近35a山西雾霾天气的时空分布及变化趋势_李苗

近35a山西雾霾天气的时空分布及变化趋势

李苗1逯张禹2 苗爱梅3

（1.山西省气象服务中心，太原 030002）（2.山西省农业科学院农业科技信息研究所，太原 030006）（3.山西省气象台，太原 030006）

摘要：利用地面气象观测数据，以雾和霾天气发生日数为指标, 分析了山西雾霾天气的时空分布特征，雾霾天气的变化特点及趋势。分析结果表明：（1）山西省大雾天气有东南部多于西北部的空间分布特征；山西霾日数具有盆地多于山区，南部多于北部，高值区总体呈东北—西南走向、随海拔高度的升高霾日数逐渐减少的特征；（2）霾天气主要出现在每年的10—12月和1—3月，夏季降水日数多湿沉降明显使得霾日明显减少，春季风力大，空气的水平运动强，对污染物的水平输送明显，也使得霾日数相对较少；一年四季，春季是出现大范围雾天气最少的季节，秋季则是一年当中出现大范围雾天气最多的季节。每年的8—10月是大范围雾频发的月份；（3）1978年—2012年山西省5站以上和10站以上霾日数分别以每年7天和4天的趋势增多；大于5站的雾日数徘徊在平均值77.8天上下，大于10站的雾日数徘徊在平均值36.8天上下；（4）大风日数的减少是霾日数增多的主要气候因素；雾霾天气是多种因素共同作用的结果，污染源排放与特殊的地理环境形成了雾霾天气的气候特征，适宜的气象条件则是雾霾天气的天气学成因。

关键词:雾霾天气时空分布变化趋势

1. 引言

随着社会经济的发展及人们环境意识的不断增强，雾霾天气所引发的气候效应，对人类生存环境的危害以及对经济、社会活动的影响，已越来越受到重视并迅速成为人们广泛关注的热点问题。尤其是2013年冬春中国中东部爆发的持续时间之长，影响范围之广的雾霾天气，在国内外造成了很大影响，让人们清晰的认识到保护环境、控制污染的重要性。近年来针对雾霾的研究，已有诸多成果[1～11 ]，但利用长度严格一致的资料，分析区域范围雾霾天气的时空分布及变化规律，这方面的工作尚不多见。本文试图利用山西的雾霾观测资料以及近期的pm2.5监测数据，分析山西雾霾天气的时空分布及年际变化特点及趋势；从现代气候变化以及相关联的其它气象要素的变化，探讨雾霾天气变化的主要气候因素和天气学成因。2．资料来源

2.1气象数据

本文对雾霾天气的研究主要以其出现日数作为定量表征指标。使用的109个站资料均取自山西省气象信息中心归档的原始气象记录月报表及其信息化产品，资料经过反复检查，质量和完整性很高。109站资料年代均为1978～2012 年，日界为20h—20h。

由于五台山的海拔高度相当于700hpa的高度，且是山西境内其它站点海拔高度的3～17倍，又由于五台山一年当中365天几乎日日出现雾，将其融入全省雾日数的统计不能反映雾日数的变化特征，因此，参与统计的站数实际上是除去五台山外的108站。

由于山西地形复杂，为反映山西雾霾出现的日数和影响范围的变化，减少局地因素在统计中的影响，本研究规定：一天之中全省有5站以上出现雾霾天气则记为一个雾霾日。若一天中同时出现雾和霾两种天气现象，则重复统计（如，某日的观测记录中有雾和霾，该日既统计为雾日，也统计为霾日）。

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山西省科技攻关项目“基于GIS的极端气象灾害预警与评估集成系统（20090311083）”、中国气象局气象关键技术集成与应用项目“山西省气象灾害预报与对策研究（CMAGJ2011M11）”和“山西省中尺度天气分析业务建设”（CMAGJ2012M09）、“2011年山西暴雨过程的多尺度特征对比分析”（CMAYBY2012—007）共同资助。

