邯鄲市霧霾天氣氣候特征分析

董凱凱 劉建偉 王陽(yáng) 張治齊

摘要 利用1980—2019年邯鄲16個(gè)國(guó)家基本氣象站地面觀測(cè)資料，利用線性趨勢(shì)法和Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法，重點(diǎn)分析霧霾天氣的氣候特征。

關(guān)鍵詞 邯鄲;霧霾;氣候特征分析;Mann-Kendall突變檢驗(yàn)

中圖分類號(hào)：X513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）03–0064–02

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，良好的生活環(huán)境成為社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)，而氣象條件的變化會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)直接影響，霧霾天氣可以對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，而且對(duì)經(jīng)濟(jì)生活都會(huì)帶來(lái)較大損失。黃向榮等[1]認(rèn)為要加強(qiáng)對(duì)災(zāi)害性天氣的監(jiān)測(cè)和預(yù)警。單寶臣[2]認(rèn)為總結(jié)災(zāi)害性天氣的規(guī)律，可以為預(yù)報(bào)提供可靠的依據(jù)和著眼點(diǎn)。因此深入分析邯鄲市霧霾天氣的特征分析，對(duì)開展氣象預(yù)報(bào)和做好氣象服務(wù)工作，具有很重要的意義。

1 資料與方法

氣象資料來(lái)源于1980—2019年邯鄲市16個(gè)國(guó)家基本觀測(cè)站地面觀測(cè)資料，采用線性方程對(duì)氣象要素序列進(jìn)行擬合，得出的回歸系數(shù)稱為氣候變量?jī)A斜率，反映氣候變量的趨勢(shì)變化。利用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)可以反映出氣象要素變化趨勢(shì)的大小，同時(shí)曲線交點(diǎn)位置反映出氣候突變的時(shí)間節(jié)點(diǎn)[3];分析霧霾天氣要素場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征，為霧霾天氣預(yù)報(bào)和消散提供依據(jù)。

2 邯鄲市霧霾天氣統(tǒng)計(jì)特征

2.1 霧

霧是近地面水平能見度降到1 000 m以下的天氣現(xiàn)象，邯鄲常見的大霧天氣為平流霧和輻射霧。大霧具有高度局地性和危害性，是造成交通事故最嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣之一，同時(shí)大霧會(huì)嚴(yán)重危害人們的身體健康，長(zhǎng)期處于大霧環(huán)境下會(huì)引發(fā)心肺疾病，降低機(jī)體免疫力，大霧多發(fā)天氣上呼吸道感染疾病明顯增多[4]。因此，研究邯鄲地區(qū)大霧氣候特征具有重要的意義。

2.1.1 邯鄲霧日的空間分布特征 通過(guò)克里金插值可以得出，霧日分布與地形有明顯的關(guān)系，呈平原多、山區(qū)少的趨勢(shì)。高值中心位于邯鄲東部平原，廣平霧日最多達(dá)55 d/a，主要由于影響河北的冷空氣以西北路徑和偏西路徑為主，河北北部的燕山、西面的太行山對(duì)天氣系統(tǒng)起到了阻擋的作用，造成河北平原處于靜穩(wěn)天氣形勢(shì)下，易出現(xiàn)霧霾天氣[5]。

2.1.2 邯鄲霧日年代際變化特征 縱觀邯鄲市近40 a大霧天氣，霧日呈減少趨勢(shì)，遞減率為0.03 d/ a。20世紀(jì)80年代霧日偏少，90年代到21世紀(jì)初明顯增多，21世紀(jì)10年代霧日明顯減少。

利用Maan-Kendall突變檢驗(yàn)對(duì)邯鄲大霧進(jìn)行分析（圖1），霧日在1980—1983年呈減少趨勢(shì)，1984—2013年呈增加趨勢(shì)，1989—2007年增長(zhǎng)趨勢(shì)通過(guò)了0.05顯著性檢驗(yàn)（P0.05=1.96），1990—2004年通過(guò)了0.01顯著性檢驗(yàn)（P0.01=2.56），表明20世紀(jì)90年代到本世紀(jì)初，大霧天氣增多是十分顯著的。2014—2019年呈波動(dòng)狀態(tài)，但增加和減少趨勢(shì)不明顯。根據(jù)UKk和UBk曲線交點(diǎn)位置可看出，邯鄲霧日在2010年、2013年、2014年、2015年、2018年均存在突變。

