2004—2013年铁岭地区视程障碍现象时空分布特征

孟凡一+高嵩+张明哲+崔一鸣+辛得

摘要 利用铁岭地区4个国家级气象观测站2004—2013年的历史地面观测资料，分析了铁岭地区视程障碍现象时空分布特征及其与地面气象要素的关系。结果表明：这10年间，铁岭地区雾日最多的是西丰县，年平均雾日数为19 d；轻雾日最多的是铁岭县，年平均轻雾日数为103.5 d；烟幕日最多的是昌图县，年平均轻雾日数为64.2 d；铁岭地区近10年来雾和轻雾日数呈波动状态，而烟幕日数各地均呈现减幅为40%以上的减少趋势。雾日数和烟幕日数有明显的季节性变化，雾主要出现在7月至翌年1月的秋冬季节，烟幕主要出现在10月至翌年3月的秋冬季节，轻雾日数夏季相较于其他季节偏多。

关键词 视程障碍；时空分布特征；辽宁铁岭；2004—2013年

中图分类号 P427.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）06-0206-04

视程障碍即视程障碍天气现象，是指空气中因存在水汽凝结物、干质悬浮物等而变得混浊，并造成能见度下降的一类天气现象，包括雾、轻雾、雪暴、吹雪、沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕、霾。视程障碍天气现象以影响能见度程度、颜色、天气条件、出现时间和成因等几个条件进行区别。

本文利用铁岭地区4个国家级地面气象观测站2004—2013年的常规地面气象观测资料，分析雾、烟幕等天气的年际、季节、月、空间分布规律及其原因。本文之所以選用这10年区间段作为分析资料：一是雾、霾、烟幕等视程障碍现象在近几年才逐渐受到重视，而且对人们生产、生活的影响越来越大。二是2004年全国地面气象业务改革，启用自动气象观测系统对温度、湿度、气压、降水、风向、风速等进行自动观测，天气现象的判断需要其他气象要素的辅助。2004—2013年的资料中，辅助判断天气现象的气象要素均实现了分钟连续观测，而2004年之前的辅助判断气象要素都仅在定时观测时才有，基本上1 d只有3个或8个时次，天气现象的判断可能存在漏记或者错记。因此，2004—2013年的天气现象记载准确性较高。三是2004年之后随着地面气象观测自动化程度的提高和雾霾现象越来越受到重视，中国气象局多次修改视程障碍现象的判别标准，使之越来越趋近气象要素指标量化判别，同以前的人工视程障碍天气现象判别有本质的区别。因此，使用2004—2013年的常规地面气象观测资料分析雾、烟幕等视程障碍现象更接近实际情况。

1 资料与方法

1.1 资料来源

采用2004—2013年铁岭地区铁岭县、昌图县、西丰县、开原市4个国家级地面气象观测站的地面历史气象观测资料。地面气象观测资料中国家级基准气候站和国家级基本气象站每天8个时次地面气象观测资料（2：00、5：00、8：00、11：00、14：00、17：00、20：00、23：00），国家级一般气象站每天3个时次地面气象观测资料（8：00、14：00、20：00），相关地面历史观测资料都是经过台站、市局、省局、国家局的四级严格审查审核。地面气象观测资料的内容为：空气温度、湿度、水汽压、露点温度、水平有效能见度、风向风速、天气现象等。对于自动采集的数据自动站质量控制软件采用日极值与定时值比较检查、要素相关性检查、项目逻辑性检查、项目之间的差值检查、气候极值比较检查等相关质量控制手段对数据的准确性进行把关[1-3]。

1.2 资料处理方法

由于选用的历史地面观测资料只有8个或者3个时次有水平有效能见度数据，并且相关能见度数据均为人工观测数据而非能见度自动观测仪数据，所以无法按照相关视程障碍现象标准对出现时间进行准确订正。因此，统计各站的雾日数、烟幕日数、轻雾日数时，一天中只要出现雾、烟幕或轻雾现象，即记为1个雾、烟幕或者轻雾日，若1 d中出现2种或以上的天气现象，则重复统计（如某日观测记录中有雾和烟幕，该日既统计为雾日，也统计为烟幕日）。

