濟(jì)寧霧日和霾日時空分布對比分析及變化規(guī)律初探

李芳++趙京峰+王曉默++張熙++宋佳

析和多項式擬合的方法對濟(jì)寧地區(qū)霧和霾的時空分布特征及演變規(guī)律進(jìn)行研究。結(jié)果表明，濟(jì)寧11個市縣霧日的逐月變化可分成單峰-單谷型、不規(guī)則波動型、U型和雙峰-雙谷型；11個市縣霾日的月變化可以分成3峰-3谷型和3峰-2谷型；6月發(fā)生霧天氣最少，但霾天氣卻是多發(fā)月份；濟(jì)寧地區(qū)的霧日空間分布呈西北多東南少的特點，即洼地多、丘陵少、平原居中；濟(jì)寧地區(qū)的霾日空間分布呈北多南少、山區(qū)多平原少的特點，且四季的空間分布基本一致，說明霾的發(fā)生也和地形有很大關(guān)系；濟(jì)寧地區(qū)霧和霾在1～12月均有發(fā)生，其中秋冬季霧日最多（占72%）、夏季最少（占13%）；霾日在夏季和秋冬季分布比較均勻，春季最少（占19%）；近10年濟(jì)寧地區(qū)霾日的變化規(guī)律呈波狀上升；霧的月際變化呈U形分布。

關(guān)鍵詞：霧；霾；時空分布；變化規(guī)律

中圖分類號：P426.4；X513 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）24-6432-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.24.027

霧、霾天氣使能見度降低、交通事故頻發(fā)并誘發(fā)呼吸道等疾病，嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量[1]。目前，中國已成為世界上大氣污染比較嚴(yán)重的國家之一，霧、霾天氣日趨嚴(yán)重。

國外學(xué)者較早開始了大氣能見度和霧、霾天氣的研究工作，在區(qū)域性霾對氣候的影響、輻射霧的形成與城市氣候等方面，都作了較為系統(tǒng)深入的研究[2]。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，工業(yè)化、城市化加快，空氣污染加劇，中國霾污染問題日趨嚴(yán)重，引起了廣泛關(guān)注，研究也在不斷深入。國內(nèi)學(xué)者陸續(xù)開展了一些全國性和區(qū)域性的霧、霾氣候特征研究[3-6]，主要對中國四大霾區(qū)的氣候特征、霾的影響因素進(jìn)行分析，得出不同地區(qū)霾的一些基本特征，但對同一個地區(qū)霧和霾的對比分析研究較少。

濟(jì)寧市位于魯西南腹地，是魯西南的代表城市，2014年中國重點城市空氣污染指數(shù)排行榜中，濟(jì)寧位于第46位，污染情況位于魯西南首位。從中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部數(shù)據(jù)中心查詢到的2014年濟(jì)寧空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）顯示：空氣質(zhì)量級別為優(yōu)或良的時間為121 d，空氣質(zhì)量級別為輕度或中度污染的時間為213 d，空氣質(zhì)量級別為嚴(yán)重或重度污染的時間為29 d。

1 資料及處理方法

1.1 資料來源

利用2005-2014年濟(jì)寧市1個國家基本氣象站和10個國家一般氣象站的觀測資料，對濟(jì)寧地區(qū)霧和霾日時空分布特征進(jìn)行研究。

1.2 資料處理

采用類似吳兌[3]對霧和霾的資料處理方法，選取2005-2014年濟(jì)寧市的逐日觀測資料，對8∶00、14∶00和20∶00共3個觀測時次的能見度、相對濕度進(jìn)行判斷，定義當(dāng)3個時次中至少有一個時次滿足能見度<10 km且相對濕度<90%時，記為一個霾日；能見度<10 km且相對濕度≥90%，記為一個霧日。但當(dāng)該日有降水、吹雪、雪暴、揚沙、沙塵暴、浮塵、煙幕等其他能導(dǎo)致能見度低的天氣現(xiàn)象時，該日剔除。

2 濟(jì)寧地區(qū)2005-2014年霧日數(shù)時空分布特征

2.1 濟(jì)寧地區(qū)2005-2014年霧日數(shù)的時間分布

比較濟(jì)寧地區(qū)11個大監(jiān)站10年霧日的逐月變化，其變化規(guī)律可以分成4類。

1）單峰-單谷型：此類型測站包括濟(jì)寧、曲阜和嘉祥，11月達(dá)到峰值，夏季霧日最少，12月霧日比11月有明顯減少。

2）不規(guī)則波動型：此類型測站包括兗州、泗水和魚臺，這一類型的特點是隨時間變化沒有統(tǒng)一的規(guī)律，各站的時間波動曲線呈多峰變化特征，基本上從9月開始霧日明顯增多。

3）U型：此類型測站包括微山、鄒城和金鄉(xiāng)，這一類型的特點是夏季霧日少，年初和年末霧日數(shù)基本持平。

4）雙峰-雙谷型：此類型測站包括梁山和汶上，這一類型的特點是呈雙峰、雙谷型，在6月達(dá)到最小值，在9月或10月再出現(xiàn)低谷值，本類型中7～8月值較高，這與其他測站不同。

