紹興地區(qū)灰霾天氣歷史變化特征及成因分析

王力　張春艷

摘 要：利用紹興地區(qū)各臺站建站以來觀測資料，對紹興地區(qū)灰霾天氣的歷史變化進(jìn)行分析。結(jié)果表明，紹興地區(qū)逐年平均灰霾日數(shù)總體呈上升趨勢，特別是2011-2012年，灰霾日數(shù)占?xì)v年總數(shù)的35.2%?；姻踩諗?shù)12月最多，8月最少；灰霾天氣中，風(fēng)速≤3.0m/s時，出現(xiàn)概率最大，為67.0%；當(dāng)風(fēng)向為NNE時，出現(xiàn)概率最大，為16.0%，SE時，出現(xiàn)概率最低，僅為1.6%。年日照時數(shù)與灰霾天數(shù)呈弱的負(fù)相關(guān)。5個縣中紹興和諸暨灰霾日較其它縣市偏多，可能與其工業(yè)化程度強(qiáng)有關(guān)。除城市工業(yè)化發(fā)展等因素外，灰霾的觀測判別標(biāo)準(zhǔn)的變化是其中一個重要原因，如按照目前灰霾的判別標(biāo)準(zhǔn)，重新統(tǒng)計歷年可能出現(xiàn)的天數(shù)，2000年后年平均灰霾天數(shù)比70年代增幅僅為41%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實際增幅704%。早期判別標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、閾值偏低造成灰霾天數(shù)記錄偏少。

關(guān)鍵詞：灰霾；歷年變化特征；成因；紹興地區(qū)

中圖分類號 S16 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B 文章編號 1007-7731（2013）06-100-04

灰霾是大量極細(xì)微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10km的空氣普遍渾濁現(xiàn)象，使遠(yuǎn)處光亮物微帶黃、紅色，黑暗物微帶藍(lán)色[1]。核心物質(zhì)為灰塵顆粒，即氣溶膠顆粒，一天中任何時候均可出現(xiàn)。除了氣象條件，工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)動車尾氣排放、冬季取暖燒煤等導(dǎo)致大氣中顆粒物（包括粗顆粒物PM10和PM2.5）濃度增加是灰霾產(chǎn)生的重要因素[2]。

紹興地區(qū)處于浙西山地丘陵、浙東丘陵山地和浙北平原三大地貌單元的交接地帶，地貌比較復(fù)雜。地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，季風(fēng)顯著，四季分明，氣候溫和，濕潤多雨。近10a由于經(jīng)濟(jì)規(guī)模迅速擴(kuò)大和城市化進(jìn)程加快，大氣氣溶膠污染日趨嚴(yán)重，由氣溶膠污染造成的能見度惡化事件越來越多，引起科學(xué)界、政府部門和社會公眾的廣泛關(guān)注，而成為熱門話題[3]。鄭宏翔、王業(yè)宏、靳利梅[4-6]等也對不同地區(qū)的灰霾特征進(jìn)行了分析，指出最近10a灰霾天數(shù)逐年增加，與地面風(fēng)、日照等有相應(yīng)關(guān)系，并對交通和人體健康帶來很大危害。因此，分析紹興地區(qū)歷年霾日變化具有十分重要的意義。筆者利用紹興地區(qū)嵊州、紹興、諸暨、上虞、新昌5個氣象觀測站建站以來至2012年的地面氣象觀測資料，從時間和成因上分析了紹興地區(qū)灰霾日數(shù)的變化特征。

1 資料選取和方法

本研究所用的資料已經(jīng)過國家數(shù)據(jù)質(zhì)量修訂。采用嵊州1953-2012年、紹興1961-2012年、諸暨1971-2012年、上虞1971-2012年、新昌1972-2012年歷史資料，同時段分析中，各臺站統(tǒng)一采用1972-2012年資料。從時間上分析紹興地區(qū)灰霾的年際變化、月際變化，并分析風(fēng)和日照等氣象要素的影響。按照最新灰霾標(biāo)準(zhǔn)，將相對濕度的閾值定為90%，作為區(qū)分輕霧（霧）與霾的輔助判據(jù)，對歷史資料進(jìn)行回算，重新統(tǒng)計歷年灰霾出現(xiàn)日數(shù)，分析年際變化。

