绍兴地区灰霾天气历史变化特征及成因分析

王力　张春艳

摘 要：利用绍兴地区各台站建站以来观测资料，对绍兴地区灰霾天气的历史变化进行分析。结果表明，绍兴地区逐年平均灰霾日数总体呈上升趋势，特别是2011-2012年，灰霾日数占历年总数的35.2%。灰霾日数12月最多，8月最少；灰霾天气中，风速≤3.0m/s时，出现概率最大，为67.0%；当风向为NNE时，出现概率最大，为16.0%，SE时，出现概率最低，仅为1.6%。年日照时数与灰霾天数呈弱的负相关。5个县中绍兴和诸暨灰霾日较其它县市偏多，可能与其工业化程度强有关。除城市工业化发展等因素外，灰霾的观测判别标准的变化是其中一个重要原因，如按照目前灰霾的判别标准，重新统计历年可能出现的天数，2000年后年平均灰霾天数比70年代增幅仅为41%，远远低于实际增幅704%。早期判别标准不统一、阈值偏低造成灰霾天数记录偏少。

关键词：灰霾；历年变化特征；成因；绍兴地区

中图分类号 S16 文献标识码 B 文章编号 1007-7731（2013）06-100-04

灰霾是大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10km的空气普遍浑浊现象，使远处光亮物微带黄、红色，黑暗物微带蓝色[1]。核心物质为灰尘颗粒，即气溶胶颗粒，一天中任何时候均可出现。除了气象条件，工业生产、机动车尾气排放、冬季取暖烧煤等导致大气中颗粒物（包括粗颗粒物PM10和PM2.5）浓度增加是灰霾产生的重要因素[2]。

绍兴地区处于浙西山地丘陵、浙东丘陵山地和浙北平原三大地貌单元的交接地带，地貌比较复杂。地处亚热带季风气候区，季风显著，四季分明，气候温和，湿润多雨。近10a由于经济规模迅速扩大和城市化进程加快，大气气溶胶污染日趋严重，由气溶胶污染造成的能见度恶化事件越来越多，引起科学界、政府部门和社会公众的广泛关注，而成为热门话题[3]。郑宏翔、王业宏、靳利梅[4-6]等也对不同地区的灰霾特征进行了分析，指出最近10a灰霾天数逐年增加，与地面风、日照等有相应关系，并对交通和人体健康带来很大危害。因此，分析绍兴地区历年霾日变化具有十分重要的意义。笔者利用绍兴地区嵊州、绍兴、诸暨、上虞、新昌5个气象观测站建站以来至2012年的地面气象观测资料，从时间和成因上分析了绍兴地区灰霾日数的变化特征。

1 资料选取和方法

本研究所用的资料已经过国家数据质量修订。采用嵊州1953-2012年、绍兴1961-2012年、诸暨1971-2012年、上虞1971-2012年、新昌1972-2012年历史资料，同时段分析中，各台站统一采用1972-2012年资料。从时间上分析绍兴地区灰霾的年际变化、月际变化，并分析风和日照等气象要素的影响。按照最新灰霾标准，将相对湿度的阈值定为90%，作为区分轻雾（雾）与霾的辅助判据，对历史资料进行回算，重新统计历年灰霾出现日数，分析年际变化。

2 绍兴地区灰霾天气变化特征

2.1 灰霾年际变化 对1972-2012年嵊州、绍兴、诸暨、上虞、新昌历年灰霾日数统计，由图1（a）可见绍兴地区灰霾天气的年际变化分3个阶段：1972-2002年，地区历年平均总霾日数均低于11d，平均每年5.4d；2003-2010年每年在20d以上，平均29d，2010年达到51d，增加迅速；2011-2012年年均120.4d，比上一阶段增幅315%。图1（b）为各台站建站以来灰霾年际变化曲线图，2002年以前，除嵊州、诸暨外，绍兴、上虞、新昌年灰霾总数均低于10d。诸暨最大19d（2001年），嵊州1953-1954年天数较多，分别为56d、65d，其余年份在2～29d内波动。2002年后有所增加，尤其是绍兴、诸暨，增幅最大，新昌最少。