2.1.3 邯鄲大霧天氣要素場(chǎng)特征 （1）氣壓場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)特征：邯鄲秋冬季大霧地面形勢(shì)場(chǎng)一般表現(xiàn)為平原受弱氣壓場(chǎng)控制，河北省最大氣壓差小于5 hPa，地面以微風(fēng)為主，風(fēng)速一般小于5 m/s，有利于大霧的形成。最常見的形勢(shì)為冷高壓位于蒙古東部，冷空氣受地形阻擋和削弱，以擴(kuò)散形式南下，造成華北平原處于弱氣壓場(chǎng)控制。弱冷空氣東移至東北平原，受長(zhǎng)白山阻擋，在低層南下擴(kuò)散至華北平原，近地層大氣降溫，使大氣相對(duì)濕度增加，有利于大霧生成。（2）溫度場(chǎng)特征：秋冬季大霧發(fā)生時(shí)， 850 hPa及925 hPa通常為一暖脊或暖中心，而近地層為冷溫槽。一般溫度結(jié)構(gòu)為中層受暖脊控制，近地面層有弱冷空氣擴(kuò)散南下，導(dǎo)致近地層大氣降溫。這種溫度場(chǎng)配置有利于逆溫形成、加強(qiáng)和維持，在秋冬季逆溫差可達(dá)18℃，從而有利于大霧的生成和維持。（3）濕度場(chǎng)特征：大霧天氣發(fā)生前，常常存在降水或明顯的水汽輸送，近地面層濕度較大，相對(duì)濕度達(dá)到100%或接近100%，而925 hPa以上高度濕度較小，具有“上干下濕”的結(jié)構(gòu);中高層濕度小使天空不利于云的生成，有利于近地面層輻射降溫，從而容易形成低層逆溫。

2.1.4 霧的消散預(yù)報(bào) 大霧消散的條件與生成條件相反，一般大霧在日出后，地表逐漸升溫，逆溫層被破壞，相對(duì)濕度迅速減小，大霧將會(huì)消散。當(dāng)出現(xiàn)鋒面霧或大范圍平流霧時(shí)，可維持較長(zhǎng)時(shí)間，只有當(dāng)強(qiáng)冷空氣入侵，逆溫層破壞，風(fēng)力加大，大霧天氣才會(huì)消散。一般大霧消散有以下幾種情況：（1）當(dāng)有中低云移至霧區(qū)，則大霧將明顯減弱或消散;（2）當(dāng)有明顯降水天氣過(guò)程時(shí)，大霧將逐漸減弱消散;（3）若有偏西路徑冷空氣，在太行山脈形成焚風(fēng)效應(yīng)，地面氣溫迅速升高，大霧將減弱消散;（4）有強(qiáng)冷空氣過(guò)境，風(fēng)速加大，大霧將迅速減弱消散。

2.2 霾

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10 km，空氣普遍有混濁現(xiàn)象，使遠(yuǎn)處光亮物微帶黃、紅色，使黑暗物微帶藍(lán)色的天氣現(xiàn)象。

霧和霾最大的區(qū)別在于相對(duì)濕度，一般定義相對(duì)濕度低于80%的低能見度天氣為霾天氣。霾的危害主要有3點(diǎn)：一是影響身體健康，包括人體健康和心理健康;二是影響交通安全;三是霾天氣光照不足，影響農(nóng)作物生長(zhǎng)[6]。

2.2.1 霾日時(shí)空分布特征 從空間分布來(lái)看，霧日分布與地形沒(méi)有明顯的關(guān)系，霾日的地域分布與重工業(yè)發(fā)展有著密切的聯(lián)系，高值中心位于武安，年均霾日較其他地區(qū)偏高3～4倍。武安是邯鄲重工業(yè)最發(fā)達(dá)地區(qū)，分布著大小鋼鐵企業(yè)和煤炭企業(yè)，其他地區(qū)年均霾日數(shù)差異不大，這也充分證明霾的地區(qū)差異與重工業(yè)發(fā)展有著密不可分的關(guān)系。