2 紹興地區(qū)灰霾天氣變化特征

2.1 灰霾年際變化 對1972-2012年嵊州、紹興、諸暨、上虞、新昌歷年灰霾日數(shù)統(tǒng)計，由圖1（a）可見紹興地區(qū)灰霾天氣的年際變化分3個階段：1972-2002年，地區(qū)歷年平均總霾日數(shù)均低于11d，平均每年5.4d；2003-2010年每年在20d以上，平均29d，2010年達(dá)到51d，增加迅速；2011-2012年年均120.4d，比上一階段增幅315%。圖1（b）為各臺站建站以來灰霾年際變化曲線圖，2002年以前，除嵊州、諸暨外，紹興、上虞、新昌年灰霾總數(shù)均低于10d。諸暨最大19d（2001年），嵊州1953-1954年天數(shù)較多，分別為56d、65d，其余年份在2～29d內(nèi)波動。2002年后有所增加，尤其是紹興、諸暨，增幅最大，新昌最少。

2.2 灰霾月際變化 圖2為1972-2012年歷年各月灰霾總?cè)諗?shù)統(tǒng)計圖。由圖2（a）中可見，灰霾日數(shù)隨季節(jié)變化較為明顯，冬季12月份最多，平均122.4d，次多月為1月份，90d。夏季8月份最少，平均21.6d，次少月7月份，平均22.6d。10月至次年1月的總天數(shù)占到全年的62%。呈冬季多、夏季少、秋季多余春季的變化特征?？赡芨锒竟?jié)混合層厚度低、大氣層結(jié)穩(wěn)定、風(fēng)速偏小、空氣干燥，大氣顆粒物難以擴(kuò)散稀釋有關(guān)，而春夏季節(jié)的充沛降水不利于灰霾的形成。圖2（b）為同時段各臺站灰霾月際分布情況，上虞、新昌月際變化較小，嵊州最大。

2.3 灰霾天氣地面風(fēng)的變化特征 灰霾現(xiàn)象一天中任何時候均可出現(xiàn)，有利的天氣條件為氣團(tuán)穩(wěn)定、較干燥，此條件與上述秋冬季節(jié)出現(xiàn)頻率較高的結(jié)果一致。從觀測記錄看，中午前后出現(xiàn)灰霾的概率最高，以14時為例，分析各臺站建站以來出現(xiàn)灰霾時地面風(fēng)向風(fēng)速的特征，結(jié)果如表1。由表1可知，出現(xiàn)灰霾時，風(fēng)速≤3.0m/s占各臺站灰霾總?cè)諗?shù)的65%以上，風(fēng)向NNE、N時，出現(xiàn)概率最高，風(fēng)向為SE、SSE時，概率較小。各臺站的變化特征大致相同，這與紹興地區(qū)冬半年盛行偏北風(fēng)、下半年盛行偏南風(fēng)有關(guān)，也正好與灰霾的月際變化情況一致。

2.4 日照時數(shù)年際變化 日照時數(shù)表示一個地方接受太陽光照射的實有時數(shù)，是太陽輻射最直接的表現(xiàn)，受云、霧、空氣污染物等多種因素影響。分析1972-2012年紹興地區(qū)各臺站年平均日照時數(shù)發(fā)現(xiàn)，過去的41a里，70年代年平均日照時數(shù)為1 914.8h，80年代為1 826.1h，90年代為1 722.6h，2000年以后為1 792.9h，總體上呈緩慢下降趨勢，但近10a反而有所增加。年平均日照時數(shù)最少的20a里，1990年前的年份只出現(xiàn)5個。由圖4看，日照時數(shù)的年際變化與灰霾天氣的變化情況有一定關(guān)系，但并不表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性，尤其是1990年后，與灰霾天數(shù)的快速增長相比，日照時數(shù)的變化并不成負(fù)相關(guān)。這種情況表明，單純就灰霾對日照時數(shù)的影響較小，應(yīng)該從浮塵、揚(yáng)沙、輕霧、霧等視程障礙現(xiàn)象及總云量的變化來分析年日照時數(shù)的相關(guān)性。

