廊坊市不同等级霾日气象条件异同特征分析

秦云苗， 郭立平， 张卫中， 闫利霞， 单 琨 ， 闻 静

(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；3.廊坊市环保局，河北 廊坊 065000)

1 前 言

中国气象局地面气象观测规范[1]规定：霾是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。近年来，随着中国经济的快速发展，霾的问题日趋严重。霾天气特别是重度霾可导致空气质量下降，引发交通事故，造成航班延误、高速公路封闭[2～4]。此外，霾中含有的有毒有害物质还会引发鼻炎、支气管炎、肺炎甚至肺癌等呼吸道疾病[5-6]。霾的形成、分布与影响已经受到了广泛关注，一些专家学者从多方面对霾进行了研究，其中，吴兑[7-8]从云雾滴特征、相对湿度及能见度等方面讨论了城市霾与雾的区别，提出了区分雾与霾的建议，并建立了雾与霾区分的概念模型。段再明[9]分析了秋冬季雾霾天气形成的气象条件。高歌[10]对1961～2005年中国霾的时空分布气候特征、变化趋势作了详细分析。

廊坊市地处华北平原中东部(39.5°N，116.7°E，海拔13.7m)，位于京、津两大直辖市之间，处于霾的高发区[11]。近年来随着城市化进程的加快和经济的迅速发展，能见度恶化事件频发，霾日发生频率呈增多趋势[12]，准确预报霾天气，为政府、公众提供信息服务，具有十分重要的意义。目前科研工作者对廊坊市霾天气进行了一些研究，主要集中在霾的观测标准的探讨[13]及霾的时空分布特征方面，但对不同等级霾天气发生时的各气象要素条件缺乏深入分析。本文针对上述研究内容欠缺部分，深入分析不同季节各级别霾日气象要素分布特征，进而为科学有效地预测霾提供依据。

2 资料和方法

本文选用廊坊市气象站2013～2015年地面常规观测资料及环保部门的PM2.5资料进行分析。霾的观测与分级以QXT113-2010《霾的观测与预报等级》[14]中对霾的判别条件为准，根据能见度标准将霾分为轻微、轻度、中度和重度四个级别，对应的能见度标准分别为：5.0km≤V<10.0km、3.0km≤V<5.0km、2.0km≤V<3.0km、V<2.0km。季节按 3～5月为春季，6～8月为夏季，9～11月为秋季，12月、1～2月为冬季统计。

3 统计结果分析

3.1 各级别霾日的季节分布特征

2013～2015年廊坊市共出现550个霾日，其中轻微霾340d，占全部霾日的61.8%，轻度霾97d，占17.6%，中度霾69d，占12.5%，重度霾44d，占8.0%。重度霾出现最少，轻微霾最多。表1为各级霾日的季节分布情况，可见各级霾的季节分布略有差异，轻微霾以夏季最多，轻度、中度霾以秋季最多，重度霾以冬季最多，除轻微霾秋季最少外，其余各级均以春季最少，重度霾春季未出现。 造成这种分布特征的主要原因是廊坊市四季分明、生态环境相差较大，春季风速在一年四季中是最大的，利于空气污染物扩散，冬季降水日数少，生态环境脆弱、加上人类生活影响，如冬季取暖等，不利于空气流动和污染物扩散，而夏季、秋季降水日数多，特别夏季降水量是一年中最多的季节，降水天气对空气污染物沉降、稀释有一定作用，也由于空气湿度较其余季节大，因此是轻微霾及轻、中度霾易发的季节。

表1 2013～2015年廊坊市各级别霾日季节分布Tab.1 The seasonal distribution of each levels of haze days in Langfang city in 2013 ～ 2015 (d)

3.2 各级别霾日的气象要素异同特征分析

统计2013～2015年廊坊霾日的气象要素条件发现(表2)，当廊坊地区霾发生时，日平均气温在6.0℃～14.7℃，日平均气压为1 013.3 hPa～1 019.2 hPa，日平均相对湿度为61%～82%，日

平均风速在1.43～1.6 m/s，各级别霾的日平均风速均在3级以下，日平均日照时数为2.2～6.1h，各级别霾日无降水日数占比最多，降水有利于污染物的扩散，不利于霾的生成。

3.2.1 霾日的日平均气温特征

表2 2013～2015年廊坊市各级别霾日平均气温、相对湿度、气压、风速及日照时数分布Tab.2 The daily mean temperature、relative humidity、air pressure、wind speed and sunshine hours of all levels of haze days in langfang city in 2013 ～ 2015

