南陽市霧霾天氣時(shí)空分布與能見度變化特征分析

孫俊艷

摘 要：本文利用南陽市2000—2018年的常規(guī)氣象觀測(cè)資料，分析霧霾天氣的時(shí)空分布、能見度的變化規(guī)律及其原因。結(jié)果表明，南陽站3個(gè)日數(shù)中對(duì)霧霾天氣能見度直接貢獻(xiàn)的大小依次為霾日數(shù)、輕霧日數(shù)、霧日數(shù)。霧日數(shù)對(duì)霧霾天氣能見度的直接效應(yīng)最小，而且通過其他2個(gè)日數(shù)的間接效應(yīng)都不大;霾日數(shù)對(duì)霧霾天氣能見度的直接效應(yīng)最大，為負(fù)向效應(yīng)，通過霧日數(shù)的間接效應(yīng)較大，達(dá)0.186 874，而且為正向效應(yīng);輕霧日數(shù)對(duì)霧霾天氣能見度的直接效應(yīng)不大，為負(fù)向效應(yīng)，通過霧日數(shù)和霾日數(shù)間接效應(yīng)也不大。

關(guān)鍵詞：負(fù)向效應(yīng);統(tǒng)計(jì)特征;相關(guān)分析

中圖分類號(hào)：P458.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）14-0147-03

Analysis of the Characteristics of the Spatio-temporal Distribution and Visibility of Fog and Haze in Nanyang City

SUN Junyan

（Nanyang Meteorological Service，Nanyang Henan 473000）

Abstract： Based on the routine meteorological observation data of Nanyang City from 2000 to 2018， the temporal and spatial distribution of haze， the change rule of visibility and its causes were analyzed in this paper. The results show that the size of the direct contribution to the visibility of fog and haze in the three days at Nanyang Station are haze days， light fog days and fog days. The direct effect of fog days on the visibility of fog and haze weather is the smallest， and the indirect effect through the other two days is not large; the direct effect of fog days on the visibility of fog and haze weather is the largest， which is a negative effect， and the indirect effect through fog days is greater ， reaching 0.186 874， and it is a positive effect; the direct effect of light fog days on the visibility of fog and haze weather is not large， it is a negative effect， and the indirect effect through fog days and haze days is also not large.

Keywords： negative effect;statistical characteristics;correlation analysis

國(guó)內(nèi)外對(duì)霧霾天氣形成的條件、原因、預(yù)報(bào)預(yù)防及其對(duì)氣候的影響等方面都進(jìn)行了不同程度的研究[1-3]，近年來，結(jié)合遙感等新型觀測(cè)手段，在霧霾的污染過程及其源匯分析和霧霾的組成物質(zhì)及其時(shí)空分布特征等方面，相關(guān)研究都取得了有意義的成果。但是，對(duì)霧霾天氣、氣候特征及其演化規(guī)律的研究還非常有限，南陽市對(duì)這方面的研究還處于初步探討階段。本文研究了霧霾天氣成因、氣候特征及其演變規(guī)律等，以期進(jìn)一步提高霧霾天氣的預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)水平，為南陽市霧霾天氣的進(jìn)一步監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)及其影響評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)，減少災(zāi)害損失，保障交通安全，提高環(huán)境質(zhì)量。

南陽位于河南省西南部，地勢(shì)西高東低，地形多種多樣，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明。受季風(fēng)等因素影響，夏季以偏南風(fēng)為主，雨水充沛，天氣炎熱;秋季晴和，日照充足;冬春季盛行北風(fēng)，較為干旱，有浮塵天氣。特殊的地形，不利的氣象條件，以鋼鐵、電力、煙草等為主體的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等諸多因素的影響，造成南陽空氣污染嚴(yán)重。

本文結(jié)合南陽市9個(gè)氣象臺(tái)站的常規(guī)歷史氣象資料（2000—2018年），統(tǒng)計(jì)各站的霧日數(shù)、輕霧日數(shù)和霾日數(shù)，分析其時(shí)空間分布特征，初步分析其變化原因。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究采用南陽市氣象臺(tái)站的常規(guī)歷史氣象資料（2000—2018年），統(tǒng)計(jì)各站的霧日數(shù)、輕霧日數(shù)和霾日數(shù)，分析其時(shí)空間分布特征，初步分析其變化原因。

1.2 研究方法

采取多元回歸分析來分析多個(gè)變量之間相互關(guān)系的方法，可以分析因變量和一個(gè)或多個(gè)自變量的數(shù)量對(duì)應(yīng)關(guān)系。以相關(guān)分析與回歸分析為基礎(chǔ)，進(jìn)一步研究因變量與自變量之間的數(shù)量關(guān)系。

