济宁雾日和霾日时空分布对比分析及变化规律初探

李芳++赵京峰+王晓默++张熙++宋佳

析和多项式拟合的方法对济宁地区雾和霾的时空分布特征及演变规律进行研究。结果表明，济宁11个市县雾日的逐月变化可分成单峰-单谷型、不规则波动型、U型和双峰-双谷型；11个市县霾日的月变化可以分成3峰-3谷型和3峰-2谷型；6月发生雾天气最少，但霾天气却是多发月份；济宁地区的雾日空间分布呈西北多东南少的特点，即洼地多、丘陵少、平原居中；济宁地区的霾日空间分布呈北多南少、山区多平原少的特点，且四季的空间分布基本一致，说明霾的发生也和地形有很大关系；济宁地区雾和霾在1～12月均有发生，其中秋冬季雾日最多（占72%）、夏季最少（占13%）；霾日在夏季和秋冬季分布比较均匀，春季最少（占19%）；近10年济宁地区霾日的变化规律呈波状上升；雾的月际变化呈U形分布。

关键词：雾；霾；时空分布；变化规律

中图分类号：P426.4；X513 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）24-6432-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.24.027

雾、霾天气使能见度降低、交通事故频发并诱发呼吸道等疾病，严重影响人们的生活质量[1]。目前，中国已成为世界上大气污染比较严重的国家之一，雾、霾天气日趋严重。

国外学者较早开始了大气能见度和雾、霾天气的研究工作，在区域性霾对气候的影响、辐射雾的形成与城市气候等方面，都作了较为系统深入的研究[2]。近年来，随着经济快速发展，工业化、城市化加快，空氣污染加剧，中国霾污染问题日趋严重，引起了广泛关注，研究也在不断深入。国内学者陆续开展了一些全国性和区域性的雾、霾气候特征研究[3-6]，主要对中国四大霾区的气候特征、霾的影响因素进行分析，得出不同地区霾的一些基本特征，但对同一个地区雾和霾的对比分析研究较少。

济宁市位于鲁西南腹地，是鲁西南的代表城市，2014年中国重点城市空气污染指数排行榜中，济宁位于第46位，污染情况位于鲁西南首位。从中华人民共和国环境保护部数据中心查询到的2014年济宁空气质量指数（AQI）显示：空气质量级别为优或良的时间为121 d，空气质量级别为轻度或中度污染的时间为213 d，空气质量级别为严重或重度污染的时间为29 d。

1 资料及处理方法

1.1 资料来源

利用2005-2014年济宁市1个国家基本气象站和10个国家一般气象站的观测资料，对济宁地区雾和霾日时空分布特征进行研究。

1.2 资料处理

采用类似吴兑[3]对雾和霾的资料处理方法，选取2005-2014年济宁市的逐日观测资料，对8∶00、14∶00和20∶00共3个观测时次的能见度、相对湿度进行判断，定义当3个时次中至少有一个时次满足能见度<10 km且相对湿度<90%时，记为一个霾日；能见度<10 km且相对湿度≥90%，记为一个雾日。但当该日有降水、吹雪、雪暴、扬沙、沙尘暴、浮尘、烟幕等其他能导致能见度低的天气现象时，该日剔除。

2 济宁地区2005-2014年雾日数时空分布特征

2.1 济宁地区2005-2014年雾日数的时间分布

比较济宁地区11个大监站10年雾日的逐月变化，其变化规律可以分成4类。

1）单峰-单谷型：此类型测站包括济宁、曲阜和嘉祥，11月达到峰值，夏季雾日最少，12月雾日比11月有明显减少。

2）不规则波动型：此类型测站包括兖州、泗水和鱼台，这一类型的特点是随时间变化没有统一的规律，各站的时间波动曲线呈多峰变化特征，基本上从9月开始雾日明显增多。

3）U型：此类型测站包括微山、邹城和金乡，这一类型的特点是夏季雾日少，年初和年末雾日数基本持平。

4）双峰-双谷型：此类型测站包括梁山和汶上，这一类型的特点是呈双峰、双谷型，在6月达到最小值，在9月或10月再出现低谷值，本类型中7～8月值较高，这与其他测站不同。

