三种观测标准的霾日与空气污染日对比分析

秦云苗郭立平张卫中单 琨乐章燕闫利霞

（1．河北省廊坊市气象局，河北 廊坊 065000；2．河北省霸州市气象局，河北 霸州 065700）

三种观测标准的霾日与空气污染日对比分析

秦云苗1，郭立平1，张卫中1，单 琨1，乐章燕1，闫利霞2

（1．河北省廊坊市气象局，河北 廊坊 065000；2．河北省霸州市气象局，河北 霸州 065700）

目前气象观测业务和空气污染分析中存在对霾日统计的分歧，甚至出现空气污染日无霾的现象，对霾观测标准的科学划分，显得非常重要和紧迫。利用2013—2015年廊坊市气象观测站能见度、相对湿度、霾人工观测资料和廊坊市环保局AQI、PM2.5浓度等气象环保资料，对目前观测业务和空气污染分析中常用的三种霾观测、统计方法进行了对比分析。分析发现：目前廊坊气象观测站所依据的记录霾天气现象的标准，与实际大气污染相趋甚远，不能反映实际的空气污染状况，建议国家及省级相关部门及早根据实际情况，更新霾观测标准，更好地为当前大气污染的防治工作提供客观依据。

霾观测标准；空气污染日；对比分析

0 引言

地面气象观测规范［1］规定：大量极细微的干尘粒均匀浮游空中，使水平能见度小于10.0km，空气普遍混浊的现象，使远处光亮物微带黄色、红色，使黑暗物微带蓝色。这是目前气象台站记录霾天气现象的主要依据。吴兑等［2－6］深入研究了我国改革开放以来，由于经济规模的迅速扩大和城市化进程的加快，城市群区域和大城市内大气气溶胶污染日趋严重。吴兑等［7］研究发现我国东部经济发达的京津冀、长江三角洲与珠江三角洲地区，由细粒子气溶胶造成的能见度恶化事件越来越多，原来少见的天气现象“霾”成为一种常见现象，原来在各类词典上霾是一种非水成物造成视程障碍的自然现象，近年来由于人类活动大气气溶胶细粒子污染日趋严重，使得霾现象主要由人类活动造成。吴兑等［8］研究还发现北京及华北地区霾日季节分布突出的特点是，除采暖季霾日较多外，在盛夏季节霾日也明显偏多，出现在6～9月，尤其是盛夏季节的7～8月，与所谓的桑拿天同期出现，这与全国大部分城市的变化趋势完全不同，可能与盛夏季节华北平原特殊的边界层结构，造成在高湿度背景下气溶胶的吸湿增长使得消光明显增加导致能见度明显恶化有关。目前针对霾的观测和统计比较混乱，存在多种方法和标准，出现了某日明显为污染日，气象观测记录却无霾的矛盾现象，这就给预报、公众服务及科学治理大气污染带来了不利影响。本文利用目前常见的三种霾观测方法统计2013—2015年廊坊市霾日，与同期空气污染日进行对比分析，从而得到各种观测方法对空气污染日数的不同程度的指示意义，为今后廊坊市霾和空气污染的观测、预报预警、公众服务提供依据和参考。

1 资料来源和分析标准

文中能见度、相对湿度等气象资料为廊坊市气象观测站2013—2015年的自动站资料，同期的AQI、PM2.5浓度等环境资料来源于廊坊市环保局。

霾日统计的三种标准：标准1：廊坊市气象观测站目前霾的观测标准，即水平能见度 ＜10.0km，相对湿度 ＜65%，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，记为1个霾日；标准2：当任一时次水平有效能见度 ＜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 ＜80%，判识为霾；标准3：根据 QX／T113－2010《霾的观测和预报等级》中关于霾的判识条件，即水平能见度＜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＜80%，判别为霾，相对湿度在80% ～95%之间，且 PM2.5 ＞75 ug．m －3时，判别为霾。

2 结果与分析

2.1 三种霾统计标准获取的霾日数对比分析

从表1可以看出，三种不同标准统计出的霾日数存在明显的差距，与标准1统计出的霾日总数244d相比，标准2为413d，增加了169 d，标准3为550d，增加了306d。分析资料可知，增幅最明显的月份是7月和8月，与标准1相比，标准2均增加了39 d，标准3分别增加49 d和51 d，全年只有3月份变化最小，三种标准依次为38 d、39 d、40 d。

从图1的季节分布图可以看出，各个季节总趋势也是递增的，尤以夏季增多最为明显，其次是秋季和冬季，春季变化最小。标准1秋冬季霾日数明显多于春秋季。标准2和标准3则是夏季最多，春季最少，而秋冬分布比较均衡。这主要是因为按照标准1记录成轻雾的天气，由于标准2相对湿度提升至80%及标准3加入了“相对湿度80% ～95%，同时水平有效能见度小于 10.0km，同时满足 PM2.5＞ 75”这些条件，由轻雾记成了霾日，而夏季廊坊市相对湿度较其他季节大，符合这一条件的霾日数比其他季节要多。而春季比较干燥，标准2、3的日数相对最少，所以霾日的增幅也最少。从图1的冬季变化趋势还可以看出，标准2与标准1相比，霾日的增多并不明显，只增多了12天，而标准3与标准1相比，却增多了59天，标准2与标准3的区别主要在于 PM2.5数据的加入，由此可以看出，霾日数的大幅增加，与人类活动所排放的大量气溶胶密切相关。吴兑等［9］指出了气象条件是霾出现的外因，大气污染物的源排放为内因。大气污染物源排放占标率越高，霾天气出现的频率越高。