2 南陽市霧霾特征分析

2.1 南陽市霧霾的空間分布特征

通過對(duì)2000—2018年南陽市各站霧、輕霧和霾日數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以得出，南陽站年平均霧日數(shù)為21.6 d/a;年平均輕霧日數(shù)為231.6 d/a;年平均霾日數(shù)為79.3 d/a。

2.2 霧霾日數(shù)的變化趨勢(shì)

為了更清楚了解霧霾日數(shù)2000—2018年的變化趨勢(shì)，取南陽站為代表，繪制出各站霧、輕霧和霾的逐年日數(shù)分布情況（圖略），可知，南陽市年平均大霧日數(shù)、年平均輕霧日數(shù)均呈減小趨勢(shì)，氣候變化傾向率分別為-3.0 d/10 a和-1.8 d/10 a;而南陽市年平均霾的日數(shù)呈增多趨勢(shì)，氣候變化傾向率為2.2 d/10 a。

2.3 霧日數(shù)變化成因分析

影響大霧形成的因素較多，特別是天氣條件，包括氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度等。劉小寧等[1]分析了全國(guó)范圍內(nèi)大霧的氣候特征及變化，大霧日數(shù)整體呈逐漸減少的趨勢(shì);石春娥等[2]研究指出，城市的發(fā)展可以使大霧天氣明顯減少;吳濱等[3]研究分析了福建省大霧日數(shù)及濃霧日數(shù)的變化特征。因此，大霧的日數(shù)變化是復(fù)雜的，研究發(fā)現(xiàn)，南陽市霧日數(shù)變化主要有以下原因。

隨著城市化的深入，城市熱島效應(yīng)進(jìn)一步增強(qiáng)，造成城市氣溫明顯升高，不利于水汽的凝結(jié)，使霧難以形成和發(fā)展。南陽市的大霧日數(shù)呈逐漸減少的趨勢(shì)。而城市的快速發(fā)展導(dǎo)致大氣中氣溶膠含量增多，粒子密度加大。研究表明，霧日數(shù)的減少與生態(tài)環(huán)境有著密切的關(guān)系。森林覆蓋對(duì)霧的發(fā)展起重要作用。森林的蒸騰有利于氣溫降低，空氣中水汽減少、相對(duì)濕度降低，對(duì)霧日數(shù)的形成也有較大的影響。霧形成受天氣變化、人類活動(dòng)的影響較大。

2.4 霾日數(shù)變化成因分析

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近年來，南陽市霧霾天氣的出現(xiàn)頻率愈來愈高，尤其2012—2018年，霾日數(shù)明顯增多。霾出現(xiàn)時(shí)，能見度惡化，空氣質(zhì)量明顯下降。

通過分析南陽站霾日數(shù)，筆者發(fā)現(xiàn)，南陽站的霾日數(shù)明顯比周邊站霾日數(shù)多?？梢哉J(rèn)為，城市霾出現(xiàn)日數(shù)的變化主要是由經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所產(chǎn)生的污染物排放增加所導(dǎo)致的。南陽市是重工業(yè)城市，從南陽市重工業(yè)布局來看，中西部多于東部。南陽站位于中西部，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較早，人類活動(dòng)頻繁，污染物排放量大，因而較其他站出現(xiàn)較多的霾日數(shù)現(xiàn)象。近年來，政府加大環(huán)境治理力度，特別是重點(diǎn)治理重污染工業(yè)區(qū)，大氣污染物排放受到抑制，2018年南陽站的霾日數(shù)較2017年有明顯的回落。

2.5 輕霧日數(shù)變化成因分析

通過分析可知，影響南陽市輕霧日數(shù)變化的原因主要有以下幾點(diǎn)：城市的快速發(fā)展使大氣污染加重，大氣氣溶膠粒子增加，加之相對(duì)濕度達(dá)到一定的范圍（不一定達(dá)到飽和），水汽出現(xiàn)凝結(jié)（或凝華），形成輕霧;城市熱島效應(yīng)和大氣污染加重等導(dǎo)致霧日數(shù)減少，增加了輕霧日數(shù);在自然界，霾和霧是可以互相轉(zhuǎn)化的，當(dāng)相對(duì)濕度增加超過100%時(shí)，霾粒子吸附空氣中的液態(tài)水，可以轉(zhuǎn)化為霧或輕霧，而隨著空氣中相對(duì)濕度的降低，霧滴脫水后會(huì)形成霾粒子。

3 霧霾天氣能見度與霧霾日數(shù)的關(guān)系

通過對(duì)南陽站2000—2018年霧霾天氣能見度和霧、輕霧、霾日數(shù)的多元回歸及通徑分析，本文探討了各種視程障礙現(xiàn)象（霧、輕霧和霾）出現(xiàn)日數(shù)的變化對(duì)霧霾天氣能見度的影響程度。

對(duì)19年間的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，獲得南陽站霧、輕霧、霾日數(shù)對(duì)霧霾天氣能見度的影響的多元回歸方程，即