2 铁岭地区主要视程障碍现象的变化特征

2.1 空间分布

2.1.1 雾的分布。从表1、图1可以看出，2004—2013年雾天最多的是西丰县，年平均雾天日数为19 d；其次是昌图县，年平均雾天日数为10.6 d；雾日最少的是铁岭县，年平均雾天日数为6.4 d。如果按5年为一个时间段，通过对比可以发现：西丰县和昌图县后5年的雾总日数比前5年的雾总日数明显增加，分别从年平均17.0、9.6 d增加到21.0、11.6 d；开原市和铁岭县后5年的雾总日数比前5年的雾总日数明显减少，分别从年平均10.6、7.4 d减少到8.6、5.4 d[4-7]。

2.1.2 轻雾的分布。从表1、图2可以看出，2004—2013年铁岭地区轻雾天最多的是铁岭县，年平均轻雾天日数为103.5 d；其次是昌图县，年平均轻雾天日数为94.1 d；轻雾日最少的是西丰县，年平均雾天日数为47.3 d。如果以5年一个时间段，通过对比前、后5年可以发现：西丰县后5年的轻雾总日数比前5年的轻雾总日数明显增加，从原来年平均40.4 d增加到54.2 d；开原市后5年的轻雾总日数比前5年的轻雾总日数略有增长，由年均74.6 d增加到75.4 d；铁岭县和昌图县后5年的轻雾总日数比前5年的轻雾总日数有所减少，分别从年平均107.8、107.2 d减少到99.2、81.0 d[8-10]。

2.1.3 烟幕的分布。从表1、图3可以看出，2004—2013年铁岭地区烟幕天最多的是昌图县，年平均烟幕天日数为64.2 d；其次是开原市，年平均烟幕天日数为59.6 d；烟幕日最少的是西丰县，10年来烟幕天仅出现1 d。如果以5年为一个时间段，对比前、后5年可以发现：铁岭地区烟幕日数呈递减趋势，昌图县后5年的烟幕日数比前5年的烟幕日数减少51%，开原市后5年的烟幕日数比前5年的烟幕日数减少41.7%，铁岭县后5年的烟幕日数比前5年的烟幕日数减少71%。

2.2 长期变化

为清楚地了解近10年来主要视程障碍现象的长期变化趋势，将昌图县、开原市、铁岭县和西丰县的雾、轻雾、烟幕主要视程障碍现象的逐年分布情况绘制成图。从图4、5、6可以看出，铁岭地区近10年间雾和轻雾日数呈波动状态，增减不一，而烟幕的日数呈现减少趋势。

2.3 季节分布

研究铁岭地区近10年来的雾、轻雾、烟幕日数的季节分布，计算4个国家级地面气象观测站各月雾、轻雾、烟幕日数占全年日数的百分比。辽宁省季节划定：3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月至翌年2月为冬季。

2.3.1 各月雾日分布。从图7可以看出，铁岭地区4个国家级地面气象观测站的雾日有季节性变化，雾日主要集中在7月至翌年1月的秋冬季节，峰值出现在7—11月。造成这样分布主要是因为地形容易形成辐射雾，以及秋冬季冷暖空气交汇频繁，容易形成平流雾。

2.3.2 各月轻雾日分布。从图8可以看出，铁岭地区4个国家级地面气象观测站轻雾日数的季节变换不明显，一年四季均易发生，但是相对于其他季节春季出现的频率较低，峰值一般出现在夏冬季节。主要原因是轻雾成因复杂，冷暖交汇、辐射冷却、降水等情况都可能产生雾。

2.3.3 各月烟幕日分布。从图9可以看出，铁岭地区4个国家级地面气象观测站烟幕的季节性变化非常明显。主要出现在10月至翌年3月，峰值一般出现在1月。主要是由于生产生活方式（冬季铁岭地区的生活燃煤锅炉、整治机烧锅炉或茶浴炉、农村百姓生活使用的炉子和大锅、工厂和小区供暖的锅炉等产生的废气）、秸秆燃烧（在作物收获之后，将秸秆焚烧成灰并埋在地里作肥料）等情況造成。