从表2可知，随着霾级别的加重，日平均气温呈逐步降低的趋势。以轻微霾为最高，重度霾为最低，最高最低相差达8.7℃。

由于霾具有较强的季节性，对不同季节各级别霾日的日平均温度与相应季平均温度进行对比(图1)，可知，各季节不同级别霾日气温的分布特点不尽相同。春季各级霾日平均气温均低于季平均值，较低的气温利于霾的发生；夏季的轻、中度霾低于季平均值，而轻微和重度霾则高于季平均值；秋季除轻微霾高于季平均值，其余均偏低；冬季除轻度霾低于平均值外，其余均偏高，冬季较高的气温利于霾的发生。重度霾时，其日平均气温接近相应季节的季平均气温，轻微及中度霾则与季平均气温相差较大，轻度霾与季平均气温相差最大。

图1 2013～2015年各级别霾日的日平 均温度与季平均温度的对比Fig.1 The comparison between the daily mean temperature of different levels of haze days and the seasonal average temperature in 2013 ～ 2015

3.2.2 各级别霾日平均相对湿度特征

从表2的相对湿度的分布可看出，随着霾级别的加重，日平均相对湿度呈逐步增加的趋势。以重度霾为最大，轻微霾为最小，二者最大相差21%。

图2为各级霾日季平均相对湿度与相应季平均值的对比图，同样可以看出，各季节随着霾级别的加重，平均相对湿度呈逐步上升的趋势。春季：各级别霾日分别较季平均值偏高9%、17%和22%；夏季：各级别霾日分别较季平均相对湿度偏高2%、12%、17%和20%；秋季：轻微霾日相对湿度与季平均值相同，其余各级别霾日分别较季平均值偏高10%、15%和17%；冬季：各级别霾日分别较季平均值偏高2%、15%、27%和29%。由此可知各级别霾日的平均相对湿度，除秋季轻微霾日与季平均值相同外，均高于相应季的季平均值。这一结果进一步说明了高湿条件有利于重度霾的形成，与吴兑关于高湿度是在高浓度气溶胶基础上形成严重灰霾的必要条件[15]相一致。

图2 2013～2015年各级别霾日日平均相对 湿度与季平均相对湿度的对比Fig.2 The comparison between daily mean relative humidity of different levels of haze days and the seasonal average relative humidity in 2013 ～ 2015

3.2.3 各级别霾日平均气压特征

从表2的日平均气压的分布可知，随着霾级别的加重，日平均气压呈逐步升高的趋势。以轻微霾为最低，重度霾为最高，最高最低气压相差达5.9hPa。

进一步按季节分析发现(图3)，除春季和冬季的轻度霾，夏季的轻微霾以及秋季的中度霾高于相应季平均气压外，其它各级别霾日的平均气压均低于相应季的平均值，尤其以重度霾偏低的程度最大，这说明较低的气压利于重度霾的发生。

图3 2013～2015年各级别霾日的日平均 气压与季平均气压的对比Fig.3 The comparison between daily mean air pressure of different levels of haze days and the seasonal average air pressure in 2013 ～ 2015

3.2.4 各级别霾日平均风速特征

从表2的日平均风速分布可知，随着霾级别的加重，日平均风速大致呈减小的趋势，以轻微霾为最大，中度霾为最小，二者仅相差0.17 m/s。

按《地面气象观测规范》风力等级表[1]中的风速范围值，对各级霾日对应的平均风速进行分析发现，在全部550d霾日中，1级风占了319d，其次是2级风220d，3级风11d，无4级及以上的风速出现，见表7。重度霾发生时，风速为1级的天数占了全部重度霾日数的75%，中度霾占了其总日数的72%，轻度霾占了其总日数的60%，轻微霾占其总数的52%。可见，近地层长期小风速有利于霾的形成和维持[16]，随着风速增大，大气输送能力增强，大气中污染物易被驱散而不利于霾天气的形成[17-18](见表3)。

表3 2013～2015年廊坊市各级别霾日不同级别风速的分布Tab.3 The different wind speed levels distribution in different levels of haze days in Langfang city in 2013 ～ 2015 (d)

进一步按季节分析发现(图4)，各季节所有级别霾日的平均风速均小于同季的季平均风速，且以重度霾偏小最多，进一步说明了较小的风速利于霾的形成；以春季的平均风速及各级霾日的平均风速为最大，较大的风速使得春季成为一年中霾日最少的季节。进一步分析冬季重度霾日平均风速，发现2013年2月6日、17日、28日和2015年1月26日的值明显大于重度霾冬季的平均值，这几日均为夜间出现重度霾，上午9时后冷空气南下，使日平均风速偏大，从而不能代表霾发生时的实际风速，冬季重度霾期间实际平均风速是小于此统计值(1.6m/s)，重度霾的实际平均风速应小于其它级别。