2.2大气污染物浓度数据

大气污染浓度数据为2013年1—7月，山西省观象台和太原市北郊的污染物浓度数据。主要是可吸入颗粒pm 2.5、pm 1和pm 10。

3. 结果与分析

3.1 雾霾日数的空间分布特征

图1 1978—2012年山西雾（a ）霾（b ）平均日数空间分布

山西省大雾天气有东南部多于西北部的空间分布特征（见图1 a ），与山西降水量的空间分布以及湿度的空间分布类似。说明大范围雾的出现，与湿度条件相关密切。

山西霾日数具有盆地多于山区，南部多于北部，高值区总体呈东北—西南走向、随海拔高度的升高霾日数逐渐减少的特征（见图1 b ）。平遥、候马是霾的高发区；吕梁、朔州、临汾西部、忻州西部、大同南部是霾的少发生区。 3.2雾霾日数的时间分布特征 3.2.1霾日数的时间分布特征

图2 1978～2012年大于5站和大于10站霾日数的月分布特征

由霾日数的月分布特征可知（见图2），大于5站的霾日数主要出现在10—12月和1—3月，大于10站的霾日数与大于5站的霾日数有同样的月分布特征。夏季降水日数多湿沉降明显使

得霾日明显减少，春季风力大，空气的水平运动强，对污染物的水平输送明显，也使得霾日

数相对较少。因此，霾日数的时间分布特征有较为明显的天气气候特征。

统计还表明，一天当中霾可以在任何时间出现。

3.2.2雾日数的时间分布特征

（1）大雾的月变化特征

图3 1978～2012年大于5站和大于10站雾日数的月分布特征由雾日数的月分布特征可知（见图3），大于5站的雾日数主要出现在7—12月，大于10站的雾日数主要出现在每年的8—12月。5月是大于5站和大于10站雾日数出现最少的月份，9月是大于5站和大于10站雾日数出现最多的月份。一年四季，春季是出现大范围雾日数最少的季节，秋季则是一年当中出现大范围雾日数最多的季节。每年的8—10月是大范围雾频发的月份。

（2）大雾的日变化特征

从各站大雾的出现时间分析，雾在一天24小时都有可能发生，发生在0时～12时的占89.2%，但大部分雾在日出前生成，日出后消散，持续时间不太长。

就形成大雾的时段看：全省的雾主要发生在凌晨3时到早晨8时，占雾开始时间的74.2%，这主要是由于这个时段是日最低气温出现的时间，气温的降低有利于近地层的水汽凝结而形成雾。一天中的9时～18时是生成大雾几率最小的时段，仅占5.6%。

就大雾结束的时段看：山西省雾的主要消散时段为早晨的6时～12时，占雾结束时间的82.3%。而各月雾消散时间的早晚不同，取决于日出后地面气温的回升情况，5～8月，雾的结束时间大多数在上午10时前，2月和9月在上午11时前，3月和10月在上午12时前，而11月和12月雾的结束时间一般在下午14时前。

3.3 雾霾日数的年际变化趋势

图4 1978—2012年大于5站（a ）和大于10站（b ）的雾霾日数的变化趋势

1978年—2012年山西省5站以上和10站以上霾日数分别以每年7天（a ）和4天（b ）的趋势增多，但在2007年以后呈现出明显的下降趋势。这与近年来山西转型跨越、控制和治理污染物排放有很大关系。大于5站的雾日数徘徊在平均值77.8天（a ）上下浮动，大于10站的雾日数徘徊在平均值36.8天（b ）上下浮动。 3.4山西雾霾天气的现状

（1）空间分布的变化

图5 山西省1950-2012年霾日数分布图山西省2011-2013年霾日数分布图

从山西霾日数的空间分布特征看，近两年与历史相比没有明显的变化，说明霾的空间

分布主要与山西的地理特征有关。

（2）雾霾日数近10年的变化趋势

图6 a 山西省2003-2012年雾日数的演变图 6b 山西省2003-2012年霾日数的演变

图6是1天中只要有1站雾霾就统计为1个雾霾日的统计结果。以上统计表明，雾和霾日数近10年都呈减少趋势。这与大气环流、天气形势调整有关，如：去冬今春首先是出现了不利于山西形成大范围雾霾天气的形势；也与山西产业结构逐步调整变化有关。

（3）2013年1—6月各个等级的霾出现的日数

表1 2013年1—6月各个等级的霾出现日数统计

能见度（km ） 5≤r＜10 3≤r＜5 2≤r＜3 1≤r＜2 r＜1 霾日数轻微霾轻度霾中度霾重度霾严重霾 148天 136天 34天 23天 6天 2天

表1统计结果说明：1日之内中度霾出现站数最多为5站； 1日之内重度霾出现站数最多为2站；严重霾1日之内出现最多的也仅有1站。因此，山西霾日出现范围以局地为主，等级以轻微霾为主。

