襄阳市霾的气候特征及相关气象因素分析

张玉翠，闫彩霞，袁 良，王 成，2，程 佳

（1.襄阳市气象局，湖北襄阳 441021；2.暴雨监测预警湖北重点实验室，武汉 430205）

雾、霾均属于悬浮于近地面气层中常见的视程障碍现象［1］。霾是悬浮于大气中的大量微小生粒、烟粒或盐粒的集合体，使空气混浊，水平能见度低于10 km 以下的一种天气现象［2］。霾能使物体的颜色减弱，远处光亮物体呈微黄带红色，而黑暗物体则微带蓝色。霾天气发生越频繁，对人们的生活影响越大。霾的组成成分包括影响人类健康的气溶胶粒子［3］，如矿物颗粒物、硝酸盐等［4，5］，不利于人体心脑血管的健康；霾天气易使人产生悲观情绪，不利于身体健康；霾造成能见度降低［6，7］，不利于交通安全。

随着社会的发展，城镇化速度加快，空气污染事件也有所增多，霾已经成为影响城市卫生评估和环境质量评价的重要因素。襄阳市作为一座工业城市，自2000 年之后，经济发展速度加快，城市规模明显扩大，霾天气发生的频率也明显增加。本研究选用襄阳市1961—2020 年共60 年的国家气象站地面观测资料，对襄阳市能见度低于10 km 的霾天气的时空分布特征及其相关气象因素进行了分析，以期为襄阳市霾天气的防治提供科学依据。

1 资料选取

资料为襄阳市城区及辖区枣阳市、宜城市、南漳县、保康县、谷城县、老河口市7 个国家站1961—2020 年地面观测资料，对襄阳市霾天气的气候特征和其产生的相关气象因素进行了分析。

2 霾的气候变化特征

2.1 霾的年际变化

从襄阳市1961—2020 年60 年每年霾出现的日数来看（图1），1965 年、1966 年霾出现日数明显增加，1965年为88 d，1966年为150 d，1967年减至30 d。1967—1983 年 霾 出 现 日 数 平 均 值 为14～15 d，1984—1994 年11 年间霾出现日数均较少，平均日数为1～2 d，其中1988—1992 年、1994 年未记录有霾出现。1995—1998 年霾出现日数又明显增加，平均日数为9～10 d。1999 年、2000 年霾出现日数迅速减少，2001 年开始霾出现日数呈暴发式增长，其中2007 年为132 d、2008 年为129 d，2010 年为122 d，2013 年达到了215 d，为1961 年有记录以来历史排位第一。2015—2020 年霾出现日数降至平均30～31 d。

图1 1961—2020 年襄阳市霾日数年变化趋势

2.2 霾的月际变化

从襄阳市1961—2020 年60 年每月霾出现的次数来看（图2），襄阳市冬季霾出现的次数最多，其次是秋季和春季，夏季霾出现的次数最少。从每月霾出现的次数来看，襄阳市1 月和12 月霾出现的次数最多，其次是2 月、3 月、10 月和11 月，再次是4 月、5月、6 月和9 月，7 月和8 月霾出现的次数最少。

图2 1961—2020 年襄阳市霾出现日数月平均值

从襄阳市2013 年霾的月际分布来看（图3），秋季、冬季霾的发生次数均较多，每月霾日数在17～25 d；其次是春季，每月霾日数在17～20 d，较秋冬季略有减少；夏季的7 月、8 月霾日数在9～12 d，而6月霾日数出现了22 d，异常偏高。

图3 2013 年襄阳市霾出现日数月平均值

2.3 霾的地域分布

图4 为1961—2020 年襄阳市7 个国家站霾日数年平均值的分布，从图4 可以看出，襄阳市7 个站霾日数年分布差别较小。随着城镇化进程的加快，尤其是2000 年以后，污染物排放明显，受地理位置、风向风速的影响，不同县市的霾发生频率发生了明显变化。再以襄阳市霾天气多发的2013 年为例（图5），襄阳市城区霾日数最多，为215 d；其次是枣阳市，160 d；保康县和南漳县分别为90 和79 d；老河口市56 d；谷城县、宜城市分别为32 和27 d。从霾日数分布来看，中部（岗地平原地带）和东部低山丘陵的枣阳市霾发生最为频繁，宜城市北部有山脉的阻挡，阻碍了北方污染物向宜城市输送，霾发生日数相对较少；保康县由于地处山区，山脉阻挡，长年平均风速较小，冬季内输出污染消散较慢，霾日数较多。

图4 1961—2020 年襄阳市霾年平均日数分布

图5 2013 年襄阳市霾日数分布

3 霾的气象要素分析

3.1 气温

图6 为襄阳市1961—2020 年逐日霾发生次数的累计值和逐日平均气温、逐日平均最高气温、逐日平均最低气温的变化。由图6 可以看出，1961—2020年襄阳市霾发生日数与逐日平均气温、逐日平均最高气温、逐日平均最低气温的单峰型变化曲线呈不完全镜像对称。进行Spearman 相关性检验，霾发生日数与逐日平均气温、逐日平均最高气温、逐日平均最低气温呈显著负相关，相关系数分别为-0.758、-0.754、-0.761，均通过了置信度（双侧）0.01 的显著性检测。表1 为60 年来襄阳市霾发生概率和对应的逐日平均气温、最高气温和最低气温。由表1 可知，当霾出现概率由低于20%增大至60%以上时，霾出现日数由不足7 d 增大至19 d 以上，对应的气温下降明显，逐日平均气温、最高气温、最低气温分别由25.8、31.3、21.3 ℃下降至8.0、13.3、3.4 ℃。表明襄阳市霾出现的日数随着气温的降低而增多，温度越低，霾出现的日数越多。