統(tǒng)計(jì)邯鄲近40 a霾日數(shù)，年平均霾日為28 d/a，呈增加趨勢(shì)，遞增率為1.2d/a。從霾日月分布來(lái)看，霾天氣季節(jié)性明顯，冬季最多，12—2月平均霾日為213 d，占全年霾日47%，春秋兩季霾日分別占全年的21%和22%，夏季最少，僅占全年的10%。全年霾日最多的月份為1月，平均霾日為82 d，占全年霾日的18%。

利用Maan-Kendall突變檢驗(yàn)對(duì)邯鄲霾日數(shù)進(jìn)行分析（圖2），霾日在1980—1984年呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，但增長(zhǎng)趨勢(shì)不明顯;1985—2002年呈減少趨勢(shì)，1989—1996年通過(guò)了0.01顯著性檢驗(yàn)（P0.01=2.56），表明20世紀(jì)90年代霾天氣減少是十分顯著的。2003年至今呈增加趨勢(shì)，且增加趨勢(shì)逐漸明顯;2015年至今增長(zhǎng)趨勢(shì)通過(guò)了0.01顯著性檢（P0.01=2.56）。根據(jù)UKk和UBk曲線交點(diǎn)位置可看出，邯鄲霾日數(shù)在1990年、1999年、2014年、2010年均存在突變。

2.2.2 霾天氣風(fēng)場(chǎng)特征 研究發(fā)現(xiàn)，霾天氣與環(huán)境風(fēng)場(chǎng)聯(lián)系密切，當(dāng)大氣濕度較差，風(fēng)力較弱，沒(méi)有明顯冷空氣活動(dòng)時(shí)，易形成霾天氣。對(duì)比霾日和非霾日最大風(fēng)速，霾日平均風(fēng)速在2 m/s左右或以下，而非霾日平均風(fēng)速一般在2 m/s以上。

3 總結(jié)與討論

邯鄲近40 a大霧天氣呈減少趨勢(shì)，遞減率為0.03 d/a;大霧日數(shù)地域分布呈明顯“平原多、山區(qū)少”的趨勢(shì);利用Maan-Kendall突變檢驗(yàn)對(duì)邯鄲大霧進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，霧日在2010年后多次發(fā)生氣候突變，霧日明顯下降。

邯鄲霾日數(shù)呈增加趨勢(shì)，遞增率為1.2 d/a。季節(jié)性明顯，12—2月平均霾日數(shù)占全年的47%。霾的地區(qū)分布與重工業(yè)發(fā)展有著明顯的聯(lián)系，重工業(yè)越發(fā)達(dá)，霾日數(shù)就相對(duì)偏多。

本文也證明了霧和霾的地區(qū)分布和年代變化大不相同，證明霧的產(chǎn)生更多是輻射降溫，水汽凝結(jié)而形成，與地形有很大的關(guān)系，且隨著工業(yè)水平發(fā)展，霧日呈遞減趨勢(shì)，證明霧與氣候變化有更多的聯(lián)系;霾的地區(qū)分布和年代際變化證明，霾的形成與空氣中凝結(jié)核數(shù)量有密切關(guān)系，也就是與重工業(yè)發(fā)展有關(guān)。

通過(guò)霧日和霾日月份變化分析，共同點(diǎn)是冬季偏多，證明霧霾形成與冬季靜穩(wěn)天氣多，風(fēng)速較小，大氣擴(kuò)散條件差有關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃向榮，鄧斌，孫亞?wèn)|.合肥市主要災(zāi)害性天氣特征分析[J]氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)， 2010，26（1）：46-48.

[2] 單寶臣.威海幾種災(zāi)害性天氣統(tǒng)計(jì)特征與個(gè)例分析[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2012.

責(zé)任編輯：黃艷飛