河北南部地區霧霾天氣氣象特征分析

孫翠英　賈伯巖　方春華　安月改　周　毅

(1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊　050021；

2.三峽大學，宜昌　443002；3.河北省氣候中心，石家莊　050021)

河北南部地區霧霾天氣氣象特征分析

孫翠英1賈伯巖1方春華2安月改3周毅2

(1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊050021；

2.三峽大學，宜昌443002；3.河北省氣候中心，石家莊050021)

【摘要】利用1981-2013年河北南部地區各氣象站點的地面觀測資料，對河北南部地區霧霾天氣的時空分布規律、霧霾天氣的氣象要素特征、長持續霧霾天氣過程發生的氣象條件進行統計分析。結果表明，33年來河北南部地區霧霾日數呈增加趨勢，速率為0.4天/年；年重霧霾日數略呈減少趨勢，速率為-0.02天/年；年最長持續霧霾日數呈顯著增加趨勢，趨勢系數為1.3天/年。長持續過程的持續天數與平均風速減小、平均相對濕度的增加和前期降水量的增多幅度均呈一定的正相關，尤其與平均風速減小關系密切。

【關鍵詞】霧霾；長持續過程；氣象要素；特征分析

中圖分類號：X51

文獻標識碼：碼：A

文章編號：號：1673-288X(2015)05-0165-04

Abstract：By using observational data of meteorological variables from 1981 to 2013 in southern Hebei area，the spatial and temporal distributions，the meteorological variables，and the meteorological conditions of the long continuous haze episode were investigated during haze periods in southern Hebei area. The results showed that the number of haze day increased obviously in the 33 years，which rate was 0.4 day per year；the number of the heaviest haze day decreased slightly，which rate was -0.02 day per year；the number of the longest continuous haze day increased obviously，the rate was 1.3 day per year. It was a positive correlation between the number of the long continuous haze episode and the decreased average wind speed，the increased average relative humidity，the increased antecedent precipitation，especially with the close relationship between the decreased average wind speed.

Keywords：Haze；Long continuous episode；Meteorological factor；characteristics analysis

作者簡介：曹艷芳，助理研究員，碩士研究生，研究方向為環境影響評價

1引言

近年來，隨著工業化、城市化進程不斷加強，經濟持續增長，嚴重的霧霾天氣呈現出面積范圍廣、發生次數頻繁、單次霧霾持續時間長的特點[1-2]。2013年冬季以來，河北南部地區連續霧霾日創歷史記錄，石家莊地區在2013年1月4日至18日，由于冷空氣勢力減弱，大風天氣的減少，不利于空氣的流通和污染物的擴散，連續半個月為嚴重霧霾天氣。由于其能見度低和污染嚴重，對人民的健康生活、安全出行及溫室棚菜生產造成了嚴重的影響[3-4]。

本文利用河北南部地區各氣象站點觀測的1981年至2013年霧霾天氣(含氣象學定義上的霧和霾)相關資料，分析研究了河北南部地區霧霾天氣及長持續霧霾天氣過程的氣象特征規律。

2霧霾日數的時空分布特征

2.1　霧霾日數年際變化趨勢

1981～2013年，河北南部地區年霧霾日數為183.7天，33年來呈增加趨勢，速率為0.4天/年。上世紀80年代至90年代前期，霧霾日數呈減少趨勢，90年代后期至今呈增加趨勢。年重霧霾日數為25.4天。33年來略呈減少趨勢，速率為-0.02天/年。上世紀80年代，區域內重霧霾日數呈明顯增加趨勢，1990年達到最多，而后又呈現波動性下降趨勢。

2.2　霧霾日數的空間分布特征

1981～2013年，河北南部地區年平均霧霾日數大多在100天以上，僅滄州沿海、衡水和石家莊局部少于100天。石家莊中南部、邢臺東南部、西南部和中部的北部、邯鄲大部在200天以上，部分地區超過250天，磁縣達300天。

