湖南省近46 a霧霾天氣時(shí)空分布特征分析

王 亞,楊 令

(1.湖南省氣象信息中心，湖南 長(zhǎng)沙 410118;2.湖南省益陽(yáng)市氣象局，湖南 益陽(yáng) 413000)

1 引言

近些年霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，導(dǎo)致空氣質(zhì)量已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，很多學(xué)者專家也對(duì)各地的霧霾天氣進(jìn)行分析。孔鋒等對(duì)中國(guó)2001—2015年119個(gè)重點(diǎn)城市空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)中的API日值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明中國(guó)大部分地區(qū)多年API日值平均狀況冬季>春季>秋季>夏季，北方地區(qū)高于南方地區(qū)，東部沿海地區(qū)高于西部?jī)?nèi)陸地區(qū)[1]。馬曉倩等對(duì)京津冀地區(qū)PM2.5數(shù)據(jù)分析[2]，劉熙明等利用黑龍江省83個(gè)地面氣象觀測(cè)站53 a資料分析了霧霾天氣的時(shí)空分布特征[3]，吳彬貴等采用統(tǒng)計(jì)方法利用2013—2015年西安市13個(gè)監(jiān)測(cè)站的霧霾天氣污染物監(jiān)測(cè)資料和中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的月空氣質(zhì)量狀況報(bào)告分析霧霾天氣的時(shí)空分布特征[4]。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)霧和霾天氣有明顯的年際變化、月變化和空間特點(diǎn)，分析該時(shí)空分布結(jié)合大氣環(huán)流、近地面逆溫、靜風(fēng)等天氣條件和污染物排放均對(duì)霧霾天氣的預(yù)報(bào)和預(yù)警有一定的作用。

本文收集1971—2016年湖南省霧霾資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析等方法分析湖南省大霧和霾天氣的時(shí)、空分布特征，為大霧預(yù)報(bào)和服務(wù)以及預(yù)警信號(hào)的發(fā)布提供可參考的依據(jù)和平臺(tái)。

2 資料的來(lái)源和統(tǒng)計(jì)方法

本文利用湖南省97個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站1971—2016年地面氣象觀測(cè)月報(bào)表逐日天氣現(xiàn)象資料篩選出現(xiàn)霧和霾的站次和天數(shù)，并進(jìn)行年際變化、月季變化和空間分布統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)中華人民共和國(guó)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定省、自治區(qū)、直轄市氣象主管機(jī)構(gòu)所屬的氣象臺(tái)站發(fā)布的霧霾預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)遵循所在省、自治區(qū)、直轄市的預(yù)警發(fā)布規(guī)定，湖南省氣象部門發(fā)布霧霾預(yù)報(bào)和預(yù)警的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)出現(xiàn)3站次以上霾天氣、10站次霧日期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將持續(xù)出現(xiàn)3 d及以上霧霾天氣作為1次霧霾天氣過(guò)程，做持續(xù)性霧霾天氣過(guò)程分析。

3 霧霾天氣時(shí)間分布特征

湖南省大霧天氣站次年際變化總體為先升后降再急速上升的趨勢(shì)，并呈明顯波動(dòng)性。2003年之前大部分年霧站次數(shù)在平均線以上，只有1974年、1988年這2 a偏低,在500站次以上。1987年偏多最多，為3 744次，其次是1977年的3 450站次和1980年的3 446站次。2004年以后逐步下降，直到2014年這11 a期間沒(méi)有在平均線以上的年份。但到了2015年以后迅速上升至2 997站次，特別是2016年上升到4 258站次，達(dá)到46 a期間的最高值。大霧天數(shù)年際變化呈現(xiàn)前期較平穩(wěn)后期先降再升的趨勢(shì)。2002年之前天數(shù)均在330 d以上；2003—2013年期間均在340 d以下，最低值為2011年的306 d，其次為2013年的307 d；2014年以后又上升到340 d以上。站次跟天數(shù)之間的差異在于南岳站經(jīng)常出現(xiàn)大霧天氣。

圖1 湖南省97站1971—2016年各年霧(a)、霾(b)總站數(shù)Fig.1 The total number of fog (left) and haze (right) stations in each year from 1971 to 2016 in 97 stations in Hunan province

