三種觀測標準的霾日與空氣污染日對比分析

秦云苗郭立平張衛(wèi)中單 琨樂章燕閆利霞

（1．河北省廊坊市氣象局，河北 廊坊 065000；2．河北省霸州市氣象局，河北 霸州 065700）

三種觀測標準的霾日與空氣污染日對比分析

秦云苗1，郭立平1，張衛(wèi)中1，單 琨1，樂章燕1，閆利霞2

（1．河北省廊坊市氣象局，河北 廊坊 065000；2．河北省霸州市氣象局，河北 霸州 065700）

目前氣象觀測業(yè)務(wù)和空氣污染分析中存在對霾日統(tǒng)計的分歧，甚至出現(xiàn)空氣污染日無霾的現(xiàn)象，對霾觀測標準的科學(xué)劃分，顯得非常重要和緊迫。利用2013—2015年廊坊市氣象觀測站能見度、相對濕度、霾人工觀測資料和廊坊市環(huán)保局AQI、PM2.5濃度等氣象環(huán)保資料，對目前觀測業(yè)務(wù)和空氣污染分析中常用的三種霾觀測、統(tǒng)計方法進行了對比分析。分析發(fā)現(xiàn)：目前廊坊氣象觀測站所依據(jù)的記錄霾天氣現(xiàn)象的標準，與實際大氣污染相趨甚遠，不能反映實際的空氣污染狀況，建議國家及省級相關(guān)部門及早根據(jù)實際情況，更新霾觀測標準，更好地為當前大氣污染的防治工作提供客觀依據(jù)。

霾觀測標準；空氣污染日；對比分析

0 引言

地面氣象觀測規(guī)范［1］規(guī)定：大量極細微的干塵粒均勻浮游空中，使水平能見度小于10.0km，空氣普遍混濁的現(xiàn)象，使遠處光亮物微帶黃色、紅色，使黑暗物微帶藍色。這是目前氣象臺站記錄霾天氣現(xiàn)象的主要依據(jù)。吳兌等［2－6］深入研究了我國改革開放以來，由于經(jīng)濟規(guī)模的迅速擴大和城市化進程的加快，城市群區(qū)域和大城市內(nèi)大氣氣溶膠污染日趨嚴重。吳兌等［7］研究發(fā)現(xiàn)我國東部經(jīng)濟發(fā)達的京津冀、長江三角洲與珠江三角洲地區(qū)，由細粒子氣溶膠造成的能見度惡化事件越來越多，原來少見的天氣現(xiàn)象“霾”成為一種常見現(xiàn)象，原來在各類詞典上霾是一種非水成物造成視程障礙的自然現(xiàn)象，近年來由于人類活動大氣氣溶膠細粒子污染日趨嚴重，使得霾現(xiàn)象主要由人類活動造成。吳兌等［8］研究還發(fā)現(xiàn)北京及華北地區(qū)霾日季節(jié)分布突出的特點是，除采暖季霾日較多外，在盛夏季節(jié)霾日也明顯偏多，出現(xiàn)在6～9月，尤其是盛夏季節(jié)的7～8月，與所謂的桑拿天同期出現(xiàn)，這與全國大部分城市的變化趨勢完全不同，可能與盛夏季節(jié)華北平原特殊的邊界層結(jié)構(gòu)，造成在高濕度背景下氣溶膠的吸濕增長使得消光明顯增加導(dǎo)致能見度明顯惡化有關(guān)。目前針對霾的觀測和統(tǒng)計比較混亂，存在多種方法和標準，出現(xiàn)了某日明顯為污染日，氣象觀測記錄卻無霾的矛盾現(xiàn)象，這就給預(yù)報、公眾服務(wù)及科學(xué)治理大氣污染帶來了不利影響。本文利用目前常見的三種霾觀測方法統(tǒng)計2013—2015年廊坊市霾日，與同期空氣污染日進行對比分析，從而得到各種觀測方法對空氣污染日數(shù)的不同程度的指示意義，為今后廊坊市霾和空氣污染的觀測、預(yù)報預(yù)警、公眾服務(wù)提供依據(jù)和參考。

1 資料來源和分析標準

文中能見度、相對濕度等氣象資料為廊坊市氣象觀測站2013—2015年的自動站資料，同期的AQI、PM2.5濃度等環(huán)境資料來源于廊坊市環(huán)保局。