3 灰霾變化成因分析

3.1 城市、工業(yè)化發(fā)展的影響 城市化進(jìn)程的突飛猛進(jìn)、城市面積和人口的不斷增加、交通和生產(chǎn)活動產(chǎn)生的大量污染物，對灰霾的影響最大。城市建設(shè)的迅速發(fā)展增大了地面摩擦系數(shù)，使風(fēng)流經(jīng)城區(qū)時明顯減弱。低風(fēng)速現(xiàn)象增多，不利于大氣污染物向城區(qū)外圍擴(kuò)展稀釋，導(dǎo)致積累高濃度污染。其次，城市熱島效應(yīng)使得垂直方向形成逆溫現(xiàn)象。污染物不能逐漸循環(huán)排放到大氣中，導(dǎo)致污染物的低空滯留。第三，工業(yè)的發(fā)展、機(jī)動車輛的增多，污染物的排放直接導(dǎo)致了懸浮顆粒的增加，造成能見度的降低，當(dāng)逆溫、靜風(fēng)時形成灰霾。這在各臺站灰霾的年際變化中尤為明顯，紹興、諸暨等城市建設(shè)比較迅速的地方，近10a灰霾的增長最為明顯，2011-2012年總?cè)諗?shù)分別為467d、419d。新昌雖然總?cè)諗?shù)最少，但與2010年前比較，增幅也是十分明顯，2010年前年霾日均低于10d，2011年達(dá)到14d，2012年激增到47d。上虞高于嵊州，這種變化特征也與所屬臺站的城市發(fā)展情況相一致。

3.2 判別標(biāo)準(zhǔn)不一致的影響 在全國氣象系統(tǒng)的臺站觀測中，區(qū)分霾與輕霧的判據(jù)比較混亂，缺乏可比性，東南沿海各省不成文規(guī)定的用相對濕度區(qū)分的標(biāo)準(zhǔn)普遍偏低，將大量霾記成了輕霧。實際上近地層大氣中每時每刻總是有霾存在的，歷史上我國各級氣象部門從來不存在以相對濕度70%界定輕霧與霾的補(bǔ)充規(guī)定。因此，由于理解的問題，將大量霾記成了輕霧[7]。吳兌曾撰文，將相對濕度的閾值定為90%，作為區(qū)分輕霧（霧）與霾的輔助判據(jù)是合理的[7]。在紹興地區(qū)各臺站灰霾記錄標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)查中，也無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。參照《地面氣象觀測規(guī)范》中灰霾定義標(biāo)準(zhǔn)，又缺乏明確的記錄依據(jù)。在沒有大氣成分參考下，僅僅依據(jù)觀測員對相對濕度、天氣狀況的分析，常常存在個體差異。從記錄標(biāo)準(zhǔn)看，相對濕度的取值范圍相當(dāng)寬，從55%～85%都有，特別是大霧結(jié)束，相對濕度維持在60%～80%，能見度<10.0km時，對灰霾與輕霧的區(qū)分十分模糊，形成記錄霾的閾值普遍偏低。

2010年《霾的觀測和預(yù)報等級》（國家氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QX/T113-2010）對霾觀測的判識條件規(guī)定如下：“能見度小于10.0km，排除降水、沙塵暴、揚(yáng)沙、浮塵、煙幕、吹雪、雪暴等天氣現(xiàn)象造成的視程障礙。相對濕度小于80%，判識為霾；相對濕度80%～95%時，按照地面氣象觀測規(guī)范規(guī)定的描述或大氣成分指標(biāo)進(jìn)一步判識”。2010年9月1日浙江省氣象局發(fā)文執(zhí)行（浙氣測函〔2010〕37號），該文件的執(zhí)行對2011-2012年各臺站灰霾現(xiàn)象的激增起到關(guān)鍵性作用。2013年1月，中國氣象局綜合觀測司在氣測函〔2013〕17號《觀測司關(guān)于霾天氣現(xiàn)象觀測補(bǔ)充規(guī)定的函》中再次補(bǔ)充強(qiáng)調(diào)，可將相對濕度參照標(biāo)準(zhǔn)提高到90%。圖5為各臺站2011-2012年總霾日占各自臺站總霾日的比率圖，增加最明顯的是紹興、新昌，2a總量分別達(dá)到了歷年總量的45.9%、43%，說明在過去的記錄中，灰霾記錄標(biāo)準(zhǔn)過低是一個重要原因。嵊州站比率最小，占總數(shù)的16.9%，前后記錄判別標(biāo)準(zhǔn)改變不大，具有較好的連續(xù)性。