就重霧霾而言，河北南部地區僅阜平和涉縣年重霧霾日數不足5天，其它地區均在10天以上。保定東南部、石家莊東部、邢臺中部和邯鄲中東部超過30天，其中部分地區超過40天，寧晉、廣平分別達52天和60天。

3長持續重霧霾日數時空分布特征

3.1　空間分布

河北南部地區長持續重霧霾日數空間分布特征與霧霾不同(圖1)。西部山區和滄州沿海較少，一般在8天以下，山區持續時間最短，僅為5天；其他大部分區域最長持續日數都在8天以上，保定東南部、石家莊東部、邢臺和邯鄲中東部、衡水大部、滄州西南部地區在10天以上，部分地區超過12天，景縣和廣平達15天，為持續日數之最長。

圖1　河北南部區域最長連續重霧霾日數(天)

3.2　年際變化特征

河北南網地區最長連續重霧霾日數略呈增加趨勢，趨勢系數為0.03天/年。最長連續重霧霾日數年際間差異很大，長的年份達15天(1994年)，短的年份為5天(1986年)，相差3倍之多。33年中，有12年出現連續10天以上的重霧霾天氣過程，多出現在1990年以后。

區域內，年平均出現持續3天以上的重霧霾天氣過程3.8次。1990年出現次數最多，達7.4次；1994年次之，為6.9次；1981年出現次數最少，僅1.2次。1981年至上世紀90年代中期呈增加趨勢，而后次數明顯減少。

4秋冬季霧霾與各氣象要素的關系

4.1　平均風速

1981～2013年，河北南網地區秋冬季平均風速呈顯著減小趨勢(圖2)，趨勢系數為平均每年減小0.009m/s，與霧霾和重霧霾日數的變化均呈反相關關系，尤其與霧霾日數關系密切(表1)。說明，平均風速的減小是造成霧霾天氣增多的主要原因之一。

圖2　河北南網區域歷年霧霾日數(天)與平均風速(m/s)

4.2　大風日數

1981～2013年，河北南網地區秋冬季平均大風日數變化趨勢與平均風速相同，呈顯著減少趨勢(圖3)，趨勢系數為平均每年減少0.01天，與霧霾和重霧霾日數也均呈反相關，與霧霾日數關系密切(表1)。大風日數的減少也是致使霧霾增多的主要原因之一。

圖3　河北南網區域歷年霧霾與大風日數(天)

4.3　相對濕度

1981年以來，南網地區秋冬季平均空氣相對濕度變化趨勢不明顯(圖4)。秋冬季霧霾和重霧霾日數與相對濕度均呈正相關，相關系數分別達0.4309和0.7772(表1)。說明，相對濕度的變化也是致使霧霾增多的主要原因。

圖4　河北南網區域歷年霧霾日數(天)與相對濕度(%)

4.4　降水量

1981年以來，南網地區秋冬季降水量略呈增加趨勢，但變化趨勢不明顯(圖5)。秋冬季霧霾和重霧霾日數與降水量也均呈一定正相關，即降水量多的年份、霧霾日易多，降水量少的年份，霧霾日數易少，降水量是影響霧霾日數多寡的一個氣象因子。

圖5　河北南網區域歷年霧霾日數(天)與降水量(mm)

4.5　能見度

圖6　河北南網區域歷年霧霾日數(天)與能見度(km)

圖6顯示了1981年以來08時和14時能見度與霧霾日數的歷年變化。兩個時次的能見度均呈顯著減小趨勢，減小趨勢系數分別為每年45.5m和86.3m。秋冬季霧霾和重霧霾日數與能見度相關密切，霧霾日多，能見度差，霧霾日少，能見度好。

表1　霧霾日數與主要氣象影響因子的關系

5長持續重霧霾天氣過程發生的氣象條件

根據1981～2013年霧霾氣象資料的統計分析，在秋冬季節選取了10次持續日數超過10天的重霧霾過程，研究了長持續重霧霾天氣過程發生時的氣溫、濕度、風速以及發生前降水量特征(表2)。