2.2 灰霾月际变化 图2为1972-2012年历年各月灰霾总日数统计图。由图2（a）中可见，灰霾日数随季节变化较为明显，冬季12月份最多，平均122.4d，次多月为1月份，90d。夏季8月份最少，平均21.6d，次少月7月份，平均22.6d。10月至次年1月的总天数占到全年的62%。呈冬季多、夏季少、秋季多余春季的变化特征。可能跟秋冬季节混合层厚度低、大气层结稳定、风速偏小、空气干燥，大气颗粒物难以扩散稀释有关，而春夏季节的充沛降水不利于灰霾的形成。图2（b）为同时段各台站灰霾月际分布情况，上虞、新昌月际变化较小，嵊州最大。

2.3 灰霾天气地面风的变化特征 灰霾现象一天中任何时候均可出现，有利的天气条件为气团稳定、较干燥，此条件与上述秋冬季节出现频率较高的结果一致。从观测记录看，中午前后出现灰霾的概率最高，以14时为例，分析各台站建站以来出现灰霾时地面风向风速的特征，结果如表1。由表1可知，出现灰霾时，风速≤3.0m/s占各台站灰霾总日数的65%以上，风向NNE、N时，出现概率最高，风向为SE、SSE时，概率较小。各台站的变化特征大致相同，这与绍兴地区冬半年盛行偏北风、下半年盛行偏南风有关，也正好与灰霾的月际变化情况一致。

2.4 日照时数年际变化 日照时数表示一个地方接受太阳光照射的实有时数，是太阳辐射最直接的表现，受云、雾、空气污染物等多种因素影响。分析1972-2012年绍兴地区各台站年平均日照时数发现，过去的41a里，70年代年平均日照时数为1 914.8h，80年代为1 826.1h，90年代为1 722.6h，2000年以后为1 792.9h，总体上呈缓慢下降趋势，但近10a反而有所增加。年平均日照时数最少的20a里，1990年前的年份只出现5个。由图4看，日照时数的年际变化与灰霾天气的变化情况有一定关系，但并不表现出明显的相关性，尤其是1990年后，与灰霾天数的快速增长相比，日照时数的变化并不成负相关。这种情况表明，单纯就灰霾对日照时数的影响较小，应该从浮尘、扬沙、轻雾、雾等视程障碍现象及总云量的变化来分析年日照时数的相关性。

3 灰霾变化成因分析

3.1 城市、工业化发展的影响 城市化进程的突飞猛进、城市面积和人口的不断增加、交通和生产活动产生的大量污染物，对灰霾的影响最大。城市建设的迅速发展增大了地面摩擦系数，使风流经城区时明显减弱。低风速现象增多，不利于大气污染物向城区外围扩展稀释，导致积累高浓度污染。其次，城市热岛效应使得垂直方向形成逆温现象。污染物不能逐渐循环排放到大气中，导致污染物的低空滞留。第三，工业的发展、机动车辆的增多，污染物的排放直接导致了悬浮颗粒的增加，造成能见度的降低，当逆温、静风时形成灰霾。这在各台站灰霾的年际变化中尤为明显，绍兴、诸暨等城市建设比较迅速的地方，近10a灰霾的增长最为明显，2011-2012年总日数分别为467d、419d。新昌虽然总日数最少，但与2010年前比较，增幅也是十分明显，2010年前年霾日均低于10d，2011年达到14d，2012年激增到47d。上虞高于嵊州，这种变化特征也与所属台站的城市发展情况相一致。

3.2 判别标准不一致的影响 在全国气象系统的台站观测中，区分霾与轻雾的判据比较混乱，缺乏可比性，东南沿海各省不成文规定的用相对湿度区分的标准普遍偏低，将大量霾记成了轻雾。实际上近地层大气中每时每刻总是有霾存在的，历史上我国各级气象部门从来不存在以相对湿度70%界定轻雾与霾的补充规定。因此，由于理解的问题，将大量霾记成了轻雾[7]。吴兑曾撰文，将相对湿度的阈值定为90%，作为区分轻雾（雾）与霾的辅助判据是合理的[7]。在绍兴地区各台站灰霾记录标准的调查中，也无统一标准。参照《地面气象观测规范》中灰霾定义标准，又缺乏明确的记录依据。在没有大气成分参考下，仅仅依据观测员对相对湿度、天气状况的分析，常常存在个体差异。从记录标准看，相对湿度的取值范围相当宽，从55%～85%都有，特别是大雾结束，相对湿度维持在60%～80%，能见度<10.0km时，对灰霾与轻雾的区分十分模糊，形成记录霾的阈值普遍偏低。

