近30年济宁市雾和霾的时空分布特征及影响因子分析

2017-03-18李芳赵京峰张熙马丽王晓默

湖北农业科学 2016年21期

李芳++赵京峰++张熙++马丽++王晓默

摘要：利用山东省济宁市11个气象观测站点30年（1985-2014年）的雾和霾地面观测资料、风向风速、相对湿度、降水时间等资料，运用统计分析方法对济宁市雾和霾的时空分布特征及影响因子进行研究。结果表明，济宁市近30年雾日秋、冬季节多，占全年的70%左右，春、夏季节少，霾日呈明显增多的趋势；东南的丘陵地带地势较高，雾日一直较少（例如邹城）；西北地区的梁山、汶上处于洼地，地势较低，雾日较多；雾和霾时间与降水时间呈负相关，且雾时间与降水时间呈明显负相关；济宁市95%的霾出现在风速小于3.0 m/s的天气情况下，一半以上出现在风力小于1级的天气情况下；霾日的年代变化和济宁市煤化工、装备制造、食品制造、能源工业四大千亿级产业占规模以上工业比例变化基本一致，这是未来关于霾防治应该注意的地方。

关键词：雾；霾；时空分布特征；影响因子；济宁市

中图分类号：P426.4；P427.1+22 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）21-5488-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.21.013

Spatio-temporal Characteristics and Impact Factors of Fog and Haze Days

in Jining During Thirty Years

LI Fang， ZHAO Jing-feng， ZHANG Xi， MA Li， WANG Xiao-mo

（Jining Meteorological Bureau， Jining 272000， Shandong， China）

Abstract： Based on the weather data，e.g. fog and haze， average wind speed，relative humidity and precipitation days in Jining from 1985 to 2014，the spatio-temporal characteristics and impact factors of fog and haze days in recent 30 years were analyzed by statistic analysis method. The results indicated that the seasonal distribution of fog days in Jining city during the last 30 years was as follow：autumn and winter seasons were accounting for about 70% of the year，spring and summer season was less. Haze days presented a significant increasing trend. The fog days increased from southeast to northwest， the more in depression（for example，Liangshan and Wenshang），the less in hilly（for example，Zoucheng）. There was a negative relation between precipitation days and fog/haze days，and this relation of fog days and precipitation days was obvious. When 95% of haze weather emerged in Jining city，wind speed was less than 3.0 m/s，and more than half emerged under the wind level was less than 1. The change law of haze days showed similar with the changes of proportion of coal chemical industry，equipment manufacturing，food manufacturing，energy industry in industries above a designated scale，it must be paied attention to control haze days in the future.

Key words： fog； haze； spatio-temporal characteristics； impact factor； Jining city

在中國气象局的《地面气象观测规范》[1]中，雾是指大量微小水滴浮游空中，使水平能见度小于1.0 km的天气现象；霾是指大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10 km，造成空气普遍混浊的大气现象。国外学者从20世纪60年代就开始了大气能见度、雾、霾变化趋势的研究工作，在区域性霾现象对气候的影响，辐射雾的形成与城市气候的关系等方面都作了较为系统、深入的研究[2]。国内学者在早期的研究中对雾、霾的物理化学形成条件及如何区分雾、霾等做过细致研究，也开展了一些全国或区域性的雾、霾气候特征研究[3-7]。付桂琴等[8]分析了河北省低能见度事件特征，发现河北省低能见度的地理分布呈北少南多的特点，太行山东麓地区低能见度事件更为集中。李恬等[9]利用多项式线性回归拟合方法研究了1961-2013年山东省霾的季节性特征的年代际变异，发现山东省霾时间整体呈上升趋势，20世纪90年代之前增长明显，之后增长缓慢但维持在高值区波动，且高值区分布在鲁中西部、鲁中南部和半岛南部地区。本研究利用山东省济宁市30年（1985-2014年）11个气象观测站的地面观测资料，对济宁市雾和霾的时空分布特征进行研究，对造成其变化及分布特征的影响因子进行初探。

1 资料来源及处理方法

1.1 資料来源

利用1985-2014年济宁市1个国家基本气象站（兖州）和10个国家一般气象站（济宁、曲阜、邹城、泗水、微山、梁山、汶上、鱼台、嘉祥和金乡）的观测资料，包括8：00、14：00和20：00的能见度、相对湿度、天气现象等资料，对济宁市雾和霾的时空分布特征进行研究。