湖南省霾天氣年站次和年天數(shù)年際變化均呈現(xiàn)前期稍下降后期迅速上升的趨勢(shì)，其相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.579 1和0.651 5，相關(guān)性較好。2004年之前霾年站次均在1 900站次以下，天數(shù)在230 d以下；其后波動(dòng)性上升，在2014年達(dá)到峰值，霾年站次峰值和天數(shù)峰值分別為5 862站次、322 d；近幾年由于空氣污染的治理，霾天氣有所下降，2016年霾年站次為2 141站次、年天數(shù)為250 d。

圖2 湖南省1971—2016年各年霧(a)、霾(b)總天數(shù)Fig.2 Total days of fog (left) and haze (right) in each year from 1971 to 2016 in Hunan province

按照月份分析，大霧天氣12、2月和11月月均站次較多，分別為348站次、316站次和315站次，7、8、9月較少，分別為114、134、171站次。大霧月均天數(shù)由于南岳山經(jīng)常出現(xiàn)大霧天氣，所以大霧天數(shù)關(guān)聯(lián)度不大。霾天氣月份呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.805 3、0.953 5。霾天氣出現(xiàn)最多的月份為12月，站次為340站，天數(shù)為26 d，其次為1月。霾天氣最少的月份為7月，站次為26站次，天數(shù)為9 d。

圖3 湖南省1971—2016年各月霧霾平均站次(a)、平均天數(shù)(b)圖Fig.3 average number of haze stations (left) and average number of days (right) in each month from 1971 to 2016 in Hunan province

按照季節(jié)分析，霧霾天氣均在冬季最多，其比例分別為51%、33%；其次為秋季，其比例都為27%；然后就是春季，其比例分別為15%、25%；最少的季節(jié)是夏季，其比例分別為7%、15%。分析其原因?yàn)槎锛竟?jié)靜穩(wěn)天氣較多，大氣流動(dòng)性較差，也跟秋冬季北方污染源多、季節(jié)性南下有關(guān)。春季冷空氣強(qiáng)度較大，且降水天氣增多，霧霾天氣減少。夏季降水多也不利于霧霾天氣出現(xiàn)。

4 霧霾天氣地理分布特征

從圖4湖南省各縣市霧霾天氣年均站次空間分布圖可以看出：南岳大霧天氣發(fā)生最為頻繁，年均254.1次，居全省第一位，發(fā)生最少縣市是雙牌(2.9站次)，其次為祁東(3.1次)。大霧天氣多發(fā)區(qū)主要位于湘西北、湘西南、湘東北，其中湘西州的保靖、花垣、永順位列第2、7、9位；懷化的通道、會(huì)同、沅陵分位列第3、4、10位，益陽(yáng)的安化位列第5位，岳陽(yáng)的平江位列第6位，張家界的桑植位列第8位。大霧天氣少發(fā)區(qū)主要位于湘南，其中永州的雙牌、藍(lán)山、新田、江永、道縣、東安分位列第1、2、3、4、8、9位，衡陽(yáng)的祁東位于第5位，郴州的臨武、寧遠(yuǎn)位列第6、7位，邵陽(yáng)的城步位列第10位。

湖南省霾天氣呈現(xiàn)湘西北、湘中多，湘南、湘東北少，其他局部地區(qū)較多的特點(diǎn)。年均霾天數(shù)30 d以上的有14個(gè)縣市，最多的是慈利縣，為63.8 d，其次是新化縣，為62.2 d。這與地理結(jié)構(gòu)、人口聚集、工業(yè)生產(chǎn)等都有一定的關(guān)系。湖南為三面環(huán)山、東北開(kāi)口的馬蹄形地形，湘東北地區(qū)冷空氣容易入侵，風(fēng)力偏大，相對(duì)而言不利于霾天氣長(zhǎng)時(shí)間維持，而湘西北的靜穩(wěn)天氣相對(duì)較多些，偏弱冷空氣難以吹散霾，湘中一帶人口密集，而且東路偏弱冷空氣帶著灰塵容易在這帶地區(qū)靜置，延長(zhǎng)其持續(xù)性。

圖4 湖南省1971—2016年霧(a)、霾(b)年平均次數(shù)空間分布圖Fig.4 Spatial distribution of annual average number of haze (left) and haze (right) in Hunan province from 1971 to 2016