[Y=13.970 6-0.004 3X1-0.002 7X2-0.027 6X3] ? （1）

式中，[X1]為年霧日數(shù);[X2]為年輕霧日數(shù);[X3]為年霾日數(shù);[Y]為霧霾天氣年平均能見度（下同）。

方差分析表明，上述回歸方程的[F]值為13.852 6（[F0.01]=5.950），達(dá)到了極顯著水準(zhǔn)。復(fù)相關(guān)系數(shù)R為0.880 9，[X3]對(duì)[Y]的偏回歸達(dá)到極顯著水準(zhǔn)（[T0.01]=3.055），而[X1]和[X2]對(duì)[Y]的偏回歸未達(dá)顯著水準(zhǔn)。

結(jié)合多元回歸分析結(jié)果，對(duì)霧、輕霧、霾日數(shù)與霧霾天氣能見度進(jìn)行通徑分析，以進(jìn)一步明確各種視程障礙現(xiàn)象（霧、輕霧和霾）出現(xiàn)日數(shù)對(duì)霧霾天氣能見度的相對(duì)重要性，如表1所示。結(jié)果表明，3個(gè)日數(shù)中對(duì)霧霾天氣能見度直接貢獻(xiàn)的大小依次為霾日數(shù)、輕霧日數(shù)、霧日數(shù)。

霧日數(shù)對(duì)霧霾天氣能見度的直接效應(yīng)最小，而且通過其他2個(gè)日數(shù)的間接效應(yīng)都不大;霾日數(shù)對(duì)霧霾天氣能見度的直接效應(yīng)最大，為負(fù)向效應(yīng)，通過霧日數(shù)的間接效應(yīng)較大，達(dá)0.186 874，而且為正向效應(yīng);輕霧日數(shù)對(duì)霧霾天氣能見度的直接效應(yīng)不大，為負(fù)向效應(yīng)，通過霧日數(shù)和霾日數(shù)間接效應(yīng)也不大。

大霧日數(shù)、輕霧日數(shù)、霾日數(shù)霧日數(shù)對(duì)霧霾天氣能見度的直接效應(yīng)相差不大，而且均為負(fù)向效應(yīng)。大霧日數(shù)對(duì)霧霾天氣能見度的直接效應(yīng)最大，通過霾日數(shù)的間接效應(yīng)較小，但它通過輕霧日數(shù)這個(gè)比較大的負(fù)向間接效應(yīng)作用于霧霾天氣能見度的效應(yīng)還是不小的，達(dá)到-0.136;輕霧日數(shù)對(duì)霧霾天氣能見度的直接效應(yīng)較大，通過其他2個(gè)日數(shù)的間接效應(yīng)不大;霾日數(shù)對(duì)霧霾天氣能見度的直接效應(yīng)最小，而且通過其他2個(gè)日數(shù)的間接效應(yīng)也不大。

4 結(jié)論

本文研究分析了2000—2018年南陽霧、輕霧和霾日數(shù)的時(shí)空分布特征，得到以下結(jié)論。19年間，從南陽站霧日數(shù)、輕霧日數(shù)、霾日數(shù)變化來看，霧日數(shù)呈逐年下降趨勢(shì)，輕霧日數(shù)整體來看略有下降，霾日數(shù)呈逐年上升趨勢(shì)，特別是2013年以后增多尤為明顯。2010年前后，南陽站霾日數(shù)差異較大，其主要原因是城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使大氣污染加重，促使霾更容易形成等。

南陽站3個(gè)日數(shù)中對(duì)霧霾天氣能見度直接貢獻(xiàn)的大小依次為霾日數(shù)、輕霧日數(shù)、霧日數(shù)。霧日數(shù)對(duì)霧霾天氣能見度的直接效應(yīng)最小，而且通過其他2個(gè)日數(shù)的間接效應(yīng)都不大;霾日數(shù)對(duì)霧霾天氣能見度的直接效應(yīng)最大，為負(fù)向效應(yīng)，通過霧日數(shù)的間接效應(yīng)較大，達(dá)0.186 874，而且為正向效應(yīng);輕霧日數(shù)對(duì)霧霾天氣能見度的直接效應(yīng)不大，為負(fù)向效應(yīng)，通過霧日數(shù)和霾日數(shù)的間接效應(yīng)也不大。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉小寧，張洪政，李慶祥，等.我國(guó)大霧的氣候特征及變化初步解釋[C]//中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì).2004.

[2]石春娥，楊軍，邱明燕，等.從霧的氣候變化看城市發(fā)展對(duì)霧的影響[J].氣候與環(huán)境研究，2008（3）：327-336.

[3]吳濱，施能，李玲.福建近44年霧日趨勢(shì)變化特征及可能影響因素[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2007（4）：497-505.