近10年太原市霧霾時間分布特征及預(yù)報方法研究＊

郝婧宇，馬嚴(yán)枝，閆慧，王揚，李青青

?

近10年太原市霧霾時間分布特征及預(yù)報方法研究＊

郝婧宇，馬嚴(yán)枝，閆慧，王揚，李青青

（山西省氣象臺，山西 太原 030006）

利用太原市近10年霧霾觀測資料，采用統(tǒng)計學(xué)方法，分析和研究太原市霧霾事件時間分布特征和天氣預(yù)報方法發(fā)現(xiàn)，近10年中，霧與霾的年際變化趨勢基本一致，霧出現(xiàn)的天數(shù)要遠小于霾的天數(shù)；太原市霾日多發(fā)時間為夏季7月、秋季10月到次年的1月，霧多發(fā)時間為11月，霧霾日數(shù)的變化趨勢具有明顯的季節(jié)特征；霾的預(yù)報思路與霧具有相似之處，均需要穩(wěn)定的天氣形勢和大氣環(huán)流背景，二者最大區(qū)別在于濕度條件。

霧霾；大氣污染；預(yù)報方法；霧霾預(yù)報

霧霾污染是近年來大氣污染的一種典型表現(xiàn)，霧霾對人類健康的危害、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境的影響，已成為人們廣泛關(guān)注的熱點話題。近年來許多氣象工作者針對霧霾開展了研究[1-3]，同時，指出山西省霧霾日數(shù)的時間分布特征與季節(jié)變化相關(guān)，空間分布與特殊地形和產(chǎn)業(yè)構(gòu)造有關(guān)。但是對于太原市的精細分析還不多見，太原市作為山西省省會城市，同時又是2019年第二屆全國青年運動會舉辦城市，環(huán)境質(zhì)量的高低對其經(jīng)濟發(fā)展和社會活動均具有直接的影響，本文利用太原市的霧霾觀測資料來分析其霧霾天氣的時間變化特征，其結(jié)果對于太原市的霧霾預(yù)報可提供一定的參考依據(jù)，同時，通過對霧霾預(yù)報方法的淺析，可以完善實際工作中霧霾的預(yù)報思路和方法。

1 資料和方法

本研究中的2008—2017年太原市霧霾日數(shù)資料全部來自于山西省信息中心歸檔的原始氣象記錄報表及其信息化產(chǎn)品，資料均通過質(zhì)量評估，具有可信度。研究方法為統(tǒng)計學(xué)方法。

2 太原市霧霾事件時間分布特征

2.1 霧霾的定義

霧：近地面層空氣中懸浮的大量水滴或冰晶微粒的乳白色集合體，當(dāng)水平能見度小于等于1 km時稱為霧。

霾：天氣狀況為能見度小于10 km，排除降水、沙塵暴、揚塵、煙幕、吹雪、雪暴等現(xiàn)象[2]造成的視程障礙，且相對濕度小于80%，即可判定為霾[3]。

霧與霾的區(qū)別：在氣象上，在日常判別中霧與霾的區(qū)別主要在于發(fā)生時的相對濕度，霾發(fā)生時相對濕度不大，而霧的相對濕度是飽和的，當(dāng)相對濕度小于80%時為霾。相對濕度為80%～90%時，為霧霾混合物，相對濕度大于90%時，為霧[4]。

2.2 霧霾日數(shù)的年際變化特征

2008—2017年太原市霧霾日數(shù)年際變化如圖1所示。

圖1 2008—2017年太原市霧霾日數(shù)年際變化

從圖1可知，2008—2017年，太原市2010年霾日數(shù)最少，為39 d，之后呈逐漸增的趨勢，2015年霾日數(shù)達到最多，為123 d，2016年次之，出現(xiàn)121 d，2017年霾總?cè)諗?shù)出現(xiàn)了顯著下降。冬季霾日數(shù)減少與當(dāng)年冷空氣活動頻繁有關(guān)。霧日數(shù)最少出現(xiàn)在2010年，僅有6 d，2011—2015年，出現(xiàn)的霧日數(shù)相差不大，介于8～10 d，2016年突增至32 d，達到近10年中的峰值。

二者綜合對比發(fā)現(xiàn)，近10年中，霧與霾的變化趨勢基本一致，但是出現(xiàn)霧的天數(shù)要遠遠小于霾的天數(shù)，所以近10年中，太原市霧霾天氣主要以霾為主。

2.3 霧霾日數(shù)的月變化特征

近10年太原市霧霾日數(shù)月際變化如圖2所示。從圖2可知，在統(tǒng)計時間段內(nèi)（2008—2017年），太原市霾日多發(fā)時間為夏季的7月、秋季的10月到次年的1月。從10月到次年1月，太原市的霾呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢，在冬季時間段內(nèi)，1月出現(xiàn)的霾日最多。2月到5月為霾日逐漸減少的趨勢，發(fā)生頻次減弱，6月與7月逐漸增多，7月達到另一個峰值，8月與9月又出現(xiàn)下降趨勢。