所用济宁市煤化工、装备制造、食品制造、能源工业增长值来源于2008-2012年《济宁年鉴》（http：//www.jining.gov.cn/）。

1.2 资料处理

因不同的台站、不同的观测员对雾与霾的识别有很大差异，因而不能直接使用观测记录，又由于历史污染物资料缺乏，因而1985-2013年雾日和霾日的判别无法采用现行的观测规定（QX/T 113-2010）[10]，本研究采用类似吴兑[6]和过宇飞等[11]对雾和霾的资料处理方法，选取1985-2014年济宁市的逐日观测资料，对8：00、14：00和20：00这3个观测时次的能见度、相对湿度进行判断，定义当3个时次中至少有一个时次满足能见度<10 km且相对湿度<90%时，记为一个霾日；能见度<10 km且相对湿度≥90%，记为一个雾日。但当该日有降水、吹雪、雪暴、扬沙、沙尘暴、浮尘、烟幕等其他能导致能见度低的天气现象时，该日剔除。

2014年以后地面气象观测结合大气污染资料能较为准确地识别雾和霾，但为了资料处理的一致性，仍然使用以上的处理方法，不用雾和霾直接记录资料。季节的划分：春季3-5月，夏季6-8月，秋季9-11月，冬季12月至次年2月。

2 济宁市雾和霾30年时空对比分析

2.1 济宁市30年雾日和霾日季节变化

1985-2014年济宁市11个县市年平均雾时间为18.8 d（图1a），秋、冬季节多，占全年的70%左右，春、夏季节少；年平均霾时间为11.6 d（图1b），春季最少，夏、秋、冬所占比例相差不大。

从2005-2014年济宁市10年月平均霾日变化可知（图略），10月至次年2月霾日较多，这和秋冬季节雨日少、风速小、逆温增多、冬季取暖有一定关系；4-9月霾日较少，这几个月大气不稳定性增加，雨日增加，霾日减少（6月霾日多，原因可能是6月正值夏收高峰，秸秆焚烧造成的）。

2.2 济宁市30年雾日和霾日空间分布

1985-2014年济宁市11个县市年平均雾时间为18.8 d，从图2a可以看出，兖州、汶上、鱼台、金乡和梁山高于平均值，基本呈西多东少的分布，最多的是鱼台（27.9 d），最少的是邹城（仅8.7 d）。济宁地势东高西低，东南的丘陵地带雾日一直较少（比如邹城）；西北地区的梁山、汶上处于洼地，地势较低，雾日较多。

1985-2014年济宁市11个县市年平均霾时间为11.6 d，从图2b可以看出，兖州、汶上、微山和泗水高于平均值，最多的是微山（28.8 d），最少的是鱼台（仅1.9 d）。

3 雾和霾天气气象要素影响因子分析

由于雾、霾天气局地性特征比较明显，因此，选济宁站近10年气象观测资料为例，讨论雾、霾天气下的气象要素特征。

3.1 济宁市2005-2014年连续性霾持续时间

选取济宁站2005-2014年的数据对霾的持续性特征进行分析，将连续3 d或以上均出现霾作为一次连续性霾天气过程。结果表明，济宁站共出现连续性霾天气过程13次；持续3 d的有8次，约占62%；持续4 d的有4次，约占30%；持续5 d的有1次，约占8%。济宁市近10年持续性霾最长时间为5 d，出现在2011年6月16-20日。仅6月就出现5次连续性霾，约占38%，可见6月出现霾天气不容忽视。

3.2 雾、霾与降水时间的关系

从济宁站2005-2014年雾和霾时间与降水时间的关系（图3、图4）可以看出，7-9月降水时间多的时候，雾和霾时间相对较少；雾和霾时间与降水时间呈负相关，且雾时间与降水时间的负相关性明显。6月霾日增多可能与秸秆焚烧有很大关系，污染物不利于扩散。

雾和霾时间与降水时间的负相关关系是因为降水对空气中的颗粒物有去除作用[12]，一方面它可以吸附、冲刷空气中的污染物粒子和气溶胶，另一方面，降到地面的雨水能抑制地面扬尘的飘散，所以降水时间增多，霾日就相对减少。