图4 2013～2015年各级别霾日平 均风速与季平均风速的对比Fig.4 The comparison between daily mean wind speed of different levels of haze days and the seasonal average wind speed in 2013 ～ 2015

3.2.5 各级别霾日的日照时数特征

从表2的日平均日照时数分布可知，随着霾级别的加重，日平均日照时数呈逐步减少的趋势。以轻微霾为最多，重度霾最少，两者相差达3.9h。

进一步按季节分析发现(图5)，各级霾日平均日照时数在各季均低于相应的季平均值，且均以轻微霾日照时数最多，除春季轻度霾最少外，其余各季均为中度霾日照时数最少。霾与日照时数的关系密切，二者是互为因果的关系，一方面随着空气中污染物的增加，导致能见度降低，从而减少了日照时数，另一方面，日照有助于增加空气中细颗粒物的运动速度，促进污染物的扩散，从而使霾减弱。

图5 2013～2015年各级别霾日的日平均日照 时数与季平均日照时数的对比Fig.5 The comparison between daily mean sunshine hours of different levels of haze days and the seasonal average sunshine hours in 2013 ～ 2015

3.2.6 各级别霾日降水特征

分析各级霾日的降水分布情况(表4)，可知无降水的霾日最多，其中轻微霾的无降水日为281d，占轻微霾总数的82.6%，轻度霾为75d，占77.3%，中度霾为49d，占71.0%，重度霾为34d，占77.3%。按照GB/T 28592-2012《降水量等级》[19]中降水等级的规定进行统计发现，各级霾

日的小雨日数按上述顺序依次为：44d、13d、13d、3d，分别占相应级别霾日的12.9%，13.4%，18.8%，6.8%。中雨日数分别为：7d、2d、2d、1d，分别占2.1%，2.1%，2.9%，2.3%。大雨日数分别为：3d、4d、2d、0d，分别占比0.9%，4.1%，2.9%和0%。暴雨只在轻微霾日出现1次，占其总数的0.3%。小雪的各级日数分别为：4d、3d、1d、5d，分别占比1.2%，3.1%，1.4%，11.4%。中雪只在中度霾期间出现2次，占比2.1%。大雪只在重度霾期间出现1次，占比2.3%。

在有降水的各级别霾日中，除重度霾外，其余级别均为小雨占比最多，平均占比13.0%。各级霾日中雨及以上降水日平均占比4.4%。固态降水日数则占全部霾日的2.9%，其中重度霾固态降水达6次，占其总日数的13.6%，这与重度霾主要出现在冬季有关。各级霾日中较大级别的降水占比较小这一事实，说明降水有利于污染物的扩散，对霾的生成不利。

表4 2013～2015年廊坊市各级别霾日不同等级降水日数Tab.4 The different precipitation levels distribution in different levels of haze days in Langfang city in 2013 ～ 2015 (d)

对降水量超过5.0mm的霾日资料进行分析发现，霾日出现较大降水有以下两种情况：⑴霾出现在降水过程之前或之后，而在降水期间能见度并未达到相应级别霾的标准；⑵霾出现在降水过程中，但降水强度较小，对空气中污染物的冲刷作用不大，且全天持续出现偏东或偏南风[20]，造成污染物远距离持续输送，使能见度降低，这也是廊坊地区降水日出现污染的一个不可忽视的特点。

4 结 论

4.1 廊坊市各级别霾日有明显的季节性，重度霾多出现在冬季，中度和轻度霾秋季出现最多，而轻微霾则主要出现在夏季。

4.2 重度霾发生时，日平均气温接近相应季节的季平均气温；与同季节其它级别霾日相比重度霾日平均气压为最低，各季节也均低于相应季节的季平均值，地面低气压场利于重度霾的形成。

4.3 各级别霾的平均相对湿度值均高于相应季平均值，且以重度霾高出平均值为最多。各级别霾的日平均风速均在3级以下，重度霾的平均风速小于同季节其它级别霾日的风速，各季节所有级别的霾的平均风速均小于同季节的季平均风速。

4.4 霾对日照的影响明显，随着霾的严重程度的加深，日照时数明显减少；各级别霾日无降水日数占比最多，总体看降水有利于污染物的扩散，不利于霾的生成。