菏泽霾气候特征及影响因素分析

窦坤等

摘 要：利用1981—2013年菏泽市地面气象观测资料，对菏泽市霾日数变化特征及其影响因素进行了分析。结果表明：近33年菏泽霾日数总体呈上升趋势，1980—1990年代霾日数较少，2000年之后明显上升。菏泽年平均霾日数为10.8天。菏泽秋冬季霾天气出现多，春夏季出现少。菏泽霾天气95%以上为轻微霾（大气能见度5～10 km），相对湿度在70%～90%的占8成以上。霾日数变化对气温和风速的变化较为敏感。霾天气发生时，一般风速比较小（1～2 m/s），并以N风最多。正变湿和负变压对霾的生成和维持更加有利。连续无降水日数越长，出现霾的概率就可能越大。

关键词：霾；气候特征；影响因素

中图分类号：P427.1 文献标志码：A 论文编号：2014-0329

Abstract： Based on observation data from 1981 to 2013 in Heze， haze characteristics and its formation mechanism were analyzed. The results show that： the haze showed a generally rising trend over the past 33 years， from 1981 to 2000 haze days was less， but a obvious rising trend after 2000. The average annual haze day was 10.8 days in Heze. Hazes mainly occurred in autumn and winter. When a haze occurred， the visibility mostly from 5 to 10 km， and the relative humidity ranged from 70% to 90%. Haze days change was more sensitive to the change of temperature and wind speed. Haze appears in when the wind speed was quite generally small （1-2 m/s）， the wind direction was north. The enhanced relative humidity and the weak pressure field was more advantageous to the haze formation. If does not rain continuously， the probability of haze was much bigger.

Key words： Haze； Climate Characteristics； Influence Factor

0 引言

霾（灰霾）天气是指大量极细颗粒的干尘粒浮游在空中，使大气水平能见度<10 km的空气普遍混浊的现象[1]。霾天气出现时，不仅使能见度变差，影响海、陆、空交通运输，增加交通事故频次，而且还造成空气质量下降，诱发鼻炎、支气管等多种呼吸道疾病，危害人体健康[2]。近年来，随着社会经济的发展，中国大气污染问题得到广泛关注，对霾现象的研究工作也逐渐增多[3-11]。江崟等[12]分析了2003年深圳市霾气候特征及影响因素，指出影响灰霾出现的气象因素有地面天气形势，地面风向和风速，24 h变压和最大连续不降水日数。吴兑[13]对雾和霾的区别作了深入探讨，认为将相对湿度阈值定位90%作为区分轻雾和霾的辅助判据是合理的。菏泽地处黄河下游鲁西南平原地区，进入21世纪以来，霾天气有增多现象，对交通安全不利，也给人体健康带来危害，因此研究菏泽霾日变化特征有重要意义。

1 资料和方法

本研究所用资料为1981—2013年菏泽地面气象观测资料，主要包括能见度、相对湿度、天气现象、气温、降水、风向风速等。对霾的统计除了使用天气现象观测资料，结合吴兑[13]提出的霾辅助判据，将当日平均能见度<10 km、且平均相对湿度<90%，并排除降水、沙尘等天气现象的视程障碍情况，为1个出现大气霾的日子。季节划分按3—5月为春季、6—8月为夏季、9—11月为秋季，12—翌年2月为冬季。

2 霾的气候统计特征

2.1 年际变化和年代际变化

图1为近33年菏泽历年霾日数的变化曲线。统计分析表明，1981—2013年菏泽年霾日数的平均值为10.8天，2013年最多为33天。总体来看，菏泽近33年来霾日数呈上升趋势，气候倾向率为3.5天/10a，较山东省霾日数气候倾向率13.8天/10a[4]明显偏低。以10年为一个阶段划分（表1），菏泽霾日数1980年代平均日数为8.3天，1990年代为稍有减少阶段，年平均日数只有7.1天，2000年代为明显上升阶段，年平均日数为13.9天，是1990年代的近2倍，2010年之后年平均日数达到21天。

2.2 季节变化和月变化

图2给出了1981—2013年菏泽各月平均霾日分布。由图2可见，菏泽月平均霾日数曲线大致呈“V”型，10月至翌年2月是菏泽霾天气的高发期，其中12月霾日数最多，平均2.61天；其次是1月，平均2.21天；4月和7月最少，均为0.18天。菏泽霾日数呈明显的季节变化，冬季霾日数最多，占全年的55.2%，其次是秋季，占全年的27.3%，春季最少，只占全年的8.2%，表现出秋冬季霾天气出现多，春夏季少的分布特征。这可能由于秋冬季大气层结比较稳定，空气干燥，降水少，污染物不易扩散或稀释，有利于霾天气的形成。春季风速较大，有利于大气污染物的扩散；夏季雨水充沛，对污染物起冲刷作用，不利于霾天气的形成。