图6 1961—2020 年襄阳市逐日霾发生日数的累计值和逐日平均气温、平均最高气温、平均最低气温变化

3.2 相对湿度

表2 为1961—2020 年襄阳市平均相对湿度范围内霾发生的频次。由表2 可以看出，随着日平均相对湿度的增大，襄阳市霾发生的频次呈先增大后减小的趋势。当日平均相对湿度低于20%时，无霾天气发生；日平均相对湿度低于40%时，霾发生的频次很低；随着日平均相对湿度的逐步增大，霾发生的频次也逐步增加，当日平均相对湿度增至61%～70%时，霾发生的频次出现最大值，为32.7%；当日相对湿度增至71%～80%时，霾发生的频次略有减少，为32.3%；当日平均相对湿度继续增大时，霾发生的频次迅速减少。由此可得出，最有利于襄阳市霾发生的日平均相对湿度为60%～80%。

3.3 最大不连续降水日数

由襄阳市1961—2020 年逐月最大不连续降水日数与霾逐月出现平均日数（图7）可以看出，1961—2020 年襄阳市最大不连续降水日数总体呈U型分布，与霾逐月出现平均日数趋势总体一致。4—9 月，襄阳市不连续降水日数月平均值一直处于较低水平，平均值为8.51 d。相对应的4—9 月霾逐月出现平均日数为1.55 d，低于霾出现日数月均值。10 月后，最大不连续降水日数明显增大，霾逐月出现日数也随之增大，最大不连续降水日数12 月达到全年最大值为15.53 d，霾于12 月达全年次峰值，为4.8 d；1月最大不连续降水日数略有减少，为14.73 d，霾出现月平均日数达全年最大值为5.77 d。从2 月开始，二者均呈明显下降趋势。通过Spearman 相关性分析，月最大不连续降水日数与霾逐月出现日数均值存在正相关，相关系数为0.769，且通过了置信度（双侧）0.01 的显著性检测。由此可见，降水对污染物有冲刷作用［8，9］，月最大不连续降水日数越多，霾出现日数也就越多［10］。

图7 1961—2020 年襄阳市月最大不连续降水日数与霾逐月出现平均日数变化

3.4 风速风向

图8 为1961—2020 年襄阳市霾出现当日的平均风速情况，襄阳市发生霾天气的日平均风速主要在3 m/s 以下，所占比例为70.9%，其中风速≤1 m/s 所占比例为9.6%，风速≤2 m/s 所占比例为42.4%，由此可知，最有利于襄阳市霾天气发生的风速为1 m/s＜风速≤2 m/s，所占比例为32.8%，其次是2 m/s＜风速≤3 m/s，所占比例为28.4%。当风速大于3 m/s 时，依然有霾天气发生，但所占比例仅为29.1%。

图8 1961—2020 年襄阳市霾出现当日的平均风速

对襄阳市而言，风速越小，越有利于霾天气的发生，但当风速小于1 m/s 时，霾天气发生的概率反而降低。主要原因是近地面风速对霾天气的形成有很大的影响，近地面风对污染物有稀释和扩散作用。当近地面风速减小时，也即气流减弱，会造成污染物的堆积，从而有利于霾的形成［11］；随着风速增大，大气的平流输送能力增强，有利于大气污染物的稀释和扩散，从而不利于霾的形成［12，13］。襄阳市霾的形成有本地社会生产所产生的污染物堆积原因，同时也有外地污染物向襄阳市输送造成的污染物增多。当风速小于1 m/s 时，外地污染物向襄阳市的输送能力减弱，从而霾天气发生的次数有所减少。

由襄阳市地面观测资料统计得出，1961—2020年的1 月、2 月、11 月、12 月盛行北风（N）和风速小于0.2 m/s 的静风（C），8—10 月盛行西北风（NW），其中10 月还包含出现频率为15%的静风（C），3—7 月盛行东南偏南风（SSE）。

从地理位置看，襄阳市位于南襄盆地的南缘，南襄盆地地理位置特殊，是受北方污染传输的前沿阵地。从地形上看，襄阳市地形西高东低，其地势自西北向东南倾斜，西部为山区，东部为低山丘陵，中部多为岗地平原，是个低平缺口。加之南襄盆地特殊的非闭合盆地特征，形成了“扇形+盆地”“漏斗”型地形，特别是襄阳市城区位于南襄盆地南开口，南部岘山、西南荆山阻挡，汉江河谷开口狭小，风速衰减，污染物滞留，长时间难以消散。结合图2 分析得出，襄阳市秋冬季节在盛行风北风和西北风的引导下，携带北方污染物向襄阳市输送，是导致襄阳市秋冬季节霾天气频发的重要原因之一。每年的10月至次年2月的静风，比例达13.8%，使得大气扩散条件较差，也是影响襄阳市秋冬季节霾天气频发的原因之一。

4 霾天气防治对策

1）做好霾的预报和预警工作。霾的预报和预警以对人类活动和出行具有较明显的指示作用，也可以指导相关职能部门针对霾天气做好决策服务工作［14］。

2）加强部门间的合作。治理霾天气需要多部门的合作才能行之有效，天气预报预测要与环保部门加强合作，资源共享，提升霾治理的效果。

3）严格把控污染物排放。建立健全污染物排放机制，对于污染物排放超标的企业要责令整改，加强机动车尾气检测和治理，加强管理污染物排放源头。在交通出行方面，要提倡绿色出行、低碳生活，尽量减少私家车的使用，减少二氧化碳的排放［15］。

4）宣传环保知识，增强公众的环保意识。保护环境人人有责，做好环境保护宣传工作，提高公众对霾天气危害的认识和了解治理霾的方式方法，提升公众的环保意识，减少环境污染。