近30年濟(jì)寧市霧和霾的時(shí)空分布特征及影響因子分析

李芳++趙京峰++張熙++馬麗++王曉默

摘要：利用山東省濟(jì)寧市11個(gè)氣象觀(guān)測(cè)站點(diǎn)30年（1985-2014年）的霧和霾地面觀(guān)測(cè)資料、風(fēng)向風(fēng)速、相對(duì)濕度、降水時(shí)間等資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)濟(jì)寧市霧和霾的時(shí)空分布特征及影響因子進(jìn)行研究。結(jié)果表明，濟(jì)寧市近30年霧日秋、冬季節(jié)多，占全年的70%左右，春、夏季節(jié)少，霾日呈明顯增多的趨勢(shì)；東南的丘陵地帶地勢(shì)較高，霧日一直較少（例如鄒城）；西北地區(qū)的梁山、汶上處于洼地，地勢(shì)較低，霧日較多；霧和霾時(shí)間與降水時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，且霧時(shí)間與降水時(shí)間呈明顯負(fù)相關(guān)；濟(jì)寧市95%的霾出現(xiàn)在風(fēng)速小于3.0 m/s的天氣情況下，一半以上出現(xiàn)在風(fēng)力小于1級(jí)的天氣情況下；霾日的年代變化和濟(jì)寧市煤化工、裝備制造、食品制造、能源工業(yè)四大千億級(jí)產(chǎn)業(yè)占規(guī)模以上工業(yè)比例變化基本一致，這是未來(lái)關(guān)于霾防治應(yīng)該注意的地方。

關(guān)鍵詞：霧；霾；時(shí)空分布特征；影響因子；濟(jì)寧市

中圖分類(lèi)號(hào)：P426.4；P427.1+22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(guó)氣象局的《地面氣象觀(guān)測(cè)規(guī)范》[1]中，霧是指大量微小水滴浮游空中，使水平能見(jiàn)度小于1.0 km的天氣現(xiàn)象；霾是指大量極細(xì)微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見(jiàn)度小于10 km，造成空氣普遍混濁的大氣現(xiàn)象。國(guó)外學(xué)者從20世紀(jì)60年代就開(kāi)始了大氣能見(jiàn)度、霧、霾變化趨勢(shì)的研究工作，在區(qū)域性霾現(xiàn)象對(duì)氣候的影響，輻射霧的形成與城市氣候的關(guān)系等方面都作了較為系統(tǒng)、深入的研究[2]。國(guó)內(nèi)學(xué)者在早期的研究中對(duì)霧、霾的物理化學(xué)形成條件及如何區(qū)分霧、霾等做過(guò)細(xì)致研究，也開(kāi)展了一些全國(guó)或區(qū)域性的霧、霾氣候特征研究[3-7]。付桂琴等[8]分析了河北省低能見(jiàn)度事件特征，發(fā)現(xiàn)河北省低能見(jiàn)度的地理分布呈北少南多的特點(diǎn)，太行山東麓地區(qū)低能見(jiàn)度事件更為集中。李恬等[9]利用多項(xiàng)式線(xiàn)性回歸擬合方法研究了1961-2013年山東省霾的季節(jié)性特征的年代際變異，發(fā)現(xiàn)山東省霾時(shí)間整體呈上升趨勢(shì)，20世紀(jì)90年代之前增長(zhǎng)明顯，之后增長(zhǎng)緩慢但維持在高值區(qū)波動(dòng)，且高值區(qū)分布在魯中西部、魯中南部和半島南部地區(qū)。本研究利用山東省濟(jì)寧市30年（1985-2014年）11個(gè)氣象觀(guān)測(cè)站的地面觀(guān)測(cè)資料，對(duì)濟(jì)寧市霧和霾的時(shí)空分布特征進(jìn)行研究，對(duì)造成其變化及分布特征的影響因子進(jìn)行初探。