表2　長持續重霧霾天氣過程時相關氣象要素變化情況

研究表明，這幾次長持續重霧霾天氣過程均出現在11月中下旬至2月上旬，12月至1月最多。各發生時段空氣平均相對濕度都在78%以上，比多年均值都偏大10%以上，多數超過20%。各時段平均風速都在1.7m/s以下，比多年均值均偏小，60%偏小超過0.5m/s；以差值百分比來看，多數偏小10%以上，其中6個過程平均風速偏小29%～41%，這幾個過程重霧霾持續日數都較長，12天以上的所有過程均在其中。各次過程前期降水均偏多，60%的前10天降水量偏多，80%的前30天降水量偏多，5個持續12天以上的過程中有3個前10天或前30天的降水均偏多。

從氣溫來看，發生長持續重霧霾天氣過程時，平均氣溫在-5.1～3.22℃之間，多數低于0℃，一半高于多年平均值，一半低于多年值；平均最高氣溫在-0.5～6.3℃之間，絕大部分在0℃以上，80%低于多年均值；平均最低氣溫在-9.3～0.8℃之間，絕大部分在0℃以下，80%高于多年均值。可見，幾次持續過程中氣溫分布的跨度較大，氣溫不是影響霧霾持續的關鍵因子，而是受霧霾天氣影響比較明顯的要素。

長持續重霧霾日數與氣象要素和多年差值的相關關系見表3。長持續過程的持續天數與平均風速減小、平均相對濕度的增加和前期降水量的增多幅度均呈一定的正相關。

表3　長持續重霧霾日數與氣象要素和多年差值的相關關系

6結論

霧霾天氣與各氣象要素并不是簡單的正相關或負相關關系，還與許多其他因素有關。平均風速的減小、大風日數的減少、相對濕度的變化、降水量和能見度均與霧霾日數的多少密切相關。長持續過程的持續天數與平均風速減小、平均相對濕度的增加和前期降水量的增多幅度均呈一定的正相關，尤其與平均風速減小關系密切(通過信度0.05檢驗)，即：平均風速越小、相對濕度越大、前期降水越多，重霧霾可能持續時間越長。

參考文獻：

[1]劉俊，袁鸞，劉衍君.珠江三角洲一次大范圍霧霾天氣下的空氣污染特征分析[J].環境科學導刊，2009，28(4)：78-82.

[2]張桂芹，焦紅云，齊鳴，等.濟南市灰霾期大氣復合污染特征分析[J].山東建筑大學學報，2012，27(1)：84-88.

[3]戴永立，陶俊，林澤健，等.2006～2009年我聞超大城市霾天氣特征及影響[J].環境科學，2013，34(8)：2925-2932.

[4]陳瑞敏，吳雁，康文英，等.連續霧霾天氣污染物濃度變化及天氣形勢特征分析[J].氣候與環境研究，2014，19(2)：209-218.

Analysis of Meteorological Characteristics during Haze Weather over

the Southern Hebei Area

SUN Cuiying1JIA Boyan1FANG Chunhua2AN Yuegai3ZHOU Yi2

1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute, Shijiazhuang 050021；

2.China Three Gorges University，Yichang 443002；3.The Climate Center of Hebei Province，Shijiazhuang 050021)

《環境與可持續發展》學術影響因子逼近2.000

位列環境保護部主管期刊第一名

在全國收錄環境科學類66種期刊中排位第六名

據知網2014年12月16日發布的《中國學術期刊影響因子年報(自然科學與工程技術(2014版)》，我刊學術影響因子顯著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大關，為1.971，名列環境保護部主管期刊第一名。在全國收錄環境科學類66種期刊中排位第6名，其中2012年位列全國第18名，2011年第29名，2010年第33名。

引用文獻格式：曹艷芳.北京地區1～3月PM2.5、PM10、NO2、SO2地面濃度分布特征分析[J].環境與可持續發展，2015，40(5)：169-171.