4 結(jié)論

（1）紹興地區(qū)的灰霾天氣年際、月際變化非常明顯。年際變化分1972-2002年、2003-2010年、2011-2012年3個階段。尤其是第三階段，地區(qū)總天數(shù)占?xì)v年總和35.2%，呈劇烈上升趨勢?；姻驳募竟?jié)差異變化顯著，呈冬季最多、夏季最少、秋季高于春季的特點(diǎn)。從各臺站分析，紹興、諸暨年際變化增幅最大，新昌最少。嵊州月際變化最大，上虞、新昌較小。

（2）出現(xiàn)灰霾時，14時風(fēng)速≤3.0m/s占各臺站灰霾總?cè)諗?shù)的65%以上，風(fēng)向NNE、N時，出現(xiàn)概率最高，風(fēng)向為SE、SSE時，概率較小。各臺站的變化特征大致相同。當(dāng)一個地區(qū)風(fēng)速較小、盛行偏北風(fēng)時，相同條件下更易形成灰霾。

（3）灰霾天氣對日照時數(shù)有一定的影響，但并不表現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)。年日照時數(shù)的變化應(yīng)結(jié)合降水、浮塵、揚(yáng)沙、輕霧、霧、總云量等綜合分析。

（4）城市工業(yè)化發(fā)展、人類活動產(chǎn)生的大量污染物是形成灰霾天氣的主要原因，城市發(fā)展迅速的地方灰霾天數(shù)增長最快。輕霧反映自然的年際與年代際氣候波動，而霾反映人類活動引起的趨勢性變化。

（5）在過去的時間里，灰霾判別標(biāo)準(zhǔn)不確定，各個臺站依據(jù)相對濕度取值的范圍也比較大，容易造成將大量的灰霾天氣記錄為輕霧。2010年9月《霾的觀測和預(yù)報等級》的發(fā)布對霾的記錄重要影響，導(dǎo)致2011-2012年霾日的劇增。將1972-2012年各臺站歷年記錄按照新的標(biāo)準(zhǔn)對天氣現(xiàn)象（霾和輕霧）重新判斷，總體仍呈現(xiàn)上升趨勢，但2000年后平均天數(shù)比70年代漲幅僅為41%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實際觀測的704%。前期灰霾標(biāo)準(zhǔn)不確定、記錄閾值不統(tǒng)一是最主要原因，造成歷史上灰霾日數(shù)偏少。但在歷史資料的重新統(tǒng)計過程中，僅考慮能見度與相對濕度的影響，判斷結(jié)果未考慮降水對能見度的影響，且忽略相對濕度80%～90%時輕霧的可能，造成理論霾日的增加，對該統(tǒng)計結(jié)果造成一定的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范[M].第一版.北京：北京氣象出版社，2003：23-24.

[2]高歌.1961-2005年中國霾日氣候特征及變化分析[J].地理學(xué)報，2008（7）：761-768.

[3]吳兌.近十年中國灰霾天氣研究綜述[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2012，32（2）：257-269.

[4]鄭宏翔，鞏志宇.南昌灰霾天氣的氣候特征分析[J].江西能源，2008（1）：47-50.

[5]王業(yè)宏，盛春巖，楊曉霞，等.山東省霾日時空變化特征及其與氣候要素的關(guān)系[J].氣候變化研究進(jìn)展，2009（1）：24-28.

[6]靳利梅，史軍.上海霧和霾日數(shù)的氣候特征及變化規(guī)律[J].高原氣象，2008（S1）：26-31.

[7]吳兌.再論相對濕度對區(qū)別都市霾與霧（輕霧）的意義[J].廣東氣象，2006（1）：26-30. （責(zé)編：徐世紅）