表1 3种标准统计2013—2015年廊坊市霾日总数Tab．1 The total of haze days for three standard in Langfang city from 2013 to 2015

图1 3种标准2013—2015年廊坊市霾日季节分布图Fig．1 Distribution of season of haze days for three standard in Langfang city from 2013 to 2015

为避免02、08、14、20时任一时次相对湿度可能带来的空气湿度条件的不确定性，利用相对湿度的24小时平均值（日平均值），按照上述三个标准再进行统计分析，并与任一时次湿度进行了对比，结果如图2。可以看出两种方法所得的霾日分布趋势相同，均为霾日总数依次增多。图3为平均湿度法统计的三种标准的霾日季节分布情况，可以看出，用平均相对湿度方法统计出的霾日与任一时次统计的结果相差不大，霾日的分布趋势相同。

图2 日平均湿度与任一时次湿度统计的3种标准2013—2015年廊坊市霾日分布对比图Fig．2 Comparison of daily mean humidity and moisture as a time statistics of three kinds of standard haze days distribution of contrast figure in Langfang city from 2013 to 2015

图3 日平均湿度法3种标准2013—2015年廊坊市霾日季节分布图Fig．3 Seasonal distribution of three kinds of standard haze days in Langfang city from 2013 to 2015 by daily mean humidity method

2.2 三种标准获取的霾日数与空气污染日数对比分析

图4为2013—2015年三种观测标准逐月霾日与3级、4级、5级逐月空气污染日数的对比图。从图中可以看出，3级污染日数的月分布趋势与标准3获取的霾日分布吻合得比较好，4级污染日数与标准2的霾日分布接近，而5级污染日数分布则更接近标准1的霾日分布。

从3年的总日数来看，标准1记录的霾日总数244d与5级以上空气污染日数194d最为接近，此标准大致能体现空气污染5级及以上的大气污染情况，而轻中度的空气污染日则是被记为轻雾或大雾。2013年廊坊市3级及以上空气污染日数236天，比相应时段气象观测站霾日记录90 d多146 d，2014—2015年也同样存在霾日记录（69d、85d）偏少、空气污染日数（轻度污染及以上2014年185 d、2015年201 d）偏多的不匹配现象，特别是2013年1月廊坊市3级及以上空气污染日数28d，5级重度空气污染及以上日数20d，而气象观测站的霾观测标准得到2013年1月霾日数为0 d，经分析发现，在28d 3级及以上污染日中，轻雾的日数占了23d，大雾3d，烟1d，无视程障碍现象1d。显然此种标准观测得到的霾日远远没能体现出空气污染的程度，霾日与空气污染日存在较严重的不匹配现象，其余月存在同样问题，应引起高度重视。

标准2霾日总数413d与4级及以上污染日数319d（3 年分别为 122 d、102 d、95 d）最为接近。分析发现，冬季此标准霾日比4级及以上污染日数少20 d，二者匹配较好；而夏季则比3级及以上污染日少21 d，明显比其他季节匹配好，而春、夏两季及9月份霾日均多于4级及以上污染日，尤其以夏季的7、8月份相差最多，霾日比污染日分别多了32 d和30 d，这主要是由于夏季廊坊市相对湿度比较大，提升了的标准使原来记为轻雾的日子改为了霾日。总体看比第一种标准对空气污染的程度的反应明显变好。

标准3霾日总数550 d，与同期3级及以上空气污染日数622 d相比，最为接近，共少了72 d，三年依次少39 d、10 d、23 d。其中5月相差最多，霾日比3级及以上污染日少了28 d，而11月仅少2 d。进一步分析2013—2015年的资料发现，3级及以上污染日与第三标准霾日三年中出现差异的日数为290 d，这里所说的差异包括：有污染而无霾记录、有霾而无污染记录，其中有污染而无霾的记录共181 d，有霾而无污染记录共109 d。在181 d有污染而无霾的记录中，经查地面气象资料A文件天气现象，轻雾为57 d，大雾6 d，扬沙2 d，无任何视程障碍现象106 d，霾9 d（此处的霾为以第一标准记录的写入A文件中的霾），轻雾与霾共存1 d。出现上述差异的主要原因：一是2013—2015年台站仅有三次定时时次的能见度资料，不能完全反应24小时的能见度变化，二是能见度属于人工观测项目，带有较大的主观性（以上两点随着2016年廊坊市所有气象台站能见度观测的自动化已得到解决），另外环保资料与观测资料取自不同观测地点也会造成一些差异。