3.3 雾、霾与平均风场的关系

风速是雾、霾维持与否的重要因素，风速较大时，大气污染物水平输送和近地层湍流较强，利于垂直方向上的扩散，大气污染物和气溶胶不易堆积，不易出现雾、霾；反之，较小的风速不利于污染物的扩散和稀释，容易形成霾。分析得出，霾天气时风速小于等于1.5 m/s（风力0～1级）的占66.72%，风速在1.6～3.3 m/s（风力2级）的占28.29%，风速大于等于3.4 m/s（风力3级）的仅占4.99%，故霾出现时以静风或小风情况居多，当风力达到3级或以上时一般不易出现霾。风速特征表明，济宁市95%的霾天气出现在风速小于3.0 m/s的天气下，一半以上出现在风力小于1级的天气下。从图5和图6可以看出，4月平均风速较大时（大于2.5 m/s），雾和霾时间均出现明显的下降。

3.4 雾、霾与相对湿度的关系

2011年之前，相对湿度大小和雾时间多少变化基本一致，2011年之后，霾日变化和相对湿度变化基本一致（图略）。

4 雾和霾天气环境影响因子分析

4.1 气候变化

分析济宁市近10年的资料发现，近10年风速呈减弱趋势，2011年之后平均风速小于2 m/s，且一年中多静风，不利于污染物扩散，加重了城市空气污染，这与2011年之后霾日的增多吻合。

同时雾和霾之间的轉化也是雾时间减少、霾时间增加的一大原因，当空气中相对湿度超过90%时，霾粒子吸附的液态水成为雾滴，而相对湿度降低时，雾滴脱水后霾粒子又悬浮在大气中；大城市热岛效应易导致较厚的逆温层，阻碍空气垂直方向对流输送，使得城市排放颗粒污染物难以扩散，有利于霾日增加。

4.2 工业污染

城市污染物排放源的增加导致区域气候差异对局地霾天气有较明显的影响，其中工业污染是影响霾天气的一个重要因素。城市工业发展，污染物排放源增多，直接导致了能见度降低，空气质量下降，霾天气增多。

查《济宁年鉴》发现，2008-2011年济宁市煤化工、装备制造、食品制造、能源工业四大千亿级产业增加值不断上升，占规模以上工业比例也急剧增加，近年来一直保持同比增长的趋势，具体数值如图7所示。分析可知，2008-2010年霾日迅速增加，2010年和2011年霾日略有减少，2008年四大产业占规模以上比例仅为40.1%，2010年迅速达到73.4%，2011年和2010年比例差不多，霾日的年代变化趋势和2008-2011年四大产业占规模以上工业比例基本一致，这是未来关于霾日防治应该注意的地方。

5 结论

1）济宁市近30年雾日秋、冬季节多，占全年的70%左右，春、夏季节少；济宁市近30年霾日呈显著增多的趋势，春季最少，夏、秋、冬所占比例相差不大。

2）济宁市近30年雾日空间分布：济宁地势东高西低，东南的丘陵地带雾日一直较少（比如邹城）；西北地区的梁山、汶上处于洼地，地势较低，雾日较多。济宁市30年霾日的空间分布：兖州、汶上、微山和泗水高于平均值。

3）雾和霾时间与降水时间呈负相关，且雾时间与降水时间的负相关性明显。

4）济宁市95%的霾天气出现在风速小于3.0 m/s的天气情况下，一半以上出现在风力小于1级的天气情况下。

5）2011年之前，相对湿度大小与雾时间变化基本一致；2011年之后，霾时间变化与相对湿度变化基本一致。

6）影响雾、霾的环境因子为气候变化和工业污染。

参考文献：

[1] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.21-27.

[2] MALM W C.Characteristics and origins of haze in the continentalunited-states[J].Earth-Science Reviews，1992，33（1）：1-36.

[3] 汤鹏宇，何宏让，阳向荣.大连海雾特征及形成机理初步分析[J].干旱气象，2013，31（1）：62-69.

[4] 高红燕，贺音，王丹，等.近50年西安市雾时间的变化趋势及可能原因[J].高原气象，2013，32（6）：1739-1746.