南宁市霾的特征分析

2015-03-28莫雨淳廖国莲郑凤琴

气象研究与应用 2015年1期

莫雨淳，廖国莲，郑凤琴

（1.广西气象服务中心，广西南宁，530022；2.广西区气象信息中心，530022）

1 引言

近年来广西经济快速发展，伴随着城市不断建设增容，城市大气污染问题日益突出，其中尤以细粒子（PM2.5）污染和由此引起的灰霾问题备受社会关注。从气象上看，霾是一种自然现象，而近年来大片城市地区频发的灰霾，从根本上讲是人类活动排放的大气污染物诱发的低能见度事件。霾的影响让公众感受到最明显的就是能见度的恶化。近两年，全国各地都开展了很多关于霾的研究［1-16］，特别是华北、长江三角、珠三角等大气污染严重的地区。南宁市作为广西的首府城市，北部湾经济区的核心，其大气污染在广西内一直较为严重。南宁出现霾天气的频率增加迅速，已从上世纪90年代的每年几天增至现在的几十天。因此，开展南宁市霾的特征分析研究，有助于了解霾的变化规律及发展趋势，为开展霾预警预报业务有着重要意义。

2 资料选取及霾的判断依据

本文中的资料选取南宁市城区站观测资料，对南宁市近20年（1993-2012）出现霾的日数进行统计。由于南宁市缺乏大气细粒子的历史观测资料，为了前后统一，不使用大气成分指标作为霾的判断依据，采取中国气象行业标准《霾的观测和预报等级》（QX／T113-2010）及其观测补充规定（气测函［2013］17号）中的修订，对能见度小于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，相对湿度小于80%的天气，判识为霾。当观测日能所开展的多次观测中，只要发生一次出现霾的情况，则该日就可认为是霾日。霾的等级划分根据能见度区分，为轻度霾、中度霾、重度霾、严重霾，其中能见度在3.0km以上、10.0km以下为轻度霾；能见度在2.0km以上、3.0km以下为中度霾；能见度在1.0km以上、2.0km以下为重度霾；能见度在1.0km以下为严重霾。

3 气候特征分析

3.1 霾的年际变化

经统计，南宁1993至2012年，20年内出现霾日总数为487天，年均霾日数约为25天，霾日数最高值出现在2007年，为78天。由图1可看出，南宁近20年霾日数总体呈上升趋势。至上个世纪末南宁已经达到年霾日数为10天，进入本世纪以来，年霾日数上升非常明显，特别是2004至2008年阶段，年霾日数跨越式增长，随后2009明显降低，直至2012年有趋于稳定。霾日的明显上升主要应与南宁市城建发展及机动车增加迅猛有关。之后广西制定了“十一五”节能减排实施方案和年度计划，积极推进污染减排，采取了有效的节能减排行动，抑制了大气污染物的排放，取得显著成果。这可能是2009年之后南宁霾日数下降的一个原因［2］。

图1 南宁年霾日数的年变化

3.2 霾的季节变化

图2 南宁月均霾日数分布

从图2可见，1993-2012年的霾日月均分布呈现V型分布，每年10月到次年2月，南宁都处于霾天气的高发期，其中12月份最多，平均达5.5天，其次是10月，为4.5天；南宁汛期霾天气发生次数较少，最少是7月，仅有0.25天。南宁的霾日数在冬季次数最多，占全年的45.8%；其次为秋季，占全年的37.9%；最少是夏季，仅占全年的6%。霾天气出现明显的季节化，秋冬季多，春夏季少这个特点，可能跟广西春夏雨水充足，秋冬常干旱有关。

4 天气特征分析

4.1 冬半年霾天气特征

秋冬季节南宁雨水少，天气稳定，容易出现霾天气。经选取多个典型案例统计，霾天气较易出现在冷空气经过后气温下降、地面被冷高压控制的时期。因此从秋冬季常见的冷空气影响中选取2011年1月6日至8日，12月27日至28日两个典型过程为例来分析秋冬季霾的天气特征。2011年1月6日冷空气南下影响广西，8日冷切变线移出广西，之后广西转为冷高压控制，如图3，南宁所处基本为均压区，风速减少，高层为偏西气流，低层吹偏北风，这种相对稳定的环境极易出现霾天气。此时新的冷切变线在湖南、贵州与广西西北部，仍未对广西产生明显影响。当时南宁出现明显的霾并持续了2天。冷切变线过后，南宁在冷高压的影响下，风速减小，地面温度下降，夜间及早晨易出现逆温。逆温层以下大气稳定度增强，降低了污染物扩散能力，有利于污染物堆积而形成霾。

