近30年邢台地区雾霾天气的空间分布特征及其影响因子的分析

贾秋兰，梁春旺，杨丽娜，王小娟，于海磊

(1.邢台市气象局，河北 邢台 054000；2.中国气象局邢台大气环境野外科学试验基地，河北 邢台 054000；3.衡水市气象局，河北 衡水 053000)

前 言

雾霾是雾和霾的混合物，雾是悬浮与近地面气层中水汽凝结成水滴或冰晶使能见度小于1km的天气现象，霾是一种大量极细微的干尘粒等均匀地悬浮在空中，使得能见度小于10km的天气现象，而现在不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报，统称为“雾霾天气”。近年来，随着城市化和工业化进程的不断发展，机动车辆的不断增加，空气中悬浮颗粒物的增加[1-2]，直接导致了雾霾天气的不断增多。雾霾天气的出现，对社会经济，人类的健康[3]，安全出行以及农作物的生长都有重大影响，这也引起了大众的普遍关注。早在2014年中国已经把雾霾天气视为了自然灾害，2015年召开的“两会”上，雾霾再次成为了热点话题。

随着雾霾天气的频繁出现，国内外学者开始从多方面对雾霾进行了研究分析，刘岩磊等[4]认为雾霾天气对神经心血管、呼吸等系统均可产生直接伤害，孙维哲等[5]提出了对雾霾天气的防范措施，而大部分学者则关注雾霾天气的形成机制[6～9]，河北省作为雾霾重灾区，引起了不少学者的关注，吴雁等[10]根据1960～2013年河北省11个气象站资料，分析了雾霾的演变特征和高空环流形势进行分析，得出环流形势利于雾霾天气的形成和维持，孙翠英等[11]利用1981～2013年河北南部各气象站点资料对雾霾的气象要素特征进行了统计分析。

邢台位于河北南部，西依太行山与山西省毗邻，东邻京杭大运河与山东省相望，北连石家庄、衡水，南接邯郸，属于华北平原的腹地，对于河北经济的发展起到重大作用，雾霾也成为当前较严峻的问题，但是对邢台雾霾的研究文章还比较少，本文笔者从邢台雾霾的时空分布以及影响因子进行讨论，为防治雾霾提供一些可行性的依据。

1 资料与方法

选用1990～2018年邢台地区17个站点(基本站、一般站)及高空探测站的资料(数据来源:河北省气象局气候中心，2014年7月之前的数据来自A文件，7月之后数据来自MDOS观测资料数据库)，利用线性趋势分析，空间插值，相关系数间的显著性进行分析。

2 分析结果

2.1 雾霾日数月变化线形图

从图1、图2中可以看出雾霾日数的变化趋势是一致的，整体就是六月最少，平均日数不足1日，十二月最多，平均日数达到7日，六月气温高，加速空气中水汽蒸发，便于污染物的消散，十

图1 近30年雾霾各月平均日数Fig.1 Monthly average number of haze days in recent 30 years

图2 近30年雾霾年际平均日数图Fig.2 Annual average number of haze days in recent 30 years

二月空气寒冷，风速较小，污染物易聚集不易消散；年际变化图可以直观的发现2014年的雾霾有一个突变，平均日数达到200多日，对人们的健康、出行造成了很大的影响，也是这一年中国已经把雾霾天气视为了自然灾害。

2.2 雾霾平均日数四季空间分布图

图3～图6显示邢台1990～2018年不同季节雾霾天[12～14]的空间分布不同，秋冬季是雾霾最为严重的季节，由西北和东南方向中心发展，其次是春秋季，趋势和秋冬一致。由此可得出，邢台地区不同季节的雾霾空间分布和严重程度呈现出不同的特点。

邢台所处地理位置特殊，又是一个老工业区，高耗能高排放，资源利用率低的钢铁，煤矿，电力，建材等一直是邢台的支柱产业，尤其是一些小企业，污染物根本没有经过净化处理直接排放出来，给空气环境质量造成重大的影响，而冬季出现较多的逆温现象，空气的水平、垂直方向交换流通能力变弱，空气中排放的污染物被限制在浅层大气中，并逐渐集聚成雾霾，导致空气污染。

图3 近30年春季雾霾平均日数空间分布图Fig.3 spatial distribution of average days of haze in spring in recent 30 years

