合肥市灰霾時間特征分析及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

王躍寧　胡森林

摘要利用2016年4月-2017年3月安徽省合肥市能見度、相對濕度等氣象資料和PM_2.5濃度等環(huán)境資料，采用二維散點(diǎn)圖和線性分析方法，分析了合肥市灰霾天氣的時間分布特征及其對農(nóng)業(yè)的影響。結(jié)果表明，7月是一年中灰霾小時頻率最少的月份，為0.5%，之后逐漸上升至最高點(diǎn)12月的38.0%；月平均小時頻率為14.4%?；姻残r頻率的日分布與能見度呈相反趨勢，在15：00出現(xiàn)頻率最低，為5.2%，05：00頻率最高，為27.9%?；姻踩疹l率和小時頻率全年變化趨勢基本一致，最高和最低值均出現(xiàn)在12和7月，為61.3%和0，全年月均灰霾日8d。能見度和灰霾的時間分布特征與PM_2.5濃度密切相關(guān)，能見度與PM_2.5濃度呈負(fù)相關(guān)，灰霾頻率則與PM_2.5濃度呈正相關(guān)。灰霾天氣對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響。

關(guān)鍵詞 灰霾；時間特征；能見度；相對濕度；PM_2.5；農(nóng)業(yè)

中圖分類號 S162 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）11-0132-03

灰霾的出現(xiàn)不僅影響人們的生活，還對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等產(chǎn)生不利影響?；姻蔡鞖獾某霈F(xiàn)與大氣中的細(xì)顆粒尤其是PM_2.5濃度和能見度密切相關(guān)。吳兌等對珠三角地區(qū)的灰霾天氣現(xiàn)象進(jìn)行了研究，并指出了灰霾天氣發(fā)生時大氣氣溶膠成分和氣象條件。胡榮章等利用灰霾與能見度的關(guān)系，數(shù)值模擬了南京地區(qū)能見度分布和灰霾天氣現(xiàn)象，分析了形成城市灰霾天氣的原因，大氣污染物的源排放是內(nèi)因，氣象條件是外因，也是灰霾天氣形成的決定性控制因素。在時空分布特征上，灰霾也呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。根據(jù)前人的研究，筆者分析了合肥市灰霾的時間分布特征，以便更好地服務(wù)人們的生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

1資料與方法

所用資料為2016年4月--2017年3月安徽省合肥市氣溫、地面溫度、能見度、相對濕度等氣象資料和PM_2.5，濃度資料，其中氣象資料來自于合肥國家基本氣象站，PM_2.5濃度數(shù)據(jù)來自于合肥市環(huán)境監(jiān)測中心站包河區(qū)子站（包河區(qū)政務(wù)中心樓頂），前者位于后者的西南方向，兩者直線相距1.2km。因?yàn)閮烧揪嚯x較近，且同處于城市南邊，周邊環(huán)境類似，因此可認(rèn)為兩站觀測數(shù)據(jù)具有較好的空間一致性。采用二維散點(diǎn)圖和線性分析方法，初步分析了合肥市灰霾天氣的時間分布特征。

按照《霾的觀測判識與分級》標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)排除降水、沙塵暴、揚(yáng)沙、浮塵、吹雪、雪暴、霧等影響視程的天氣現(xiàn)象且滿足能見度≤5.0km、相對濕度<95%，該時次判識為灰霾。以20：00為日界，一日累計25%（含）以上定時觀測時次判識為霾，記為霾日。根據(jù)能見度的高低將灰霾分為3級，分別為輕度霾（3.0km

2結(jié)果與分析

2.1灰霾小時頻率的月分布特征 從圖1可以看出，合肥市灰霾小時頻率最高的為12月（38.0%），此時氣溫處于一年中的低點(diǎn)，之后灰霾小時頻率處于下降趨勢，5-6月合肥市處于江淮梅雨季節(jié)，灰霾小時頻率有所上升。7月是一年中灰霾小時頻率最少的月份（0.5%），也是一年中氣溫最高的月份，之后灰霾小時頻率再上升?？梢姡邓蜌鉁貙τ诨姻残r頻率的大小影響很大，這是因?yàn)橄募窘邓嗲覍α魍?dǎo)致邊界層較高，冬季能見度最低則是相反的原因。全年月平均灰霾小時為105時次，月平均灰霾小時頻率為14.4%，在不同的月份灰霾小時頻率波動較大。從圖1可以明顯地看出，灰霾小時頻率與月平均能見度的變化趨勢呈現(xiàn)很好的負(fù)對應(yīng)關(guān)系，即灰霾小時頻率較高（低）的月份能見度較低（高），灰霾小時頻率最高（低）的月份對應(yīng)能見度最低（高）的月份，這是因?yàn)閮烧呔cPM_2.5濃度密切相關(guān)，PM_2.5濃度越高，能見度越低，灰霾小時頻率也越大。