图3 2011年1月8日广西海平面气压图

从图4可以看到，2011年12月27日，南宁城市850hPa以下的低层风速很小，且垂直风向切边差异较大，形成稳定的逆温层，不利于污染物向高空扩散。逆温层较明显，出现了近地层逆温和3km高空（700hPa）的逆温。上层逆温阻挡污染物向高空扩散，在其下层形成浑浊层，近地层不易接收阳光直射升温，导致近地层逆温持续时间延长。同时近地层逆温可以阻挡城市下垫面污染物的扩散，特别是汽车排放尾气、建筑工地烟尘、工厂废气及烟气等污染物。加上秋季以来天气干燥少雨，下垫面泥土、粉尘等漂浮物易被风吹起，飘浮在空气中加重空气质量恶化。从垂直风看，低层风速很小，风向相异，低层大气非常稳定，因此南宁出现了一次霾天气过程，还出现了较严重的空气污染。

图4 2011年12月27日南宁站的温度对数压力图

4.2 夏半年霾天气特征

南宁夏季多雨，天气变化大，气温高，大气对流强，不易出现霾天气，但经过多年统计分析，在热带低压外围下沉气流的影响下，仍会出现霾天气。以2011年5月27日至31日的一次过程为典型案例分析夏半年霾天气的特征。如图6所示，2011年5月28日，菲律宾北部的热带低压北上，在台湾东南面向北移动，南宁受到该热带低压外围的偏北下沉气流影响。同时由于5月29日至30日海南东部的弱低压影响导致南宁偏北风持续，未能转为湿润的南风影响，使得湿度场较干，不利于粉尘漂浮物下沉到地面，而是浮在近地层及下垫面空气中，因此连续几日出现较严重的霾天气，同时伴随着空气污染。

夏季的霾天气在南宁比较少见，即使出现，持续时间也不长，主要受热带低压（台风）外围的下沉气流影响较明显。经统计分析，通常在北纬17度至27度，东经115度至130度之间移动的低压（台风），会使广西处于下沉气流的影响。

图5 2011年5月28日海平面气压场

5 霾日的能见度与相对湿度特征分析

图6 南宁霾天气日均能见度的分布

图7 南宁霾天气时相对湿度的分布

如图6所示是1993至2012年来，20年间南宁出现霾天气时的能见度分布。可以看出南宁市未出现过能见度在2.0km以下的重度霾和严重霾天气。能见度在3.0km至2.0km之间的中度霾出现率0.4%，据资料选择标准看，20年间仅出现2天。南宁市出现霾天气绝大多数为轻度霾。这表明南宁中度霾天气的发生频率很低，南宁出现的霾天气还是以轻度霾为主。

图7给出了20年间，南宁霾天气发生时相对湿度的分布，可以看出，67.1%的霾天气发生时的相对湿度为70～80%，25.1%的霾天气发生时的相对湿度处于60～70%，6.8%的霾天气发生时的相对湿度处于50～60%，而只有1.0%的霾天气相对湿度在50%以下。

此外，霾天气的出现与大气稳定度有较好的相关性［2］。南宁市的大气稳定度以中性、稳定类、较稳定类为主。非汛期南宁市中性类出现频率高，同时不稳定类和稳定类频率则较低。汛期不稳定类出现频率增加，中性类减少，所以南宁市汛期大气扩散能力比非汛期强。这正好与南宁霾日数汛期少，非汛期多的变化相对应。

6 小结

根据对南宁市1993年至2012年，霾日统计数据及气象分析可得出以下结论：

（1）南宁近20年来，霾日数总体呈上升趋势，2000年以来，霾日数上升明显，霾污染已逐渐成为影响南宁市环境空气质量及民生的重要一环，2007年、2008年，南宁市霾日出现数达到历史高峰期。根据统计，南宁市霾日有着明显的季节变化特征，即秋冬出现霾日多，夏季出现霾日少的特点。

（2）从南宁市20年来出现霾天气的典型案例综合分析，冬季霾天气较易出现在冷空气经过后气温下降、地面被冷高压控制，风速减小，形成逆温的情况下。中低层出现双层逆温时，会延长霾持续的时间，易造成严重的空气污染。夏季霾天气通常受在北纬17度至27度，东经115度至130度之间移动的热带低压（台风）外围的下沉气流影响下出现，持续时间较短，若同时受其他天气系统影响，处于干旱的环境下，则容易出现较严重的空气污染。

（3）根据本文选择观测标准，南宁市近20年来所出现的霾日中，九成以上的霾日是以轻度霾为主，即是能见度在3至10km的霾为主，中度霾发生频率很低，而重度及以上程度的霾在南宁市没有出现。六成以上的霾天气发生时的相对湿度为70～80%，仅有小部分霾日发生时相对湿度在60%以下。

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