通过以上分析得出，济宁11个大监站在1-2月、11-12月都是雾日的多发时段，6月最少，主要原因在于济宁地区秋冬季低层大气出现逆温的天数增多、辐射逆温强度增加，利于雾日的发生。

2.2 济宁地区2005-2014年雾日数的空间分布

以春（3～5月）、夏（6～8月）、秋（9～11月）和冬（12～2月）季节划分（下同）来分析济宁雾日的空间分布特征。

济宁地区春季雾的发生较少，呈西多东少的趋势，在35.5°N～36.0°N和116.0°E～116.8°E之间是高值区（梁山、汶上和兖州），东部（邹城、微山和泗水）最少。

济宁地区夏季雾的发生在四季中最少，呈西北多东南少的趋势，在35.5°N～36.0°N和116.5°E～117.0°E之间是高值区（汶上和兖州），其余的8个站较少，东南部最少（邹城、微山和鱼台）。

济宁地区秋季雾的发生明显增多，同夏季类似，呈西北多东南少的趋势，但低值区的控制范围相比夏季明显缩小很多，除了济宁东南部的邹城和微山少一些之外，其余站点雾日都明显增多，其中在35.5°N～36.0°N和116.0°E～117.0°E之间是高值区（梁山、汶上和兖州）。

济宁地区冬季雾的发生在四季中最多，同春季类似呈西多东少的趋势，但高值区控制范围比春季明显增大，且高低值差异显著，在34.8°N～36.8°N和115.8°E～118.0°E之间都是高值区（梁山、汶上、兖州、金乡和嘉祥），中部的济宁、鱼台、曲阜和微山雾日少一些，东北部最少（邹城和泗水）。

通过以上分析得出，济宁地区的雾日总体呈西北多东南少的分布，邹城、微山和泗水雾日较少，兖州、汶上和梁山雾日较多，即洼地多、丘陵少、平原居中，这说明同样的天气条件下，地形对雾的发生有一定影响。洼地地形矮，气温较低，下面的冷气团与四周的暖气团相结合，冷却凝结升华易形成雾气；邹城市以东及西南部为低山丘陵区，微山县东面是邹滕丘陵，西临苏北平原，泗水辖区内也是多丘陵，温度较高，不利于形成雾。

3 济宁地区2005-2014年霾日数时空分布特征

3.1 济宁地区2005-2014年霾日数的时间分布

11个地面观测站2005-2014年霾日的逐月变化规律可以分成以下两类（图1）：

1）3峰-3谷型（图1a）：此类型测站包括济宁、兖州、梁山和鱼台，特点是霾日分别在5、8和11月为低值区，在2、6和10月为高值区，12月霾日比11月有明显上升趋势。

2）3峰-2谷型（图1b）：此类型测站包括邹城、汶上、金乡、微山、曲阜、嘉祥和泗水，特点是在5和8月左右为低值区，在2、6和10月左右为高值区。

通过以上分析得出，济宁地区霾日高值区在11个观测站比较一致，为2、6和10～12月。济宁地区的霾不仅出现在秋季和冬季，夏季也是高发时段。

将雾日和霾日的时间分布特征对比发现：虽然容易发生雾和霾的气象条件差不多，但是6月雾日是全年最低值，霾却是最高值，这说明气象条件是霾发生的诱因，污染物排放才是霾天气的主要因素，6月济宁地区处于暖气团控制，大气比较稳定，又是夏收秸秆焚烧集中时段，污染物得不到及时扩散，造成霾日数上升。

3.2 济宁地区2005-2014年霾日数的空间分布

由济宁地区11个站点10年霾日数的空间分布分析得出，济宁地区春季霾的发生较少，呈北多南少的趋势，在35.5°N～36.0°N和116.0°E～116.8°E之间是高值区（梁山、汶上和兖州），霾日最少的是西南部（金乡、鱼台和微山）。

济宁地区夏季霾日的高低值差異在四季中最小，但霾日在四季中却最多，呈北多南少的趋势，在35.5°N～36.0°N和116.0°E～116.8°E之间是高值区（汶上和梁山），其余测站霾日比较均匀。

济宁地区秋季霾的发生较多，基本呈北多南少的趋势，西南部最小（金乡和鱼台），其中在35.5°N～36.0°N和116.0°E～117.0°E之间是高值区（梁山、汶上和兖州），最东部的泗水霾日明显增多。