通過以上分析得出，濟(jì)寧11個大監(jiān)站在1-2月、11-12月都是霧日的多發(fā)時段，6月最少，主要原因在于濟(jì)寧地區(qū)秋冬季低層大氣出現(xiàn)逆溫的天數(shù)增多、輻射逆溫強(qiáng)度增加，利于霧日的發(fā)生。

2.2 濟(jì)寧地區(qū)2005-2014年霧日數(shù)的空間分布

以春（3～5月）、夏（6～8月）、秋（9～11月）和冬（12～2月）季節(jié)劃分（下同）來分析濟(jì)寧霧日的空間分布特征。

濟(jì)寧地區(qū)春季霧的發(fā)生較少，呈西多東少的趨勢，在35.5°N～36.0°N和116.0°E～116.8°E之間是高值區(qū)（梁山、汶上和兗州），東部（鄒城、微山和泗水）最少。

濟(jì)寧地區(qū)夏季霧的發(fā)生在四季中最少，呈西北多東南少的趨勢，在35.5°N～36.0°N和116.5°E～117.0°E之間是高值區(qū)（汶上和兗州），其余的8個站較少，東南部最少（鄒城、微山和魚臺）。

濟(jì)寧地區(qū)秋季霧的發(fā)生明顯增多，同夏季類似，呈西北多東南少的趨勢，但低值區(qū)的控制范圍相比夏季明顯縮小很多，除了濟(jì)寧東南部的鄒城和微山少一些之外，其余站點霧日都明顯增多，其中在35.5°N～36.0°N和116.0°E～117.0°E之間是高值區(qū)（梁山、汶上和兗州）。

濟(jì)寧地區(qū)冬季霧的發(fā)生在四季中最多，同春季類似呈西多東少的趨勢，但高值區(qū)控制范圍比春季明顯增大，且高低值差異顯著，在34.8°N～36.8°N和115.8°E～118.0°E之間都是高值區(qū)（梁山、汶上、兗州、金鄉(xiāng)和嘉祥），中部的濟(jì)寧、魚臺、曲阜和微山霧日少一些，東北部最少（鄒城和泗水）。

通過以上分析得出，濟(jì)寧地區(qū)的霧日總體呈西北多東南少的分布，鄒城、微山和泗水霧日較少，兗州、汶上和梁山霧日較多，即洼地多、丘陵少、平原居中，這說明同樣的天氣條件下，地形對霧的發(fā)生有一定影響。洼地地形矮，氣溫較低，下面的冷氣團(tuán)與四周的暖氣團(tuán)相結(jié)合，冷卻凝結(jié)升華易形成霧氣；鄒城市以東及西南部為低山丘陵區(qū)，微山縣東面是鄒滕丘陵，西臨蘇北平原，泗水轄區(qū)內(nèi)也是多丘陵，溫度較高，不利于形成霧。

3 濟(jì)寧地區(qū)2005-2014年霾日數(shù)時空分布特征

3.1 濟(jì)寧地區(qū)2005-2014年霾日數(shù)的時間分布

11個地面觀測站2005-2014年霾日的逐月變化規(guī)律可以分成以下兩類（圖1）：

1）3峰-3谷型（圖1a）：此類型測站包括濟(jì)寧、兗州、梁山和魚臺，特點是霾日分別在5、8和11月為低值區(qū)，在2、6和10月為高值區(qū)，12月霾日比11月有明顯上升趨勢。

2）3峰-2谷型（圖1b）：此類型測站包括鄒城、汶上、金鄉(xiāng)、微山、曲阜、嘉祥和泗水，特點是在5和8月左右為低值區(qū)，在2、6和10月左右為高值區(qū)。

通過以上分析得出，濟(jì)寧地區(qū)霾日高值區(qū)在11個觀測站比較一致，為2、6和10～12月。濟(jì)寧地區(qū)的霾不僅出現(xiàn)在秋季和冬季，夏季也是高發(fā)時段。

將霧日和霾日的時間分布特征對比發(fā)現(xiàn)：雖然容易發(fā)生霧和霾的氣象條件差不多，但是6月霧日是全年最低值，霾卻是最高值，這說明氣象條件是霾發(fā)生的誘因，污染物排放才是霾天氣的主要因素，6月濟(jì)寧地區(qū)處于暖氣團(tuán)控制，大氣比較穩(wěn)定，又是夏收秸稈焚燒集中時段，污染物得不到及時擴(kuò)散，造成霾日數(shù)上升。

3.2 濟(jì)寧地區(qū)2005-2014年霾日數(shù)的空間分布

由濟(jì)寧地區(qū)11個站點10年霾日數(shù)的空間分布分析得出，濟(jì)寧地區(qū)春季霾的發(fā)生較少，呈北多南少的趨勢，在35.5°N～36.0°N和116.0°E～116.8°E之間是高值區(qū)（梁山、汶上和兗州），霾日最少的是西南部（金鄉(xiāng)、魚臺和微山）。