霾日統(tǒng)計的三種標準：標準1：廊坊市氣象觀測站目前霾的觀測標準，即水平能見度 ＜10.0km，相對濕度 ＜65%，排除降水、沙塵暴、揚沙、浮塵、煙幕、吹雪、雪暴等天氣現(xiàn)象造成的視程障礙，記為1個霾日；標準2：當任一時次水平有效能見度 ＜10.0km，排除降水、沙塵暴、揚沙、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 ＜80%，判識為霾；標準3：根據(jù) QX／T113－2010《霾的觀測和預(yù)報等級》中關(guān)于霾的判識條件，即水平能見度＜10.0km，排除降水、沙塵暴、揚沙、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＜80%，判別為霾，相對濕度在80% ～95%之間，且 PM2.5 ＞75 ug．m －3時，判別為霾。

2 結(jié)果與分析

2.1 三種霾統(tǒng)計標準獲取的霾日數(shù)對比分析

從表1可以看出，三種不同標準統(tǒng)計出的霾日數(shù)存在明顯的差距，與標準1統(tǒng)計出的霾日總數(shù)244d相比，標準2為413d，增加了169 d，標準3為550d，增加了306d。分析資料可知，增幅最明顯的月份是7月和8月，與標準1相比，標準2均增加了39 d，標準3分別增加49 d和51 d，全年只有3月份變化最小，三種標準依次為38 d、39 d、40 d。

從圖1的季節(jié)分布圖可以看出，各個季節(jié)總趨勢也是遞增的，尤以夏季增多最為明顯，其次是秋季和冬季，春季變化最小。標準1秋冬季霾日數(shù)明顯多于春秋季。標準2和標準3則是夏季最多，春季最少，而秋冬分布比較均衡。這主要是因為按照標準1記錄成輕霧的天氣，由于標準2相對濕度提升至80%及標準3加入了“相對濕度80% ～95%，同時水平有效能見度小于 10.0km，同時滿足 PM2.5＞ 75”這些條件，由輕霧記成了霾日，而夏季廊坊市相對濕度較其他季節(jié)大，符合這一條件的霾日數(shù)比其他季節(jié)要多。而春季比較干燥，標準2、3的日數(shù)相對最少，所以霾日的增幅也最少。從圖1的冬季變化趨勢還可以看出，標準2與標準1相比，霾日的增多并不明顯，只增多了12天，而標準3與標準1相比，卻增多了59天，標準2與標準3的區(qū)別主要在于 PM2.5數(shù)據(jù)的加入，由此可以看出，霾日數(shù)的大幅增加，與人類活動所排放的大量氣溶膠密切相關(guān)。吳兌等［9］指出了氣象條件是霾出現(xiàn)的外因，大氣污染物的源排放為內(nèi)因。大氣污染物源排放占標率越高，霾天氣出現(xiàn)的頻率越高。

表1 3種標準統(tǒng)計2013—2015年廊坊市霾日總數(shù)Tab．1 The total of haze days for three standard in Langfang city from 2013 to 2015

圖1 3種標準2013—2015年廊坊市霾日季節(jié)分布圖Fig．1 Distribution of season of haze days for three standard in Langfang city from 2013 to 2015

為避免02、08、14、20時任一時次相對濕度可能帶來的空氣濕度條件的不確定性，利用相對濕度的24小時平均值（日平均值），按照上述三個標準再進行統(tǒng)計分析，并與任一時次濕度進行了對比，結(jié)果如圖2?？梢钥闯鰞煞N方法所得的霾日分布趨勢相同，均為霾日總數(shù)依次增多。圖3為平均濕度法統(tǒng)計的三種標準的霾日季節(jié)分布情況，可以看出，用平均相對濕度方法統(tǒng)計出的霾日與任一時次統(tǒng)計的結(jié)果相差不大，霾日的分布趨勢相同。

圖2 日平均濕度與任一時次濕度統(tǒng)計的3種標準2013—2015年廊坊市霾日分布對比圖Fig．2 Comparison of daily mean humidity and moisture as a time statistics of three kinds of standard haze days distribution of contrast figure in Langfang city from 2013 to 2015

圖3 日平均濕度法3種標準2013—2015年廊坊市霾日季節(jié)分布圖Fig．3 Seasonal distribution of three kinds of standard haze days in Langfang city from 2013 to 2015 by daily mean humidity method

2.2 三種標準獲取的霾日數(shù)與空氣污染日數(shù)對比分析

圖4為2013—2015年三種觀測標準逐月霾日與3級、4級、5級逐月空氣污染日數(shù)的對比圖。從圖中可以看出，3級污染日數(shù)的月分布趨勢與標準3獲取的霾日分布吻合得比較好，4級污染日數(shù)與標準2的霾日分布接近，而5級污染日數(shù)分布則更接近標準1的霾日分布。