2.2灰霾小時頻率的日分布特征 從圖2可以看出，灰霾小時在每日定時時次的出現(xiàn)頻率與能見度的日變化基本呈相反趨勢，灰霾在05：00出現(xiàn)頻率最高，15：00出現(xiàn)頻率最低。這種特征是因?yàn)?5：00氣溫較低，邊界層對流活動較弱，高度降低，顆粒物聚集高度也較低，同時由于此時相對濕度處于一天中的最大值時段，氣溶膠的吸濕性增長現(xiàn)象較為常見，因而顆粒物尤其是PM_2.5對于光的較強(qiáng)散射致使能見度降低，導(dǎo)致灰霾在此時出現(xiàn)頻率最高。當(dāng)15：00時，情況正好相反，因而在05：00是一天中灰霾出現(xiàn)頻率最低的時次。

2.3灰霾日頻率的月分布特征 從圖3可以看出，合肥市灰霾日的月分布在7月達(dá)到最小值（0d），之后霾日總體處于上升趨勢，12月為最大值（19d），之后又處于下降趨勢。全年月均灰霾日8d，標(biāo)準(zhǔn)偏差為6d。由圖4可知，灰霾小時頻率和日頻率全年變化趨勢基本一致，最高和最低值出現(xiàn)月份均一致，稍有不同的是11月，這是由于兩者定義不同所致，因?yàn)槿諆?nèi)灰霾小時的出現(xiàn)并不一定造成灰霾日，同樣不同的霾日里灰霾小時數(shù)也有多少之分。如果用每月的灰霾小時除以灰霾日數(shù)，代表該月灰霾日的平均灰霾小時數(shù)，從圖5可以看出，冬季該值最大，為15.2h，夏季最小，為6.0h，春秋季次之，全年平均為10.9h。這意味著冬季一次霾日會有更多的灰霾小時出現(xiàn)，而夏季則相反。

由此可見，灰霾日頻率和灰霾小時頻率的月分布基本一致，與能見度的月分布有很好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，灰霾小時與灰霾日數(shù)比值的季節(jié)變化也與能見度的季節(jié)變化基本一致，這是因?yàn)榛姻踩找才cPM_2.5濃度密切相關(guān)，PM_2.5濃度越高，能見度越低，灰霾日頻率也越大。

2.4不同級別灰霾小時頻率的月分布特征 從圖6可以看出，合肥市全年非霾時為7498次，約占85.6%；霾時1262次，約占14.4%；其中輕度霾時799次，約占9.1%；中度霾時386次，約占4.4%；重度霾時77次，約占0.9%。全年灰霾重度污染相對較少，以輕度和中度為主。

從圖7可以看出，輕度霾是霾時的主要組成，約占霾時總數(shù)的63.3%，中度霾約占總數(shù)30.6%，重度霾約占總數(shù)的6.1%。輕度霾每月均有，主要集中在10-12和1月；中度霾除7月外其他月份均出現(xiàn)，主要集中在11-12和1-2月；而重度霾4-11月均沒有出現(xiàn)，且主要集中在12和1月。綜合來說，10-12、1-2月灰霾日較多，灰霾污染較為嚴(yán)重，這與這些月份的PM_2.5濃度較高密切相關(guān)。

2.5不同級別灰霾小時頻率的日分布特征 從圖8可以看出，輕度霾和中度霾日分布特征類似，每個時次均有，主要集中在21：00一次日08：00。重度霾在12：00-19：00沒有出現(xiàn)，主要集中在01：00-09：00，20：00-23：00也有少量出現(xiàn)?？傮w而言，每日01：00-09：00灰霾污染較為嚴(yán)重，這是由于該時段PM_2.5濃度相對較高且相對濕度較大時存在著PM_2.5的吸濕性增大效應(yīng)。