济宁地区冬季霾同秋季空间分布特征类似，高低值差异显著，35.5°N～36.0°N和116.0°E～116.8°E之间是高值区（梁山、汶上、兖州），西南部霾日最少（鱼台和金乡）。

通过以上分析得出，全市霾日空间分布呈现北多南少、山区多平原少的特点；春夏秋冬季节的空间分布基本一致，说明霾的发生也和地形有很大关系；霾的多发区基本维持在济宁的北部和东部，西南地区在春夏秋冬各个季节都相对较少。

4 雾和霾的年代际和月际分布规律

由于雾、霾天气局地性特征比较明显，因此，本研究以济宁站气象观测资料为例，以多项式拟合方法讨论雾、霾天气的年代际和月际变化规律。R2是趋势线拟合程度的指标，等于1或接近1时，其可靠性最高，反之则可靠性较低。

4.1 雾和霾日的年代际变化规律

综合分析雾和霾日数年代际变化曲线（图2）表明，近10年雾的年代际变化特征不明显，多项式拟合R2为0.416 98，拟合程度不好，雾的年代际基本是一个波动趋势；近10年霾整体呈波状迅速上升，整体为“减-增-减-增”趋势，趋势线采用多项式拟合，R2达到0.860 06，说明拟合程度很好。

4.2 雾和霾的月际变化规律

综合分析雾和霾日数月际变化曲线（图3）表明，近10年雾的月际变化特征明显，多项式拟合R2为0.791，拟合程度较好，雾的月际变化基本呈U形分布；近10年霾的月际分布规律不明显，趋势线采用多项式拟合，R2值不到0.1，可靠性很低，多振荡性波动。

5 结论

1）济宁地区雾日的逐月变化规律可以分成4类：单峰-单谷型（济宁、曲阜和嘉祥）、不规则波动型（兖州、泗水和鱼台）、U型（微山、邹城和金乡）、双峰-双谷型（梁山和汶上）。不论哪种类型的雾日时间分布，在1～2、11～12月都是雾日的多发时段，6月则最少。

2）济宁地区霾日的逐月变化规律可以分成两类：3峰-3谷型（济宁、兖州、梁山和鱼台）、3峰-2谷型（邹城、汶上、曲阜、金乡、微山、嘉祥和泗水）。6月雾日是全年最低值，霾却是最高值，这说明人类污染物排放才是霾多发的主要原因。

3）济宁地区的雾日总体呈西北多、东南少的分布，邹城、微山和泗水雾日较少，兖州、汶上和梁山雾日较多，即洼地多、丘陵少、平原居中。这在实际预报工作中，对各个测站的低温预报有指导意义。

4）济宁地区霾空间分布呈现北多南少、山区多平原少的特点；春夏秋冬季节的空间分布基本一致，说明霾的发生也和地形有很大关系；霾的多发区基本维持在济宁的北部和东部，西南地区在春夏秋冬各个季节都相对较少。

5）济宁地区全年雾和霾均有发生，雾日在秋冬季节多（占72%），夏季最少（占13%）；霾日在秋冬季和夏季分布比较均匀，春季最少（占19%）。

6）霾的年代际变化规律明显，雾的月际变化规律明显。霾的年代际趋势方程为y=0.935x2-4.940x+5.65，R2=0.860，说明近10年霾日呈波状迅速上升，整体为“减-增-减-增”趋势；雾的月际趋势方程为y=0.447x2-5.546x+20，R2=0.791，说明雾日的月际变化基本呈U形分布，年初和年末较多，夏天最少。

参考文献：

[1] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.

[2] MALM W C. Characteristics and origins of haze in the continental United States[J].Earth-Science Reviews，1992，33（1）：1-36.

[3] 吴 兑.再论都市霾与雾的区别[J].气象，2006，32（4）：9-15.

[4] 胡亚旦，周自江.中国霾天气的气候特征分析[J].气象，2009， 35（7）：73-77.

[5] 魏文秀.河北省霾时空分布特征分析[J].气象，2010，36（3）：77-82.

[6] 牛红亚，邵龙义，刘君霞，等.北京灰霾天气PM10中微量元素的分布特征[J].中国环境监测，2011，27（1）：72-77.