1 資料來(lái)源及處理方法

1.1 資料來(lái)源

利用1985-2014年濟(jì)寧市1個(gè)國(guó)家基本氣象站（兗州）和10個(gè)國(guó)家一般氣象站（濟(jì)寧、曲阜、鄒城、泗水、微山、梁山、汶上、魚(yú)臺(tái)、嘉祥和金鄉(xiāng)）的觀(guān)測(cè)資料，包括8：00、14：00和20：00的能見(jiàn)度、相對(duì)濕度、天氣現(xiàn)象等資料，對(duì)濟(jì)寧市霧和霾的時(shí)空分布特征進(jìn)行研究。

所用濟(jì)寧市煤化工、裝備制造、食品制造、能源工業(yè)增長(zhǎng)值來(lái)源于2008-2012年《濟(jì)寧年鑒》（http：//www.jining.gov.cn/）。

1.2 資料處理

因不同的臺(tái)站、不同的觀(guān)測(cè)員對(duì)霧與霾的識(shí)別有很大差異，因而不能直接使用觀(guān)測(cè)記錄，又由于歷史污染物資料缺乏，因而1985-2013年霧日和霾日的判別無(wú)法采用現(xiàn)行的觀(guān)測(cè)規(guī)定（QX/T 113-2010）[10]，本研究采用類(lèi)似吳兌[6]和過(guò)宇飛等[11]對(duì)霧和霾的資料處理方法，選取1985-2014年濟(jì)寧市的逐日觀(guān)測(cè)資料，對(duì)8：00、14：00和20：00這3個(gè)觀(guān)測(cè)時(shí)次的能見(jiàn)度、相對(duì)濕度進(jìn)行判斷，定義當(dāng)3個(gè)時(shí)次中至少有一個(gè)時(shí)次滿(mǎn)足能見(jiàn)度<10 km且相對(duì)濕度<90%時(shí)，記為一個(gè)霾日；能見(jiàn)度<10 km且相對(duì)濕度≥90%，記為一個(gè)霧日。但當(dāng)該日有降水、吹雪、雪暴、揚(yáng)沙、沙塵暴、浮塵、煙幕等其他能導(dǎo)致能見(jiàn)度低的天氣現(xiàn)象時(shí)，該日剔除。

2014年以后地面氣象觀(guān)測(cè)結(jié)合大氣污染資料能較為準(zhǔn)確地識(shí)別霧和霾，但為了資料處理的一致性，仍然使用以上的處理方法，不用霧和霾直接記錄資料。季節(jié)的劃分：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 濟(jì)寧市霧和霾30年時(shí)空對(duì)比分析

2.1 濟(jì)寧市30年霧日和霾日季節(jié)變化

1985-2014年濟(jì)寧市11個(gè)縣市年平均霧時(shí)間為18.8 d（圖1a），秋、冬季節(jié)多，占全年的70%左右，春、夏季節(jié)少；年平均霾時(shí)間為11.6 d（圖1b），春季最少，夏、秋、冬所占比例相差不大。

從2005-2014年濟(jì)寧市10年月平均霾日變化可知（圖略），10月至次年2月霾日較多，這和秋冬季節(jié)雨日少、風(fēng)速小、逆溫增多、冬季取暖有一定關(guān)系；4-9月霾日較少，這幾個(gè)月大氣不穩(wěn)定性增加，雨日增加，霾日減少（6月霾日多，原因可能是6月正值夏收高峰，秸稈焚燒造成的）。

2.2 濟(jì)寧市30年霧日和霾日空間分布

1985-2014年濟(jì)寧市11個(gè)縣市年平均霧時(shí)間為18.8 d，從圖2a可以看出，兗州、汶上、魚(yú)臺(tái)、金鄉(xiāng)和梁山高于平均值，基本呈西多東少的分布，最多的是魚(yú)臺(tái)（27.9 d），最少的是鄒城（僅8.7 d）。濟(jì)寧地勢(shì)東高西低，東南的丘陵地帶霧日一直較少（比如鄒城）；西北地區(qū)的梁山、汶上處于洼地，地勢(shì)較低，霧日較多。