2010年《霾的观测和预报等级》（国家气象行业标准QX/T113-2010）对霾观测的判识条件规定如下：“能见度小于10.0km，排除降水、沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕、吹雪、雪暴等天气现象造成的视程障碍。相对湿度小于80%，判识为霾；相对湿度80%～95%时，按照地面气象观测规范规定的描述或大气成分指标进一步判识”。2010年9月1日浙江省气象局发文执行（浙气测函〔2010〕37号），该文件的执行对2011-2012年各台站灰霾现象的激增起到关键性作用。2013年1月，中国气象局综合观测司在气测函〔2013〕17号《观测司关于霾天气现象观测补充规定的函》中再次补充强调，可将相对湿度参照标准提高到90%。图5为各台站2011-2012年总霾日占各自台站总霾日的比率图，增加最明显的是绍兴、新昌，2a总量分别达到了历年总量的45.9%、43%，说明在过去的记录中，灰霾记录标准过低是一个重要原因。嵊州站比率最小，占总数的16.9%，前后记录判别标准改变不大，具有较好的连续性。

4 结论

（1）绍兴地区的灰霾天气年际、月际变化非常明显。年际变化分1972-2002年、2003-2010年、2011-2012年3个阶段。尤其是第三阶段，地区总天数占历年总和35.2%，呈剧烈上升趋势。灰霾的季节差异变化显著，呈冬季最多、夏季最少、秋季高于春季的特点。从各台站分析，绍兴、诸暨年际变化增幅最大，新昌最少。嵊州月际变化最大，上虞、新昌较小。

（2）出现灰霾时，14时风速≤3.0m/s占各台站灰霾总日数的65%以上，风向NNE、N时，出现概率最高，风向为SE、SSE时，概率较小。各台站的变化特征大致相同。当一个地区风速较小、盛行偏北风时，相同条件下更易形成灰霾。

（3）灰霾天气对日照时数有一定的影响，但并不表现明显的负相关。年日照时数的变化应结合降水、浮尘、扬沙、轻雾、雾、总云量等综合分析。

（4）城市工业化发展、人类活动产生的大量污染物是形成灰霾天气的主要原因，城市发展迅速的地方灰霾天数增长最快。轻雾反映自然的年际与年代际气候波动，而霾反映人类活动引起的趋势性变化。

（5）在过去的时间里，灰霾判别标准不确定，各个台站依据相对湿度取值的范围也比较大，容易造成将大量的灰霾天气记录为轻雾。2010年9月《霾的观测和预报等级》的发布对霾的记录重要影响，导致2011-2012年霾日的剧增。将1972-2012年各台站历年记录按照新的标准对天气现象（霾和轻雾）重新判断，总体仍呈现上升趋势，但2000年后平均天数比70年代涨幅仅为41%，远远低于实际观测的704%。前期灰霾标准不确定、记录阈值不统一是最主要原因，造成历史上灰霾日数偏少。但在历史资料的重新统计过程中，仅考虑能见度与相对湿度的影响，判断结果未考虑降水对能见度的影响，且忽略相对湿度80%～90%时轻雾的可能，造成理论霾日的增加，对该统计结果造成一定的影响。

参考文献

[1]中国气象局.地面气象观测规范[M].第一版.北京：北京气象出版社，2003：23-24.

[2]高歌.1961-2005年中国霾日气候特征及变化分析[J].地理学报，2008（7）：761-768.

[3]吴兑.近十年中国灰霾天气研究综述[J].环境科学学报，2012，32（2）：257-269.

[4]郑宏翔，巩志宇.南昌灰霾天气的气候特征分析[J].江西能源，2008（1）：47-50.

[5]王业宏，盛春岩，杨晓霞，等.山东省霾日时空变化特征及其与气候要素的关系[J].气候变化研究进展，2009（1）：24-28.

[6]靳利梅，史军.上海雾和霾日数的气候特征及变化规律[J].高原气象，2008（S1）：26-31.

[7]吴兑.再论相对湿度对区别都市霾与雾（轻雾）的意义[J].广东气象，2006（1）：26-30. （责编：徐世红）