5 持續(xù)性霧霾天氣特征分析

1971—2016年持續(xù)3 d及以上霧霾天氣過(guò)程分別為349次、551次。湖南省大霧天氣過(guò)程中持續(xù)天氣最多的一次是15 d，出現(xiàn)在1983年11月26日—12月10日，其次為1987年12月16—29日的14 d。持續(xù)10 d及以上的霧天氣過(guò)程共計(jì)8次，初日在11月和12月的均出現(xiàn)了3次，在10月和4月出現(xiàn)了1次。持續(xù)5 d及以上的霧天氣過(guò)程共計(jì)85次，占3 d及以上過(guò)程的24.4%，占10站次及以上霧天數(shù)的15.3%。湖南省持續(xù)3 d及以上霾天氣過(guò)程天數(shù)占霾總天數(shù)的81.4%。霾天氣過(guò)程中持續(xù)天氣最多的一次是57 d，出現(xiàn)在2014年12月1日—2015年1月26日，其次為1988年11月7日—12月25日的14 d。持續(xù)20 d及以上霾天氣過(guò)程共計(jì)25次，均出現(xiàn)在9月—次年1月。持續(xù)10 d及以上霾天氣過(guò)程共計(jì)113次，占3 d及以上過(guò)程的20.5%。持續(xù)5 d及以上霾天氣過(guò)程共計(jì)113次，占3 d及以上過(guò)程的20.5%，占3站次及以上霾天數(shù)的38.1%。

持續(xù)性霾天氣過(guò)程呈現(xiàn)前期平穩(wěn)后期迅速上升的趨勢(shì)，其相關(guān)系數(shù)較高，為0.654 7。2004年之前為以2～3 a為周期的上下震蕩形勢(shì)，其峰值出現(xiàn)在1979年16次，谷值為6次，出現(xiàn)在1974年、1982年和1989年。2005年迅速增加到21次，然后在14～22次之間呈2～3 a的周期震蕩。持續(xù)性霧天氣過(guò)程為震蕩下降后急速上升的趨勢(shì)，但相關(guān)性較差。峰值為2016年19次，谷值為2012年的1次。

霧霾天氣過(guò)程月次數(shù)均呈現(xiàn)先降后升的拋物線趨勢(shì)，其相關(guān)系數(shù)高，分別為0.820 1、0.871 9。霧天氣過(guò)程在11月最多，累計(jì)81次，其次為1月的80次，7月最少，僅為9次，年出現(xiàn)概率僅為0.2次。霾天氣過(guò)程同樣是11月最多，累計(jì)66次，其次為12月的58次。最少也為7月，僅為7次，年出現(xiàn)概率為0.15次。

圖5 湖南持續(xù)性霧霾天氣年次數(shù)(a)、月次數(shù)(b)變化圖Fig.5 Variation diagram of annual number (left) and monthly number (right) of continuous haze weather in Hunan

6 小結(jié)

①湖南省大霧天氣年站次為先升后降再急速上升的趨勢(shì)，并呈明顯波動(dòng)性，大霧天數(shù)變化前期較平穩(wěn)后期先降再升。霾天氣年站次和年天數(shù)年際變化均呈現(xiàn)前期稍下降后期迅速上升的趨勢(shì)。

②湖南省大霧天氣12、2月和11月較多， 7、8、9月較少；霾天氣月份呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，12月最多，其次為1月、7月最少；霧霾天氣從多到少依次為冬季、秋季、春季、夏季。

③湖南省大霧天氣多發(fā)區(qū)主要位于湘西北、湘西南、湘東北，少發(fā)區(qū)主要位于湘南；霾天氣空間分布特點(diǎn)為呈現(xiàn)湘西北、湘中多，湘南、湘東北少，其他局部地區(qū)較多的特點(diǎn)。

④持續(xù)3 d及以上霧霾天氣過(guò)程分別為349次、551次，持續(xù)天氣最多分別為15 d、57 d。持續(xù)性霾天氣過(guò)程年分析呈現(xiàn)前期平穩(wěn)后期迅速上升的趨勢(shì)，其相關(guān)系數(shù)高，其值在6～16之間，持續(xù)性霧天氣過(guò)程峰值為2016年19次，谷值為2012年的1次。霧霾天氣過(guò)程月次數(shù)先降后升，11月最多，7月最少。