民丰县大气能见度与气象条件的关系分析

李昌明，胡尔西代·再比卜拉，王永强

民丰县气象局，新疆民丰 848500

能见度是反映大气透明度的一个指标，通常是指具有正常视力的人在当时的天气条件下能够看清楚目标轮廓的最大距离。能见度受到当时天气状况的影响较大，当出现降雨、雾、霾、沙尘暴等天气时，大气透明度较低，能见度较差，即能见度的变化与气象条件之间的关系极为密切，降水、相对湿度、风速等气象要素是大气能见度的重要影响因子[1-4]。因此，通过分析气象因素与大气能见度之间的相关性，不仅能掌握能见度随着气象要素的变化而出现的相应变化特征，利用对天气现象发生强度判断和把控大气污染情况，还可以深入了解沙尘、雾霾等天气事件带来的能见度危害，加强生态环境保护、防御等。

民丰县位于新疆维吾尔自治区的西南部，地处昆仑山北麓，塔克拉玛干大沙漠的南缘，其南部为高山峻岭，接壤西藏自治区，而北部则与阿克苏沙雅县戈壁相连，整体地貌由山地、冲积扇平原和沙漠构成，中高山和低山丘陵为高寒荒漠景观，表层杂草低矮稀疏，多为厚度不等的风积粉砂、细砂覆盖，寸草不生的绵延沙漠包围着民丰县绿洲平原。

民丰县距离海洋较远，属于典型的大陆性干旱气候，降雨稀少、蒸发量大、多风，由于受到特殊地理环境和气候的影响，干旱、干热风、沙尘暴是当地主要灾害性天气，每年4—6月大风卷起沙尘引发沙尘天气，多以浮尘天气为主，常年在205 d以上，同时伴有沙尘暴。

随着经济的高质量发展，城市规模扩大，人口密度集中，人类活动释放的各种污染物等污染大气环境加剧了大气能见度的下降。与发达的大中城市相比，民丰县大气能见度高于城市，且影响大气能见度的因素主要与地面气象要素关系密切。例如：2021年4月连续出现3次沙尘天气过程，导致能见度明显下降，其中，6—8日民丰县出现沙尘天气，县城内最小能见度降至749 m，16—19日先后出现了浮尘、扬沙和沙尘暴及降雨，县城最小能见度降至302 m。因此，结合民丰县气象站观测数据，分析大气能见度与地面气象要素的相关性，探讨大气能见度主要影响因子，为今后开展空气质量分析和改善提供参考[5]。

1 资料与方法

选取民丰县2018—2022年地面气象观测站的常规管理资料，主要包括每日24 h的2 min平均风速、10 min平均风速、地面气温、相对湿度等小时值，以及2020—2022年的水平能见度观测数据。民丰县气象观测站为国家基准气候站，属于三类艰苦气象站，人类活动和人口密度相对不集中，获取的地面常规观测数据基本可以代表民丰县大气能见度水平。按照气候学上关于季节划分的常用方法，将各季划分标准定为春季(3—5月)，夏季(6—8月)，秋季(9—11月)，冬季(12月—翌年2月)，作各气象要素的季节平均处理。

2 结果分析

2.1 大气能见度与气象要素的月变化特征

分析2020—2022年民丰县月平均大气能见度可以看出(图1)，民丰县月平均能见度变化趋势显著，最高值出现在1、2月，最低值出现在3月。民丰县能见度较好，进入春季后，气温回升，土壤解冻，干燥地表裸露的细砂被大风卷起极易形成沙尘天气，3月平均大气能见度仅为9.291 km，其中，2022年3月的平均大气能见度最低，为7.329 km；5月为大气能见度次低值，平均大气能见度为10.385 km。

图1 民丰县2020—2022年各月份平均大气能见度

由表1可知，民丰县不同年份的各季平均能见度变化特征略有不同，其中，2020年大气能见度最低的为春季，为9.681 km，能见度最高的是冬季，达到17.675 km；2021年的秋季大气能见度最低，为12.324 km，冬季最高，为14.947 km；2022年大气能见度最高的是秋季，达到14.264 km，最低为春季，平均8.67 km。总体来看，民丰县3年期间以冬季的大气能见度最高，平均大气能见度为14.7 km，其次是秋季，平均大气能见度为14.183 km，春季的平均大气能见度最低，为10.955 km，夏季平均大气能见度为11.450 km，略高于春季。

表1 民丰县2020—2022年四季平均能见度 km

由图2可知，民丰县在2020—2022年期间的2 min平均风速、10 min平均风速的月变化特征可见，2 min平均风速与10 min平均风速的变化特征基本一致，3—6月平均风速较大，为1.8～2.1 m/s，其次是7—8月，平均风速为1.6～1.7 m/s，12月和1—2月的平均风速较小，为1.2～1.4 m/s。

图2 民丰县2020—2022年2 min平均风速、10 min平均风速的月变化

由图3可知，民丰县2020—2022年期间1—7月各月平均气温呈现出逐月上升的趋势，8—12月则呈逐月下降的现象，以7月平均气温最高，其次是6、8月，12月为平均气温最低的月份，其中，5—9月平均气温均在21.0 ℃以上。从民丰县各月平均相对湿度走势可以看出，12月的平均相对湿度最高，为47%，其次是1月，平均相对湿度为45%，总体上看，10月—翌年1月的平均相对湿度较高，3—4月平均相对湿度偏低，为27%～28%。