（4）颗粒物现状

图7 2013年1月1日～7月4日山西省观象台颗粒物浓度变化

由2013年1月1日～7月4日山西省观象台观测的颗粒物浓度变化可知，3月中旬到5月中旬，各种颗粒物浓度都较低，这与春季风力较大，颗粒物的水平输送较强有直接的关系。5月10日后pm 10可吸入颗粒浓度突然猛增，这与5月10

日以后太原市的拆迁和道路改造

140

16018020022024026020

年份雾日

数

330

33534034535035536020

年份

有直接的关系。因此，可吸入颗粒物浓度的变化与天气气候有关，与人类的活动有关。

4 雾霾日数变化的原因分析

4.1 霾日数的空间分布与大风日数空间分布的对应关系

图8 1957-2006年山西霾日数(a)和大风日数(b)空间分布对应关系

图8是1957—2006年山西霾日数和大风日数的空间分布。对比两者的空间分布，发现：霾天气出现日数多的地方恰恰是大风天气出现少的地方，因此，霾的空间分布与大风日数的空间分布呈反比的关系。

因此，霾的形成与风力有关，而风力的大小与海拔高度、地形及环流背景有关，海拔低的地方风力小，霾形成的可能性大；另外，盆地大多是城市人口密集区和工业聚集区，因此，霾形成的元凶是污染源。风速大小则决定了污染物迁移、扩散能力，所以风速小的地方易出现霾天气，而风速大的地方出现霾天气的可能性则较小。 4.2 霾天气的年际变化与大风天气的年际变化的关系

图9 1957—2008年山西省大风日数的年变化趋势

55759511513515519

571960196319661969197219751978198119841987199019931996199920022005

年份

大风日数

1957—2008年山西省大风日数整体呈下降趋势，这与霾日数呈增多趋势恰好相反。说明，大风日数的减少是霾日数增多的主要气候因素。而气候变暖，冷空气势力偏北偏东，导致了大风日数的减少。因此，也可以说气候变暖是霾日数增多的主要原因。

4.3 雾霾天气的成因

雾霾霾天气是多种因素共同作用的结果。

图10 雾霾天气多因素作用示意图

由霾与大风天气的空间分布和年际变化分析可知，雾霾天气的出现是多种因素共同作用的结果。

污染源排放与特殊的地理环境形成了雾霾天气的气候特征，适宜的气象条件，如大气层结稳定、风速小、近地层高湿、逆温层存在则是雾霾天气形成的天气学成因。

5.结论与讨论

（1）山西雾霾日数空间分布特征的气候成因主要是特殊的地形和特殊的产业结构造成的；

（2）雾霾天气的时间分布特征与季节变化相关，夏季降水日数多和春季风力大（空气的垂直和水平运动强）使得雾霾日数相对较少；

（3）雾霾日数的增多与气候变暖大风日数的减少有关；

（4）山西雾霾日雾霾出现的范围以局地为主；

（5）2003年以后山西雾霾天气有较明显的减少趋势与大气环流、天气形势以及与山西在改善环境、治理大气污染方面做了大量的工作有关。

参考文献 :

[1] 叶光营，吴毅伟，刘必桔.福州区域雾霾天气时空分布特征分析[J].环境科学与技术，2010,33（10）：115—119.

[2]周亚军，刘燕.广州市雾与霾的天气和气候特征[J].广州气象，2008,30（2）：17—18.

[3]王业宏,盛春岩，杨晓霞,等.山东省霾日时空变化特征及其与气候要素的关系[J].气候变化研究进展，2009,5（1）：25—28.

[4] 范引琪, 李二杰, 范增禄, 等. 河北省 1960 — 2002 年城市大气能见度的变化趋势[J]. 大气科学, 2005, 29 (4): 526-545.

[5]廖玉芳, 吴贤运, 潘志祥, 等. 1961 — 2006 年湖南省霾现象的变化特征[J]. 气候变化研究进展, 2007, 3 (5): 260-265.

[6] 吴兑. 再论都市霾与雾的区别 [J]. 气象, 2006, 32 (4): 9-15.