kuò)散條件不好，近地層更容易堆積污染物，同時(shí)降水也較少，污染物不容易被“沖洗”。加上冬季冷空氣南下時(shí)常常帶來北方燃煤供暖產(chǎn)生的大量污染物，多方面因素造成冬季能見度最低。此外，秋冬季南昌市周邊鄉(xiāng)村農(nóng)民會焚燒秸稈堆肥，導(dǎo)致局地經(jīng)常出現(xiàn)霾天氣，這也是造成南昌市秋冬季能見度偏低的原因之一。

圖2b為南昌市1999—2019年氣溫和風(fēng)速的月平均變化曲線圖。可以看出，南昌市夏季氣溫很高，其中，7月平均氣溫最高超過30 ℃（30.11 ℃）；冬季平均氣溫較低，其中，1月氣溫（6.11 ℃）最低。南昌9月的平均風(fēng)速最大，6月的平均風(fēng)速最小，月平均風(fēng)速區(qū)間為1.68～2.01 m/s，整體而言，7—10月南昌市平均風(fēng)速較大，無特別明顯的季節(jié)變化。由圖2a與圖2b對比可以看出，氣溫和平均風(fēng)速的大值區(qū)與能見度的大值區(qū)對應(yīng)得較好。氣壓和相對濕度的月平均變化情況見圖2c。從相對濕度的月變化曲線來看，6月相對濕度呈很明顯的孤峰，達(dá)到79%，這是因?yàn)?月南昌經(jīng)常出現(xiàn)持續(xù)性降雨天氣，而7—8月南昌市天氣轉(zhuǎn)晴，相對濕度開始下降；2—5月南昌市常出現(xiàn)陰雨天氣，相對濕度較大。相對濕度最小值出現(xiàn)在10月（66%），此時(shí)南昌秋高氣爽，比較干燥。對比圖2b與圖2c時(shí)發(fā)現(xiàn)，氣壓和氣溫的變化曲線呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)，氣壓在1月（平均1 026.12 hPa）和12月（平均1 026.25 hPa）都較高，而7月的氣壓最低，平均為1 003.92 hPa，此時(shí)也是南昌最熱的月份。主要污染物濃度同樣有較明顯的季節(jié)性變化規(guī)律：SO2、NO2、PM2.5和PM10整體上冬春季污染更重（NO2、PM2.5和PM10都是冬季污染最重），夏季污染最輕，但是SO2濃度在2019年有所不同，冬季濃度比往年更低，秋季濃度較高。

2.3 突變分析

利用Mann-Kendall檢驗(yàn)方法分析

1999—2019年南昌市大氣能見度年平均和季節(jié)平均的突變特征，圖3為年平均的突變檢驗(yàn)情況。研究發(fā)現(xiàn)，南昌市大氣能見度的年均值和四季均值在1999—2019年都發(fā)生了明顯突變，并且有1個(gè)比較一致的突變時(shí)間（都達(dá)到了顯著性水平），即2017年前后，這與政府部門打響“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”，高度重視大氣污染防治工作的開始時(shí)間基本一致。此外，春季大氣能見度出現(xiàn)了2次突變，第一次出現(xiàn)在2009年，第二次出現(xiàn)在2017年；夏季同樣出現(xiàn)了2次突變，即2000年和2017年；秋季僅出現(xiàn)了1次突變，在2017年。冬季（12月—翌年2月）檢驗(yàn)出3個(gè)突變時(shí)間，第一個(gè)突變時(shí)間在2002年，第2、3個(gè)突變時(shí)間分別在2017年和2018年。

從UF曲線可知，2004—2015年UF值都小于0，說明能見度在該時(shí)間范圍內(nèi)呈下降趨勢，而1999—2003年、2016—2020年這2個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)能見度呈上升趨勢，并且趨勢顯著。春季的情況有所不同，1999—2008年UF值基本小于0，能見度呈下降趨勢，其他時(shí)間區(qū)間內(nèi)UF值則經(jīng)常在正負(fù)之間浮動；夏季能見度變化與年平均相似，2004—2016年能見度呈下降趨勢，且這種趨勢比較顯著；2013—2019年秋季能見度呈上升趨勢，且這種趨勢越來越顯著；冬季UF值的波動變化較大，但總體2009年以后UF值都大于0或趨于0。

3 結(jié)果與討論

采用大氣能見度觀測數(shù)據(jù)、地面氣象要素資料和主要污染物濃度數(shù)據(jù)，分析南昌市1999—2019年大氣能見度的時(shí)間變化特征，得出以下結(jié)論。

（1）南昌市大氣能見度平均日變化明顯，平均在08：00達(dá)到最低（8.41 km），17：00達(dá)到峰頂（12.69 km）。能見度的日變化與相對濕度、氣溫和風(fēng)速的日變化有一定的關(guān)系，如南昌市氣溫與風(fēng)速在午后達(dá)到峰頂而凌晨較低，相對濕度則相反。

（2）南昌市大氣能見度年平均值為10.62 km，年際變化率為2.12 km/10年，最小值出現(xiàn)在2005年（9.20 km），最高值出現(xiàn)在2018年（17.12 km），2017年大氣能見度上升幅度明顯（較2016年上升了1.57 km）。不同季節(jié)的年際變化存在差異，夏季能見度隨年際的增長速度更快（3.13 km/10年），冬季年際變化不強(qiáng)（0.79 km/10年）。

（3）在季節(jié)尺度上，南昌市大氣能見度水平在夏季最好，平均達(dá)13.88 km，冬季最差，僅為8.01 km。在月尺度上，7月南昌市大氣能見度最高（15.37 km），而1月的能見度最低（7.18 km）。氣溫、風(fēng)速、氣壓、相對濕度等氣象要素也存在明顯的年際變化、日變化和月、季變化，SO2、NO2、PM2.5和PM10的年際、季節(jié)變化明顯。

（4）南昌市大氣能見度1999—2019年的年均值和四季均值都發(fā)生了明顯突變，并且在2017年左右均出現(xiàn)過一次突變，這與政府部門打響“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”，高度重視大氣污染防治工作的開始時(shí)間基本對應(yīng)。

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Distributional Characteristics of Visibility and its Affecting Factors in Nanchang from 1999 to 2019

Yi Xue-ting et al（Meteorological Disater Emergency Warning Center of Jiangxi， Nanchang， Jiangxi 330096）

Abstract This paper analyze and study the time change law and influencing factors of atmospheric visibility in Nanchang， using the observation data of atmospheric visibility and ground meteorological elements from the national basic weather station of Nanchang from 1999 to 2019 and the main pollutant concentration data from 2016 to 2019. Results show that： （1）The annual average visibility of Nanchang City was 10.62 km from 1999 to 2019， and the inter-annual change rate was 2.12 km/10 a， with the fastest growth rate in 2017. The growth rate of visibility was the most obvious in summer， and the inter-annual change in winter was not strong. Visibility varies significantly daily， with the lowest average at 08：00 and the highest at 17：00. On the monthly and seasonal scales， the visibility was the best in summer， with the highest in July; the worst in winter， with the lowest in January. （2）The annual average and the four-season average of Nanchang’s atmospheric visibility from 1999 to 2019 have undergone significant abrupt changes， and there has been a sudden abrupt change in 2017. This was also the beginning of the government’s launch of the “Blue Sky Defense” and vigorous efforts to prevent and control air pollution.

Key words Atmospheric visibility; Meteorological elements; Pollutants; Nanchang city