從3年的總?cè)諗?shù)來看，標準1記錄的霾日總數(shù)244d與5級以上空氣污染日數(shù)194d最為接近，此標準大致能體現(xiàn)空氣污染5級及以上的大氣污染情況，而輕中度的空氣污染日則是被記為輕霧或大霧。2013年廊坊市3級及以上空氣污染日數(shù)236天，比相應(yīng)時段氣象觀測站霾日記錄90 d多146 d，2014—2015年也同樣存在霾日記錄（69d、85d）偏少、空氣污染日數(shù)（輕度污染及以上2014年185 d、2015年201 d）偏多的不匹配現(xiàn)象，特別是2013年1月廊坊市3級及以上空氣污染日數(shù)28d，5級重度空氣污染及以上日數(shù)20d，而氣象觀測站的霾觀測標準得到2013年1月霾日數(shù)為0 d，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，在28d 3級及以上污染日中，輕霧的日數(shù)占了23d，大霧3d，煙1d，無視程障礙現(xiàn)象1d。顯然此種標準觀測得到的霾日遠遠沒能體現(xiàn)出空氣污染的程度，霾日與空氣污染日存在較嚴重的不匹配現(xiàn)象，其余月存在同樣問題，應(yīng)引起高度重視。

標準2霾日總數(shù)413d與4級及以上污染日數(shù)319d（3 年分別為 122 d、102 d、95 d）最為接近。分析發(fā)現(xiàn)，冬季此標準霾日比4級及以上污染日數(shù)少20 d，二者匹配較好；而夏季則比3級及以上污染日少21 d，明顯比其他季節(jié)匹配好，而春、夏兩季及9月份霾日均多于4級及以上污染日，尤其以夏季的7、8月份相差最多，霾日比污染日分別多了32 d和30 d，這主要是由于夏季廊坊市相對濕度比較大，提升了的標準使原來記為輕霧的日子改為了霾日?？傮w看比第一種標準對空氣污染的程度的反應(yīng)明顯變好。

標準3霾日總數(shù)550 d，與同期3級及以上空氣污染日數(shù)622 d相比，最為接近，共少了72 d，三年依次少39 d、10 d、23 d。其中5月相差最多，霾日比3級及以上污染日少了28 d，而11月僅少2 d。進一步分析2013—2015年的資料發(fā)現(xiàn)，3級及以上污染日與第三標準霾日三年中出現(xiàn)差異的日數(shù)為290 d，這里所說的差異包括：有污染而無霾記錄、有霾而無污染記錄，其中有污染而無霾的記錄共181 d，有霾而無污染記錄共109 d。在181 d有污染而無霾的記錄中，經(jīng)查地面氣象資料A文件天氣現(xiàn)象，輕霧為57 d，大霧6 d，揚沙2 d，無任何視程障礙現(xiàn)象106 d，霾9 d（此處的霾為以第一標準記錄的寫入A文件中的霾），輕霧與霾共存1 d。出現(xiàn)上述差異的主要原因：一是2013—2015年臺站僅有三次定時時次的能見度資料，不能完全反應(yīng)24小時的能見度變化，二是能見度屬于人工觀測項目，帶有較大的主觀性（以上兩點隨著2016年廊坊市所有氣象臺站能見度觀測的自動化已得到解決），另外環(huán)保資料與觀測資料取自不同觀測地點也會造成一些差異。

進一步分析標準3的7、8月份的霾日能見度資料，發(fā)現(xiàn)在110 d霾日中，輕度霾日占了84 d，而重度的霾只有26 d，相應(yīng)的，在7、8月份所有3級以上污染日98 d中，輕度污染為72 d，中度為25 d，重度為1 d，二者有比較緊密的相關(guān)性。夏季霾日的急劇增多，主要以輕度霾為主，可見在地面氣象觀測業(yè)務(wù)中，用標準3記錄霾日，能比較準確反映空氣污染狀況，以此標準預(yù)報空氣的污染狀況，切實可行。

圖4 2013—2015年三種標準的逐月霾日與3級、4級、5級空氣污染日數(shù)的對比Fig．4 The comparative analysis between monthly distribution of the three kinds of standard haze days and 3、4、5 levels of air pollution days from 2013 to 2015

3 結(jié)論

通過上述分析可以得到以下結(jié)論，供今后的觀測業(yè)務(wù)和空氣污染預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)中參考。