进一步分析标准3的7、8月份的霾日能见度资料，发现在110 d霾日中，轻度霾日占了84 d，而重度的霾只有26 d，相应的，在7、8月份所有3级以上污染日98 d中，轻度污染为72 d，中度为25 d，重度为1 d，二者有比较紧密的相关性。夏季霾日的急剧增多，主要以轻度霾为主，可见在地面气象观测业务中，用标准3记录霾日，能比较准确反映空气污染状况，以此标准预报空气的污染状况，切实可行。

图4 2013—2015年三种标准的逐月霾日与3级、4级、5级空气污染日数的对比Fig．4 The comparative analysis between monthly distribution of the three kinds of standard haze days and 3、4、5 levels of air pollution days from 2013 to 2015

3 结论

通过上述分析可以得到以下结论，供今后的观测业务和空气污染预报预警业务中参考。

（1）廊坊市气象观测站目前的霾观测标准得到的霾日244 d，与5级及以上重度、严重空气污染的日数有较好的一致性，不能反映空气的轻度及中度污染状况。

（2）以标准2获取的霾日总数上升至413d，与4级及以上污染日最为接近，冬季二者匹配最好，这一标准对霾与雾的区分更为准确。

（3）以标准3统计出廊坊市霾日数550 d，较前两种标准的霾日进一步增加，并且霾日的季节分布从冬季霾日数最多变为夏季霾日最多，这一标准能整体反映3级及以上空气污染的状况。

（4）根据上述研究结果可以看出，目前廊坊气象观测站所依据的记录霾天气现象的标准，与实际大气污染相趋甚远，不能反映实际的空气污染状况，建议国家及省级相关部门及早根据实际情况，更新霾观测标准，以便更好地为当前大气污染的防治工作提供客观依据。

［1］ 中国气象局．地面气象观测规范［M］．北京：气象出版社，2003：153 －159．

［ 2 ］ Wu Dui， Tie Xuexi， Li Chengcai， et al． An extremely lowvisibility event over the Guangzhou region： A case study ［J］．Atmospheric Environment，2005，39（35）：6568 －6577．

［ 3 ］ Wu Dui， Mao J T， Deng X J， et al．Black carbon aerosols and theirradiative properties in the Pearl River Delta region ［J］．Sci．China（Series D），2009，52（8）：1152 －1163．

［4］ 吴兑，毕雪岩，邓雪娇，等．珠江三角洲大气灰霾导致能见度下降问题研究［J］．气象学报，2006，64（4）：510 －517．

［5］ 吴兑，毕雪岩，邓雪娇，等．珠江三角洲气溶胶云造成严重灰霾天气［J］．自然灾害学报，2006，15（6）：77 －83．

［6］ 吴兑，邓雪娇，毕雪岩，等．细粒子污染形成灰霾天气导致广州地区能见度下降［J］．热带气象学报，2007，23（1）：1 －6．

［7］ 吴兑，陈慧忠，吴蒙，等．三种霾日统计方法的比较分析［J］．中国环境科学，2014，34（3）：545 －554．

［8］ 吴兑，廖碧婷，吴蒙，等．环首都圈霾和雾的长期变化特征与典型个例的近地层输送条件［J］．环境科学报，2014，34（1）：1 －11．

［9］ 吴兑，毕雪岩，邓雪娇，等．珠江三角洲气溶胶云造成的严重灰霾天气［J］．自然灾害学报，2006，15（6）：77 －83．

Contrast Analysis Between the Haze Days under Three Observation Standards and the Days of Air Pollution

Qin Yunmiao1， Guo Liping1， Zhang Weizhong1， Shan Kun1， Le Zhangyan1， Yan Lixia2
（1Langfang Meteorological Bureau，Langfang065000，China；2Bazhou Meteorological Bureau，Bazhou065700，China）

Presently there exists statistical discrepancy of haze days between meteorological operation and air pollution analysis Bureau．In extreme occasions， on a reported air pollution day there is no haze observatory record from weather station．Therefore， it is urgent and important to take a scientific methodology to define the standard of haze observation．In this paper， based on the data （including visibility， relative humidity and manual haze observation from Langfang Meteorological Observatory station and the Environment Protection Bureau reports on AQI and PM2.5 concentration） during 2013 and 2015， a contrastive analysis was made between haze observation and air pollution from the respects of haze observation and statistical methods．As the analysis indicates， the observation standard used by Langfang Meteorological Observatory station to record haze days fails to reflect the actual air pollution．So it is highly suggested that national and provincial relevant departments take prompt actions to update haze observation standards to provide objective basis for the the control and prevention of atmospheric pollution．

haze observation standard； air pollution； contrastive analysis

P427．2 文献标识码：A 文章编号：1673－8047（2017）03－0052－05

2017－04－27

河北省廊坊市气象局2016年廊坊灾害性天气预报技术手册（201601）项目资助．

秦云苗（1973—），女，本科，工程师，主要从事气象台站地面观测工作。