濟(jì)寧地區(qū)夏季霾日的高低值差異在四季中最小，但霾日在四季中卻最多，呈北多南少的趨勢，在35.5°N～36.0°N和116.0°E～116.8°E之間是高值區(qū)（汶上和梁山），其余測站霾日比較均勻。

濟(jì)寧地區(qū)秋季霾的發(fā)生較多，基本呈北多南少的趨勢，西南部最小（金鄉(xiāng)和魚臺），其中在35.5°N～36.0°N和116.0°E～117.0°E之間是高值區(qū)（梁山、汶上和兗州），最東部的泗水霾日明顯增多。

濟(jì)寧地區(qū)冬季霾同秋季空間分布特征類似，高低值差異顯著，35.5°N～36.0°N和116.0°E～116.8°E之間是高值區(qū)（梁山、汶上、兗州），西南部霾日最少（魚臺和金鄉(xiāng)）。

通過以上分析得出，全市霾日空間分布呈現(xiàn)北多南少、山區(qū)多平原少的特點；春夏秋冬季節(jié)的空間分布基本一致，說明霾的發(fā)生也和地形有很大關(guān)系；霾的多發(fā)區(qū)基本維持在濟(jì)寧的北部和東部，西南地區(qū)在春夏秋冬各個季節(jié)都相對較少。

4 霧和霾的年代際和月際分布規(guī)律

由于霧、霾天氣局地性特征比較明顯，因此，本研究以濟(jì)寧站氣象觀測資料為例，以多項式擬合方法討論霧、霾天氣的年代際和月際變化規(guī)律。R2是趨勢線擬合程度的指標(biāo)，等于1或接近1時，其可靠性最高，反之則可靠性較低。

4.1 霧和霾日的年代際變化規(guī)律

綜合分析霧和霾日數(shù)年代際變化曲線（圖2）表明，近10年霧的年代際變化特征不明顯，多項式擬合R2為0.416 98，擬合程度不好，霧的年代際基本是一個波動趨勢；近10年霾整體呈波狀迅速上升，整體為“減-增-減-增”趨勢，趨勢線采用多項式擬合，R2達(dá)到0.860 06，說明擬合程度很好。

4.2 霧和霾的月際變化規(guī)律

綜合分析霧和霾日數(shù)月際變化曲線（圖3）表明，近10年霧的月際變化特征明顯，多項式擬合R2為0.791，擬合程度較好，霧的月際變化基本呈U形分布；近10年霾的月際分布規(guī)律不明顯，趨勢線采用多項式擬合，R2值不到0.1，可靠性很低，多振蕩性波動。

5 結(jié)論

1）濟(jì)寧地區(qū)霧日的逐月變化規(guī)律可以分成4類：單峰-單谷型（濟(jì)寧、曲阜和嘉祥）、不規(guī)則波動型（兗州、泗水和魚臺）、U型（微山、鄒城和金鄉(xiāng)）、雙峰-雙谷型（梁山和汶上）。不論哪種類型的霧日時間分布，在1～2、11～12月都是霧日的多發(fā)時段，6月則最少。

2）濟(jì)寧地區(qū)霾日的逐月變化規(guī)律可以分成兩類：3峰-3谷型（濟(jì)寧、兗州、梁山和魚臺）、3峰-2谷型（鄒城、汶上、曲阜、金鄉(xiāng)、微山、嘉祥和泗水）。6月霧日是全年最低值，霾卻是最高值，這說明人類污染物排放才是霾多發(fā)的主要原因。

3）濟(jì)寧地區(qū)的霧日總體呈西北多、東南少的分布，鄒城、微山和泗水霧日較少，兗州、汶上和梁山霧日較多，即洼地多、丘陵少、平原居中。這在實際預(yù)報工作中，對各個測站的低溫預(yù)報有指導(dǎo)意義。

4）濟(jì)寧地區(qū)霾空間分布呈現(xiàn)北多南少、山區(qū)多平原少的特點；春夏秋冬季節(jié)的空間分布基本一致，說明霾的發(fā)生也和地形有很大關(guān)系；霾的多發(fā)區(qū)基本維持在濟(jì)寧的北部和東部，西南地區(qū)在春夏秋冬各個季節(jié)都相對較少。

5）濟(jì)寧地區(qū)全年霧和霾均有發(fā)生，霧日在秋冬季節(jié)多（占72%），夏季最少（占13%）；霾日在秋冬季和夏季分布比較均勻，春季最少（占19%）。

6）霾的年代際變化規(guī)律明顯，霧的月際變化規(guī)律明顯。霾的年代際趨勢方程為y=0.935x2-4.940x+5.65，R2=0.860，說明近10年霾日呈波狀迅速上升，整體為“減-增-減-增”趨勢；霧的月際趨勢方程為y=0.447x2-5.546x+20，R2=0.791，說明霧日的月際變化基本呈U形分布，年初和年末較多，夏天最少。

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