图3 民丰县2020—2022年相对湿度、平均气温的月变化

结合民丰县2020—2022年大气能见度分析(图3)，对应同期气温、相对湿度、风速等气象要素数据的变化趋势，表明大气能见度的月变化与相对湿度的月变化趋势基本一致，大气能见度条件好时相对湿度偏高，能见度差时相对湿度偏低；气温与风速的月变化趋势与能见度变化趋势相反。秋冬季民丰县气温偏低、风速小、相对湿度偏高，大气能见度偏高；春季气温逐渐回升，风速加大，相对湿度偏低。随着风速的增大，干燥地表极易起沙，使得空气污染加重，大气能见度相对偏低。与春季相比，夏季气温显著升高，相对湿度也有所增大，但风速下降，大气能见度在此期间会出现低值。

2.2 大气能见度与地面气象要素的关系分析

Pearson简单相关系数又简称为相关系数，当研究的2个变量服从二元正态分布时，2个变量的相关性通常可以通过Pearson相关系数进行描述，显示出2个变量之间存在直接或间接的影响程度，但这不排除其他变量对其的影响。因此，展开多元相关性分析时，如果要固定其他变量，仅对其中2个变量的相关性进行分析，需要计算偏相关系数。

由上述分析可见，大气能见度与相对湿度、气温、风速等气象要素之间的关系较为密切。为确定各个气象要素对大气能见度的影响，利用SPSS 13.0统计分析软件进一步分析2020—2022年的能见度与同期各个气象要素之间的相关关系。由于民丰县降水稀少，暂时忽略降水量与能见度的影响，按不同月份计算能见度与地面常规气象要素的相关系数，分析结果如表2所示。

表2 民丰县2020—2022年各气象要素与大气能见度的相关性

通过Pearson相关系数分析可以看出，表2中民丰县大气能见度与2 min平均风速、10 min平均风速均呈显著的负相关关系。2020—2022年，以2020年的相关系数最显著，分别达到-0.788 7、-0.808 1。与大中城市内大气能见度与平均风速呈正相关关系相悖的是，由于民丰县人口密度相对较少且不集中，受人类活动影响而引起空气污染现象不及其他大中发达城市明显，而且民丰县地表多为干燥的细砂覆盖，风速增大可扬起地面沙土形成沙尘天气，导致能见度下降。尤其是在干燥多风的春季，大风引发浮尘、扬沙或沙尘暴天气，使空气浑浊，能见度就会明显下降。

由表2中2020—2022年平均相对湿度与大气能见度的关系可以看出，平均相对湿度与大气能见度呈显著的正相关关系，4组数据的相关系数分别为0.795 1、0.515 8、0.190 2、0.495 9。正常情况下，大气层的水汽较为丰富时，极易发生凝结进而形成大量小液滴，低层湿度较大时引发雾天气，从而导致大气能见度下降。但民丰县地处西北干旱区，年平均降水量为30 mm左右，常年空气相对湿度偏低，年平均相对湿度仅36%，形成极为干旱的气候，因此相对湿度越大，大气能见度越高；反之，相对湿度越小，大气能见度也随之下降。

由相关分析可知，2020—2022年民丰县大气能见度与气温呈负相关关系，相关系数分别为-0.749 3、-0.055 2、-0.267 1、-0.582 6，说明民丰县在寒冷的冬季大气能见度条件较好，而春季气温逐渐回升后，大气能见度处于一年中最差的时段。3月以后，民丰县天气开始出现回暖，冻土和沙源地解冻，加之春季多风少雨，难以抑制沙尘，植被稀少的地表细砂成为形成沙尘的必要物质条件。随着春季气温的升高，民丰县大气能见度下降。

上述相关性分析结果表明，不考虑其他因素的影响，就气温、相对湿度和风速气象要素而言，风速与大气能见度呈负相关性，相对湿度与大气能见度表现为正相关性，气温也与大气能见度呈现负相关性。近3年的风速与大气能见度的相关系数最大，表明风速能使大气能见度显著下降，其中，10 min平均风速的影响最大，为-0.708 4，其次是温度与大气能见度呈负相关，相关系数为0.5826，而相对湿度与大气能见度呈正相关，相关系数为0.495 9，相比其他要素相关性小。表明风速可作为影响大气能见度的主要考虑因素。

3 结论

(1)2020—2022年，民丰县大气能见度为12.822 75 km，近3年大气能见度呈现逐年下降趋势。一年当中，春季的能见度最低，冬季能见度最高，3月的能见度最低，1月能见度最高。

(2)2020—2022年，3—6月民丰县2 min平均风速与10 min平均风速均较大，12月和1—2月的平均风速较小；7月平均气温最高，其次是6月和8月，12月为平均气温最低的月份；12月的平均相对湿度最高，其次是1月，3月平均相对湿度最低。

(3)民丰县2020—2022年期间的大气能见度与风速、气温呈现负的相关性，与相对湿度表现为正相关性。近3年的风速与大气能见度的相关系数最大，其中，10 min平均风速的影响最大，为-0.708 4，其次是温度，相关系数为0.582 6，相对湿度相比其他要素相关性低。表明风速可作为影响大气能见度的主要考虑因素。