3 霾日的相对湿度与能见度特征

中国气象局行业标准《霾的观测和预报等级》（QX/T 113—2010）[14]，将霾预报等级划分为4级，大气能见度<2 km时为重度霾，能见度在2～3 km时为中度霾，能见度在3～5 km时为轻度霾，能见度在5～10 km时为轻微霾。由菏泽1981—2013年霾天气发生时相对湿度分布（图3）可见，霾天气发生时相对湿度在80%～90%的占65.5%，相对湿度在70～80%的占22.5%，相对湿度在60%～70%的占7.3%，相对湿度在60%以下的不足5%。由此可见，霾天气发生时，相对湿度在70%～90%的占8成以上。由菏泽1981—2013年霾日能见度分布（图4）可见，重度霾和严重霾共占总霾日的0.84%，轻度霾占3.93%，95%以上为轻微霾，即发生霾天气时日平均能见度在5～10 km。由此可见，菏泽发生重度和中度霾的频率非常低，轻度霾也很少，还是以轻微霾为主。

4 气候背景条件对霾天气的影响

表2给出了菏泽1981—2013年的霾日数、气温、降水量和风速的气候趋势系数、气候倾向率以及霾日数同上述要素的相关系数。可以看出，霾的气候趋势系数达到0.56，平均每10年增加3.5天。风速略有下降，与霾日数的相关系数为-0.326，通过了0.1的显著性检验，说明了风速大、水平输送强的时候，不易出现霾天气；风速减小，水平扩散能力下降，是霾生成和维持的有利因素。风速与霾日数的相关性呈弱显著，说明两者的反相关并不是特别明显，所以也并不是风速越小越有利于霾的生成和维持。气温呈增暖趋势，增温率为0.45℃/10a，同霾的相关系数为0.387，通过了0.05显著性检验。气温高可能是冷空气活动少或势力弱，不利于大气中污染物的扩散，导致霾生成的因素增大。另外，气温升高也是气候变化的一个反应，与人类活动有关，因此，气温对霾的影响也体现了人类活动对霾的影响。降水呈弱增加趋势，反应降水对大气的净化能力在减小。由上文分析可知，霾天气主要发生在非汛期，而非汛期降水较少，或者在此分析两者的相关性尚缺乏实际意义。

由此可知，菏泽霾日数的变化与气温和风速的变化较为敏感。近年来，气温升高、风速减弱等致使形成霾天气的有利因素在增加。

5 霾天气的影响因素分析

根据江崟等[12]关于霾气候特征及影响因素方面的分析，本研究选取菏泽2003—2013年的气象资料，分析地面风、气压、相对湿度和降水对霾的影响。

5.1 地面风

对菏泽2003—2013年霾日14时地面风速分析发现，菏泽出现霾时风速一般比较小，以1～2 m/s最多，占49.2%；2～3 m/s为次多，占31.0%；风速≤1 m/s的占17.2%，风速>4 m/s的占2.3%。由此可见，菏泽风速较大时有利于污染物的扩散，但也不是风速越小越有利于霾的生成。对2003—2013年出现霾时的14：00地面风向出现频率进行统计，结果表明：菏泽任意风向都可能出现霾，但出现霾时以N风最多，占17%；其次是NNW风，占13%。出现霾时以ENE风和C风的概率最小，分别为1%和2%。

5.2 气压

对菏泽2003—2013年霾日14：00地面24 h变压分析发现，菏泽霾天气的发生与24 h变压有关，霾天气出现当日24 h变压为负值的最多，占56.3%；变压值较小时，出现霾的概率最小。由此可见，气压场的减弱更有利于霾的形成。

5.3 相对湿度

对菏泽2003—2013年霾日14时相对湿度分析发现，菏泽霾天气的发生与相对湿度变化有关，霾天气出现当日24 h变湿为正值的最多，占57.5%；相对湿度变化较小时，出现霾的概率最小。由此可见，相对湿度的增强更有利于霾的形成。这主要是由于空气湿度变大时，一般都是对应气压降低，风速变小，不利于污染物的稀释和扩散[15]。

5.4 最长连续无降水日数

对菏泽2003—2013年月最长连续无降水日数分析发现，菏泽3—9月无降水日数为低值区，平均为13.1天，除了6月因为麦收后当地农民焚烧秸秆的影响霾日较多外，其余6个月霾天气都出现较少，月均仅4.5天。8月最长连续无降水日数最少，为7.2天，其次是7月9.2天，7月和8月的霾日数是最少的，11年中月均值均为3天。10、11、12、1、2月月均最长连续无降水日数达到28.9天，1月为38.7天，达到一年当中的最大值，这与1月霾日数为次大值（仅少于12月）相一致。由此可见，降水有净化空气质量、优化大气能见度的作用，如果长时间不降雨，出现霾的概率就可能增大。

6 结论

近33年菏泽霾日数总体呈上升趋势，1980—1990年代霾日数较少，2000年之后明显上升。菏泽一年四季均可出现霾，年平均霾日数为10.8天。月平均霾日数的季节变化，表现出秋冬季多，春夏季少的特征。

菏泽霾天气95%以上为轻微霾（大气能见度5～10 km），相对湿度在70%～90%的占8成以上。霾日数变化对气温和风速的变化较为敏感。

菏泽霾天气发生时，一般风速比较小（1～2 m/s），并以N风最多。霾天气发生时与相对湿度、气压场的变化有关，正变湿和负变压对霾的生成和维持更加有利。降水有净化空气质量、优化大气能见度的作用，连续无降水日数越长，出现霾的概率就可能越大。

参考文献

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