3 视程障碍现象日数变化成因分析

3.1 雾日数变化成因分析

本文重点描述铁岭地区雾日变化的基本情况，对此形成的原因只进行初步解释：

（1）雾日数的变化与城市化、经济发展联系密切，近年来受全球变暖、城市化和经济发展带来的热岛效应影响，不利于雾的形成。铁岭地区以铁岭县和西丰县为例，西丰县雾日最多，有一部分原因是因为西丰县地处山区，台站周边的城市化程度不高；铁岭县由于地处城市的中心地带受城市化、热岛效应等影响，雾日明显少于其他县（市）。

（2）城市化或城镇经济的飞速发展加重了大气污染，促使气溶胶密度增加。根据相关研究报告，气溶胶的辐射效应在夜晚能增加大气向地面的长波逆辐射，减少地面辐射降温，从而影响雾的形成。

（3）此外，有利于雾形成的天气条件出现率、周围探测环境情况、地形等都是对雾日数变化的影响因素。

综上所述，雾日数的变化是气候、环境和生产生活的综合影响结果。

3.2 轻雾日数变化成因分析

根据统计结果，可以推论出铁岭地区近10年来轻雾日数出现小幅波动的原因主要有以下几点：

（1）城市经济的发展加重大气污染、气溶胶粒子作为凝结核大量存在、相对湿度可能出现不到100%即达到饱和、水汽出现凝结，都能使轻雾生成产生波动。

（2）从季节、时间分析，部分轻雾主要出现在早晨，7—8月较多，2—5月较少。由于早晨空气湿度较大，加之近些年空气污染加重，大气中的气溶胶含量大、容易凝结，形成灰蒙蒙的天气。这种天气现象很难与轻雾进行区分，观测员可能把大量的这种天气现象误记为轻雾，或将轻雾误记为烟幕。

（3）天气形势、气候形势、温度、湿度、大气成分、水平有效能见度等诸多条件影响都会造成轻雾日数的波动。

3.3 烟幕日数变化成因分析

随着城市化进程的加快、社会经济的发展、人类生活的影响，铁岭地区的烟幕频率呈减少趋势，出现此趋势初步解释为：

（1）烟幕形成有部分是由于人们的生产生活引起的，冬季人们燃煤取暖，夏秋后的大面积焚烧秸秆，加之工厂烟囱、汽车尾气的排放及森林火灾等因素都会引起烟幕天气。由于城市化进程加快和经济的快速发展，致使人们的生活、生产方式发生改变，由原来的燃煤取暖变成集体供暖、工厂企业的转型升级、农村种植方式的改变都成为烟幕日数减少的因素。

（2）从外力上来说，这10年间铁岭市委、市政府大力支持环保基础设施建设，如大力支持城市集中供热、供气工程建设，加快建设污水处理厂和垃圾处理场，严格控制机动车的尾气排放和扬尘污染，通过宣传转变思维观念，促使更多的出租车司机将出租车天燃气燃料改造。因此，铁岭市委、市政府的这些做法对烟幕这种视程障碍天气现象的减少起到了一定作用。

4 预防措施

有的视程障碍现象的污染物对人体有一定的危害，例如烟幕这种天气现象可能产生的污染物有飘尘、氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫、甲醛等。通过对这些潜在危害的认识，应该采取必要的宣传手段和行政措施。一是动员广大农民群众在夏收、秋收之后，把秸秆放在田地中积累农家肥，以减少空气污染。二是加强思想宣传，倡导绿色出行。通过转变思想理念，提倡多利用地铁、公交车、自行车等交通方式，通过生活方式的转变改善周边生态环境。三是对现有产业结构进行优化调整。立足长远，强化治本，转变粗放型经济增长方式，大力推进清洁生产和循环经济。在治本上下功夫，长期坚持工业污染治理和生态环境保护理念。四是在部分视程障碍出现时，建议人们根据具体情况减少户外活动时间，调整活动规律和饮食结构，以防止视程障碍现象对人体健康产生巨大危害。

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