（1）廊坊市氣象觀測站目前的霾觀測標準得到的霾日244 d，與5級及以上重度、嚴重空氣污染的日數(shù)有較好的一致性，不能反映空氣的輕度及中度污染狀況。

（2）以標準2獲取的霾日總數(shù)上升至413d，與4級及以上污染日最為接近，冬季二者匹配最好，這一標準對霾與霧的區(qū)分更為準確。

（3）以標準3統(tǒng)計出廊坊市霾日數(shù)550 d，較前兩種標準的霾日進一步增加，并且霾日的季節(jié)分布從冬季霾日數(shù)最多變?yōu)橄募决踩兆疃?，這一標準能整體反映3級及以上空氣污染的狀況。

（4）根據(jù)上述研究結(jié)果可以看出，目前廊坊氣象觀測站所依據(jù)的記錄霾天氣現(xiàn)象的標準，與實際大氣污染相趨甚遠，不能反映實際的空氣污染狀況，建議國家及省級相關(guān)部門及早根據(jù)實際情況，更新霾觀測標準，以便更好地為當前大氣污染的防治工作提供客觀依據(jù)。

［1］ 中國氣象局．地面氣象觀測規(guī)范［M］．北京：氣象出版社，2003：153 －159．

［ 2 ］ Wu Dui， Tie Xuexi， Li Chengcai， et al． An extremely lowvisibility event over the Guangzhou region： A case study ［J］．Atmospheric Environment，2005，39（35）：6568 －6577．

［ 3 ］ Wu Dui， Mao J T， Deng X J， et al．Black carbon aerosols and theirradiative properties in the Pearl River Delta region ［J］．Sci．China（Series D），2009，52（8）：1152 －1163．

［4］ 吳兌，畢雪巖，鄧雪嬌，等．珠江三角洲大氣灰霾導(dǎo)致能見度下降問題研究［J］．氣象學(xué)報，2006，64（4）：510 －517．

［5］ 吳兌，畢雪巖，鄧雪嬌，等．珠江三角洲氣溶膠云造成嚴重灰霾天氣［J］．自然災(zāi)害學(xué)報，2006，15（6）：77 －83．

［6］ 吳兌，鄧雪嬌，畢雪巖，等．細粒子污染形成灰霾天氣導(dǎo)致廣州地區(qū)能見度下降［J］．熱帶氣象學(xué)報，2007，23（1）：1 －6．

［7］ 吳兌，陳慧忠，吳蒙，等．三種霾日統(tǒng)計方法的比較分析［J］．中國環(huán)境科學(xué)，2014，34（3）：545 －554．

［8］ 吳兌，廖碧婷，吳蒙，等．環(huán)首都圈霾和霧的長期變化特征與典型個例的近地層輸送條件［J］．環(huán)境科學(xué)報，2014，34（1）：1 －11．

［9］ 吳兌，畢雪巖，鄧雪嬌，等．珠江三角洲氣溶膠云造成的嚴重灰霾天氣［J］．自然災(zāi)害學(xué)報，2006，15（6）：77 －83．

Contrast Analysis Between the Haze Days under Three Observation Standards and the Days of Air Pollution

Qin Yunmiao1， Guo Liping1， Zhang Weizhong1， Shan Kun1， Le Zhangyan1， Yan Lixia2
（1Langfang Meteorological Bureau，Langfang065000，China；2Bazhou Meteorological Bureau，Bazhou065700，China）

Presently there exists statistical discrepancy of haze days between meteorological operation and air pollution analysis Bureau．In extreme occasions， on a reported air pollution day there is no haze observatory record from weather station．Therefore， it is urgent and important to take a scientific methodology to define the standard of haze observation．In this paper， based on the data （including visibility， relative humidity and manual haze observation from Langfang Meteorological Observatory station and the Environment Protection Bureau reports on AQI and PM2.5 concentration） during 2013 and 2015， a contrastive analysis was made between haze observation and air pollution from the respects of haze observation and statistical methods．As the analysis indicates， the observation standard used by Langfang Meteorological Observatory station to record haze days fails to reflect the actual air pollution．So it is highly suggested that national and provincial relevant departments take prompt actions to update haze observation standards to provide objective basis for the the control and prevention of atmospheric pollution．

haze observation standard； air pollution； contrastive analysis

P427．2 文獻標識碼：A 文章編號：1673－8047（2017）03－0052－05

2017－04－27

河北省廊坊市氣象局2016年廊坊災(zāi)害性天氣預(yù)報技術(shù)手冊（201601）項目資助．

秦云苗（1973—），女，本科，工程師，主要從事氣象臺站地面觀測工作。