图4 近30年夏季雾霾平均日数空间分布图Fig.4 spatial distribution of average days of haze in summer in recent 30 years

图5 近30年秋季雾霾平均日数空间分布图Fig.5 spatial distribution of average days of haze in autumn in recent 30 years

图6 近30年冬季雾霾平均日数空间分布图Fig.6 spatial distribution of average days of haze in winter in recent 30 years

2.3 实例分析

2019年12月7日～12月11日邢台地区出现一次明显的雾霾天气过程，从7日地面观测资料显示从7日18时开始相对湿度由59迅速上升至91，能见度下降到754m，达到了大雾的标准，从图7可以看出相对湿度达到94，相对温度曲线有一个明显的逆温层，此时地面显示的风速为1.2m/s，20时能见度持续下降，风速一直维持在1m/s左右，逆温现象也处于不断发展过程中。

图7 12月7日19时高空探测曲线图Fig.7 High altitude detection curve at 19∶00 on December 7

图8 12月8日07时高空探测曲线图Fig.8 High altitude detection curve at 07∶00 on December 8

图9 12月8日19时高空探测曲线图Fig.9 High altitude detection curve at 19∶00 on December 8

图10 12月11日07时高空探测曲线图Fig.10 High altitude detection curve at 07∶00 on December 11

图8、图9中显示逆温层高度一直处于发展状态，相对湿度维持在99，风速1m/s，一直到10日19时相对湿度到了55，风速达到3.6m/s，能见度4 320m，随着风速的加大，能见度逐渐好转，到了11日01时，能见度达到15 901m，图10中可以看出此次雾霾过程趋于结束。此次过程显示，雾霾的天气与逆温层的形成、发展、消散有着直接的关系[15～21]，当地面温度开始下降时，且相对于大气下降速度较快，为逆温现象开始，此时雾霾开始形成，能见度开始下降，此后逆温现象加剧，图8、图9逆温层的高度增高，为中期，而后太阳辐射是地面增温，逆温现象慢慢消失。图10为消散期。

2.4 雾霾期间污染物分布情况

图11为2019年12月7日～2019年12月12日PM2.5、PM10日均浓度分布图，通过监测站点PM2.5、PM10实时浓度计算出2019年12月7日～2019年12月12日的PM2.5、PM10的日平均浓度，从图11中可以看出，8～9日PM2.5、PM10浓度最高，结合地面气象要素，这段时间的风速平均为1.5m/min，温度一直在-3℃左右，稳定的天气系统使得大量的污染物难以扩散，能见度最低达到了34m，10日以后随着风速的加大，温度的持续上

图11 PM2.5、PM10日均浓度分布图Fig.11 the daily average distribution of PM2.5 and PM10

升，PM2.5、PM10浓度也呈现一个下降的趋势，高温使得地面空气上升，高空空气下降，形成的对流运动加速了污染物的扩散，能见度变好。

2.5 相关气象要素分析

为了更好的分析此次雾霾过程，运用spss对温度，相对湿度，能见度及风速进行相关性分析，由下表可以看出，能见度与相对湿度的相关系数最大-0.769，呈负相关，相对湿度越大空气中的污染物吸收水分变的越大，能见度越低，其次是温度，地面温度越高，加剧水汽蒸发，易于空气中污染物的消散，能见度越好；风速是大气水平扩散能力的主要指标，风速与能见度是0.525，正相关，风速的大小决定了大气稀释扩散能力的大小。

表 各气象要素的相关性分析Tab. Correlation analysis of meteorological elements

3 结 论

3.1 通过空间分布图，线性趋势图发现1990～2018年邢台地区的雾霾不同季节雾霾的严重程度和空间分布呈现不同的特点，秋冬最为严重，其中12月份雾霾日数最多，夏季最少，月平均雾日和霾日变化趋势一致。

3.2 2019年12月7日～11日的雾霾过程非常明显，结合高空及地面的气象要素变化分析得出，雾霾天气与能见度，逆温层，风速，相对湿度都有显著相关性，而逆温层的存在是雾霾天气形成的一个关键因素。

3.3 PM2.5、PM10浓度增加可以直接导致雾霾天气的形成，使得能见度下降，空气质量变差，影响人们的健康，而风速和温度则与雾霾的消散有直接关系。