2.6能見度和灰霾特征與PM_2.5濃度的關(guān)系 由“2.1”分析可知，能見度與灰霾現(xiàn)象密切聯(lián)系且呈現(xiàn)較為一致的負(fù)相關(guān)，在此著重分析能見度與PM_2.5濃度的關(guān)系，灰霾與PM_2.5濃度的關(guān)系由此可見。從圖9可以看到，能見度與PM2；濃度的逐月分布有著一致的負(fù)相關(guān)，即PM_2.5濃度越高，能見度越低，反之亦然，PM_2.5濃度上升（下降），能見度下降（上升）。PM_2.5濃度在7月達(dá)到最低，為44.4μg/m³，此時能見度達(dá)到一年的最大值，此后PM_2.5濃度處于上升趨勢，能見度則處于下降趨勢，在12月得到一年中的最大值（195.2μg/m³），而能見度則在隨后的1月份達(dá)到一年的最低點(diǎn)，此時PM_2.5濃度為161.7μg/m³，1月份后PM_2.5濃度與能見度的走勢正好相反。由此可見，能見度和灰霾的時間分布特征與PM_2.5濃度密切相關(guān)，能見度與PM_2.5濃度呈負(fù)相關(guān)，灰霾頻率則與PM_2.5濃度呈正相關(guān)。

2.7灰霾對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響 灰霾天氣時，空氣的流動性較差，通過顆粒物對光的遮擋和吸收造成光照強(qiáng)度的降低，同時，污染物濃度增加導(dǎo)致了能見度的降低，太陽直接照射的時間減少，影響農(nóng)作物的光合作用，使農(nóng)作物生長所需要的養(yǎng)分和能量得不到充分滿足，從而影響其正常的生長和發(fā)育，最終影響到作物產(chǎn)量的形成?；姻蔡鞖鈺r，由于空氣中細(xì)微顆粒物濃度過大和空氣流通不暢，大量的固體顆粒、液滴和有害的氣體通過氣孔被農(nóng)作物吸收進(jìn)入體內(nèi)，導(dǎo)致二氧化碳和氧氣的比例失調(diào)，有害氣體吸入過多，從而在影響作物光合作用的同時對作物的呼吸作用也會造成不利影響，對作物的正常新陳代謝產(chǎn)生干擾，危害農(nóng)作物的健康生長發(fā)育，嚴(yán)重地可以使葉片發(fā)黃，萎蔫甚至死亡。

3結(jié)論

利用2016年4月-2017年3月安徽省合肥市能見度、相對濕度等氣象資料和PM_2.5濃度等環(huán)境資料，采用二維散點(diǎn)圖和線性分析方法，分析了合肥市灰霾天氣的時間分布特征及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，得到如下主要結(jié)論。

（1）7月是一年中灰霾小時頻率最少的月份，為0.5%，之后逐漸上升至最高點(diǎn)12月的38.0%。月平均小時頻率為14.4%，在不同的月份灰霾小時頻率波動較大。灰霾小時頻率與月平均能見度的變化趨勢呈現(xiàn)很好的負(fù)對應(yīng)關(guān)系?；姻残r頻率的日分布與能見度呈相反趨勢，在15：00出現(xiàn)頻率最低，為5.2%，05：00頻率最高，為27.9%。

（2）灰霾日頻率和小時頻率全年變化趨勢基本一致，最高和最低值均出現(xiàn)在12和7月，為61.3%和0，全年月均灰霾日8d。

（3）合肥市灰霾小時頻率以輕度和中度為主，分別占65.5%和32.0%，重度霾較少。

（4）能見度和灰霾的時間分布特征與PM_2.5濃度密切相關(guān)，能見度與PM_2.5濃度呈負(fù)相關(guān)，灰霾頻率則與PM_2.5濃度呈正相關(guān)。

（5）灰霾天氣污染物顆粒懸浮于空氣中，吸收、反射了太陽輻射達(dá)到地面的部分光照和熱量，對農(nóng)作物光合作用和呼吸作用產(chǎn)生不良影響，從而影響作物的生長發(fā)育，使作物產(chǎn)量下降，甚至降低農(nóng)作物品質(zhì)。