1985-2014年濟(jì)寧市11個(gè)縣市年平均霾時(shí)間為11.6 d，從圖2b可以看出，兗州、汶上、微山和泗水高于平均值，最多的是微山（28.8 d），最少的是魚(yú)臺(tái)（僅1.9 d）。

3 霧和霾天氣氣象要素影響因子分析

由于霧、霾天氣局地性特征比較明顯，因此，選濟(jì)寧站近10年氣象觀(guān)測(cè)資料為例，討論霧、霾天氣下的氣象要素特征。

3.1 濟(jì)寧市2005-2014年連續(xù)性霾持續(xù)時(shí)間

選取濟(jì)寧站2005-2014年的數(shù)據(jù)對(duì)霾的持續(xù)性特征進(jìn)行分析，將連續(xù)3 d或以上均出現(xiàn)霾作為一次連續(xù)性霾天氣過(guò)程。結(jié)果表明，濟(jì)寧站共出現(xiàn)連續(xù)性霾天氣過(guò)程13次；持續(xù)3 d的有8次，約占62%；持續(xù)4 d的有4次，約占30%；持續(xù)5 d的有1次，約占8%。濟(jì)寧市近10年持續(xù)性霾最長(zhǎng)時(shí)間為5 d，出現(xiàn)在2011年6月16-20日。僅6月就出現(xiàn)5次連續(xù)性霾，約占38%，可見(jiàn)6月出現(xiàn)霾天氣不容忽視。

3.2 霧、霾與降水時(shí)間的關(guān)系

從濟(jì)寧站2005-2014年霧和霾時(shí)間與降水時(shí)間的關(guān)系（圖3、圖4）可以看出，7-9月降水時(shí)間多的時(shí)候，霧和霾時(shí)間相對(duì)較少；霧和霾時(shí)間與降水時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，且霧時(shí)間與降水時(shí)間的負(fù)相關(guān)性明顯。6月霾日增多可能與秸稈焚燒有很大關(guān)系，污染物不利于擴(kuò)散。

霧和霾時(shí)間與降水時(shí)間的負(fù)相關(guān)關(guān)系是因?yàn)榻邓畬?duì)空氣中的顆粒物有去除作用[12]，一方面它可以吸附、沖刷空氣中的污染物粒子和氣溶膠，另一方面，降到地面的雨水能抑制地面揚(yáng)塵的飄散，所以降水時(shí)間增多，霾日就相對(duì)減少。

3.3 霧、霾與平均風(fēng)場(chǎng)的關(guān)系

風(fēng)速是霧、霾維持與否的重要因素，風(fēng)速較大時(shí)，大氣污染物水平輸送和近地層湍流較強(qiáng)，利于垂直方向上的擴(kuò)散，大氣污染物和氣溶膠不易堆積，不易出現(xiàn)霧、霾；反之，較小的風(fēng)速不利于污染物的擴(kuò)散和稀釋?zhuān)菀仔纬肾?。分析得出，霾天氣時(shí)風(fēng)速小于等于1.5 m/s（風(fēng)力0～1級(jí)）的占66.72%，風(fēng)速在1.6～3.3 m/s（風(fēng)力2級(jí)）的占28.29%，風(fēng)速大于等于3.4 m/s（風(fēng)力3級(jí)）的僅占4.99%，故霾出現(xiàn)時(shí)以靜風(fēng)或小風(fēng)情況居多，當(dāng)風(fēng)力達(dá)到3級(jí)或以上時(shí)一般不易出現(xiàn)霾。風(fēng)速特征表明，濟(jì)寧市95%的霾天氣出現(xiàn)在風(fēng)速小于3.0 m/s的天氣下，一半以上出現(xiàn)在風(fēng)力小于1級(jí)的天氣下。從圖5和圖6可以看出，4月平均風(fēng)速較大時(shí)（大于2.5 m/s），霧和霾時(shí)間均出現(xiàn)明顯的下降。