以上可以看出，太原市霾日的月季變化特征具有明顯的季節(jié)特征，由于冬季取暖時期較長，使得污染物排放量加大，同時太原市地處盆地，不利于污染物的擴散，導(dǎo)致冬季為霾天氣的多發(fā)季，春季風(fēng)力較大，空氣的水平運動強，對污染物的水平輸送明顯，霾日數(shù)較少，7月以后，太原市進入夏季降水和強對流天氣的多發(fā)季節(jié)，由于降水的沉降以及強對流天氣的垂直輸送作用，使得霾日減少。

近10年中，太原市5月霧日數(shù)最少，11月霧日數(shù)最多，2—5月霧日有逐漸較少的趨勢，5月之后霧日數(shù)逐漸增多。由此也可以看出，太原市霧日的變化趨勢也具有明顯的季節(jié)特征，春季風(fēng)力較大，相對濕度較小，空氣干燥，霧日數(shù)較少，夏季降水天氣多發(fā)，空氣濕度增加，利于霧的形成，冬季溫度較低，也有利于空氣中的水汽凝結(jié)，形成霧。

圖2 近10年太原市霧霾日數(shù)月際變化

3 霧霾預(yù)報方法

3.1 霧預(yù)報方法

氣象學(xué)主要將霧分為三類，分別為平流霧、輻射霧、平流輻射霧。

3.1.1 平流霧

低層暖濕空氣移動到較冷的下墊面上，通過接觸冷卻而產(chǎn)生的霧稱為平流霧。平流霧厚度一般可以達到或接近逆溫層頂，濃度較高，持續(xù)時間長，日變化不明顯，地面風(fēng)速稍大。平流霧形成的有利條件為：①低層（850 hPa以下）有暖濕平流；②地面處于冷高壓后部，靜止鋒、冷鋒前部或低壓倒槽中；③地面具有一定的風(fēng)速條件和合適的風(fēng)向；④近地面有逆溫層。

3.1.2 輻射霧

由于近地層水汽含量較高，夜間地面輻射降溫，當(dāng)溫度下降到露點或以下時形成的霧，稱為輻射霧。輻射霧垂直厚度較小，約幾十米到一二百米，日變化明顯，地面風(fēng)速較弱。輻射霧形成的有利條件：①低層空氣濕度大；②天空晴朗或少云；③地面氣壓場弱，風(fēng)速較??；④大氣層結(jié)穩(wěn)定，近地面有逆溫層；⑤近地面層溫度可降至露點溫度。

3.1.3 平流輻射霧

由平流和輻射共同作用形成的霧稱為平流輻射霧。

3.2 霾預(yù)報方法

由于霾形成的大氣環(huán)流背景和霧基本相似，區(qū)別在于霧與霾造成大氣能見度下降的大氣成分不同，霧主要是由于水汽而造成的，霾對于水汽條件的要求較弱，主要由于空氣中的各類氣溶膠顆粒造成。因此，霾的預(yù)報思路和霧有很多相似之處，均需要穩(wěn)定的天氣形勢和大氣環(huán)流背景。

基本條件：①高空環(huán)流比較平直；②中上層為弱下沉運動，邊界層有弱的上升運動；③近地面層存在逆溫層，逆溫層厚度較厚；④地面氣壓場較弱，風(fēng)速較小。

增強條件：①低層具有一定的濕度條件，有利于顆粒物的凝結(jié)；②污染物的積累；③上游的水平輸送作用。霾除了與氣象條件有關(guān)，還會與地形、能源結(jié)構(gòu)以及本城市以及上游空氣污染程度有關(guān)。

4 結(jié)論與討論

本文利用太原市近10年霧霾日數(shù)資料，采用統(tǒng)計學(xué)方法，研究太原市霧霾事件的時間分布特征以及預(yù)報方法，得到以下結(jié)論：①近10年，太原市霧與霾日數(shù)的年際變化趨勢基本一致，霧出現(xiàn)的天數(shù)要遠小于霾；②太原市霾日多發(fā)時間為夏季7月、秋季10月到次年的1月；霧多發(fā)時間為11月，且霧霾日數(shù)的變化趨勢具有明顯的季節(jié)特征；③霾的預(yù)報思路與霧具有相似之處，均需要穩(wěn)定的天氣形勢和大氣環(huán)流背景，二者最大區(qū)別在于濕度大小。

［1］李苗，梁美生，苗愛梅.近35年山西霧霾天氣的時空分布及變化趨勢［J］.創(chuàng)新交流，2013（21）：45-48.

［2］吳兌，吳曉京，李菲，等.1951—2005年中國大陸霾的時空變化［J］.氣象學(xué)報，2010，68（05）：680-688.

［3］樊星碩.內(nèi)蒙古地區(qū)霧霾分布特征及預(yù)報方法研究［D］.內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古大學(xué)，2016.

［4］王文娟.淺析霧霾特征以及預(yù)報思路［J］.自然科學(xué)，2015（07）：202.

2095－6835（2019）05－0092－02

X51

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.05.092

郝婧宇（1988—），女，學(xué)士，工程師，主要從事強對流天氣預(yù)報工作。

中國氣象局預(yù)報員專項“山西回流強降雪發(fā)展機理及數(shù)值模擬研究”（編號：CMAYBY2018-010）

〔編輯：張思楠〕