3.4 霧、霾與相對(duì)濕度的關(guān)系

2011年之前，相對(duì)濕度大小和霧時(shí)間多少變化基本一致，2011年之后，霾日變化和相對(duì)濕度變化基本一致（圖略）。

4 霧和霾天氣環(huán)境影響因子分析

4.1 氣候變化

分析濟(jì)寧市近10年的資料發(fā)現(xiàn)，近10年風(fēng)速呈減弱趨勢(shì)，2011年之后平均風(fēng)速小于2 m/s，且一年中多靜風(fēng)，不利于污染物擴(kuò)散，加重了城市空氣污染，這與2011年之后霾日的增多吻合。

同時(shí)霧和霾之間的轉(zhuǎn)化也是霧時(shí)間減少、霾時(shí)間增加的一大原因，當(dāng)空氣中相對(duì)濕度超過(guò)90%時(shí)，霾粒子吸附的液態(tài)水成為霧滴，而相對(duì)濕度降低時(shí)，霧滴脫水后霾粒子又懸浮在大氣中；大城市熱島效應(yīng)易導(dǎo)致較厚的逆溫層，阻礙空氣垂直方向?qū)α鬏斔?，使得城市排放顆粒污染物難以擴(kuò)散，有利于霾日增加。

4.2 工業(yè)污染

城市污染物排放源的增加導(dǎo)致區(qū)域氣候差異對(duì)局地霾天氣有較明顯的影響，其中工業(yè)污染是影響霾天氣的一個(gè)重要因素。城市工業(yè)發(fā)展，污染物排放源增多，直接導(dǎo)致了能見(jiàn)度降低，空氣質(zhì)量下降，霾天氣增多。

查《濟(jì)寧年鑒》發(fā)現(xiàn)，2008-2011年濟(jì)寧市煤化工、裝備制造、食品制造、能源工業(yè)四大千億級(jí)產(chǎn)業(yè)增加值不斷上升，占規(guī)模以上工業(yè)比例也急劇增加，近年來(lái)一直保持同比增長(zhǎng)的趨勢(shì)，具體數(shù)值如圖7所示。分析可知，2008-2010年霾日迅速增加，2010年和2011年霾日略有減少，2008年四大產(chǎn)業(yè)占規(guī)模以上比例僅為40.1%，2010年迅速達(dá)到73.4%，2011年和2010年比例差不多，霾日的年代變化趨勢(shì)和2008-2011年四大產(chǎn)業(yè)占規(guī)模以上工業(yè)比例基本一致，這是未來(lái)關(guān)于霾日防治應(yīng)該注意的地方。

5 結(jié)論

1）濟(jì)寧市近30年霧日秋、冬季節(jié)多，占全年的70%左右，春、夏季節(jié)少；濟(jì)寧市近30年霾日呈顯著增多的趨勢(shì)，春季最少，夏、秋、冬所占比例相差不大。

2）濟(jì)寧市近30年霧日空間分布：濟(jì)寧地勢(shì)東高西低，東南的丘陵地帶霧日一直較少（比如鄒城）；西北地區(qū)的梁山、汶上處于洼地，地勢(shì)較低，霧日較多。濟(jì)寧市30年霾日的空間分布：兗州、汶上、微山和泗水高于平均值。

3）霧和霾時(shí)間與降水時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，且霧時(shí)間與降水時(shí)間的負(fù)相關(guān)性明顯。

4）濟(jì)寧市95%的霾天氣出現(xiàn)在風(fēng)速小于3.0 m/s的天氣情況下，一半以上出現(xiàn)在風(fēng)力小于1級(jí)的天氣情況下。

5）2011年之前，相對(duì)濕度大小與霧時(shí)間變化基本一致；2011年之后，霾時(shí)間變化與相對(duì)濕度變化基本一致。

6）影響霧、霾的環(huán)境因子為氣候變化和工業(yè)污染。

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