2004—2013年鐵嶺地區視程障礙現象時空分布特征

孟凡一+高嵩+張明哲+崔一鳴+辛得

摘要 利用鐵嶺地區4個國家級氣象觀測站2004—2013年的歷史地面觀測資料，分析了鐵嶺地區視程障礙現象時空分布特征及其與地面氣象要素的關系。結果表明：這10年間，鐵嶺地區霧日最多的是西豐縣，年平均霧日數為19 d；輕霧日最多的是鐵嶺縣，年平均輕霧日數為103.5 d；煙幕日最多的是昌圖縣，年平均輕霧日數為64.2 d；鐵嶺地區近10年來霧和輕霧日數呈波動狀態，而煙幕日數各地均呈現減幅為40%以上的減少趨勢。霧日數和煙幕日數有明顯的季節性變化，霧主要出現在7月至翌年1月的秋冬季節，煙幕主要出現在10月至翌年3月的秋冬季節，輕霧日數夏季相較于其他季節偏多。

關鍵詞 視程障礙；時空分布特征；遼寧鐵嶺；2004—2013年

中圖分類號 P427.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）06-0206-04

視程障礙即視程障礙天氣現象，是指空氣中因存在水汽凝結物、干質懸浮物等而變得混濁，并造成能見度下降的一類天氣現象，包括霧、輕霧、雪暴、吹雪、沙塵暴、揚沙、浮塵、煙幕、霾。視程障礙天氣現象以影響能見度程度、顏色、天氣條件、出現時間和成因等幾個條件進行區別。

本文利用鐵嶺地區4個國家級地面氣象觀測站2004—2013年的常規地面氣象觀測資料，分析霧、煙幕等天氣的年際、季節、月、空間分布規律及其原因。本文之所以選用這10年區間段作為分析資料：一是霧、霾、煙幕等視程障礙現象在近幾年才逐漸受到重視，而且對人們生產、生活的影響越來越大。二是2004年全國地面氣象業務改革，啟用自動氣象觀測系統對溫度、濕度、氣壓、降水、風向、風速等進行自動觀測，天氣現象的判斷需要其他氣象要素的輔助。2004—2013年的資料中，輔助判斷天氣現象的氣象要素均實現了分鐘連續觀測，而2004年之前的輔助判斷氣象要素都僅在定時觀測時才有，基本上1 d只有3個或8個時次，天氣現象的判斷可能存在漏記或者錯記。因此，2004—2013年的天氣現象記載準確性較高。三是2004年之后隨著地面氣象觀測自動化程度的提高和霧霾現象越來越受到重視，中國氣象局多次修改視程障礙現象的判別標準，使之越來越趨近氣象要素指標量化判別，同以前的人工視程障礙天氣現象判別有本質的區別。因此，使用2004—2013年的常規地面氣象觀測資料分析霧、煙幕等視程障礙現象更接近實際情況。

1 資料與方法

1.1 資料來源

采用2004—2013年鐵嶺地區鐵嶺縣、昌圖縣、西豐縣、開原市4個國家級地面氣象觀測站的地面歷史氣象觀測資料。地面氣象觀測資料中國家級基準氣候站和國家級基本氣象站每天8個時次地面氣象觀測資料（2：00、5：00、8：00、11：00、14：00、17：00、20：00、23：00），國家級一般氣象站每天3個時次地面氣象觀測資料（8：00、14：00、20：00），相關地面歷史觀測資料都是經過臺站、市局、省局、國家局的四級嚴格審查審核。地面氣象觀測資料的內容為：空氣溫度、濕度、水汽壓、露點溫度、水平有效能見度、風向風速、天氣現象等。對于自動采集的數據自動站質量控制軟件采用日極值與定時值比較檢查、要素相關性檢查、項目邏輯性檢查、項目之間的差值檢查、氣候極值比較檢查等相關質量控制手段對數據的準確性進行把關[1-3]。

1.2 資料處理方法

由于選用的歷史地面觀測資料只有8個或者3個時次有水平有效能見度數據，并且相關能見度數據均為人工觀測數據而非能見度自動觀測儀數據，所以無法按照相關視程障礙現象標準對出現時間進行準確訂正。因此，統計各站的霧日數、煙幕日數、輕霧日數時，一天中只要出現霧、煙幕或輕霧現象，即記為1個霧、煙幕或者輕霧日，若1 d中出現2種或以上的天氣現象，則重復統計（如某日觀測記錄中有霧和煙幕，該日既統計為霧日，也統計為煙幕日）。

2 鐵嶺地區主要視程障礙現象的變化特征

2.1 空間分布

2.1.1 霧的分布。從表1、圖1可以看出，2004—2013年霧天最多的是西豐縣，年平均霧天日數為19 d；其次是昌圖縣，年平均霧天日數為10.6 d；霧日最少的是鐵嶺縣，年平均霧天日數為6.4 d。如果按5年為一個時間段，通過對比可以發現：西豐縣和昌圖縣后5年的霧總日數比前5年的霧總日數明顯增加，分別從年平均17.0、9.6 d增加到21.0、11.6 d；開原市和鐵嶺縣后5年的霧總日數比前5年的霧總日數明顯減少，分別從年平均10.6、7.4 d減少到8.6、5.4 d[4-7]。

2.1.2 輕霧的分布。從表1、圖2可以看出，2004—2013年鐵嶺地區輕霧天最多的是鐵嶺縣，年平均輕霧天日數為103.5 d；其次是昌圖縣，年平均輕霧天日數為94.1 d；輕霧日最少的是西豐縣，年平均霧天日數為47.3 d。如果以5年一個時間段，通過對比前、后5年可以發現：西豐縣后5年的輕霧總日數比前5年的輕霧總日數明顯增加，從原來年平均40.4 d增加到54.2 d；開原市后5年的輕霧總日數比前5年的輕霧總日數略有增長，由年均74.6 d增加到75.4 d；鐵嶺縣和昌圖縣后5年的輕霧總日數比前5年的輕霧總日數有所減少，分別從年平均107.8、107.2 d減少到99.2、81.0 d[8-10]。

2.1.3 煙幕的分布。從表1、圖3可以看出，2004—2013年鐵嶺地區煙幕天最多的是昌圖縣，年平均煙幕天日數為64.2 d；其次是開原市，年平均煙幕天日數為59.6 d；煙幕日最少的是西豐縣，10年來煙幕天僅出現1 d。如果以5年為一個時間段，對比前、后5年可以發現：鐵嶺地區煙幕日數呈遞減趨勢，昌圖縣后5年的煙幕日數比前5年的煙幕日數減少51%，開原市后5年的煙幕日數比前5年的煙幕日數減少41.7%，鐵嶺縣后5年的煙幕日數比前5年的煙幕日數減少71%。

2.2 長期變化

為清楚地了解近10年來主要視程障礙現象的長期變化趨勢，將昌圖縣、開原市、鐵嶺縣和西豐縣的霧、輕霧、煙幕主要視程障礙現象的逐年分布情況繪制成圖。從圖4、5、6可以看出，鐵嶺地區近10年間霧和輕霧日數呈波動狀態，增減不一，而煙幕的日數呈現減少趨勢。

2.3 季節分布

研究鐵嶺地區近10年來的霧、輕霧、煙幕日數的季節分布，計算4個國家級地面氣象觀測站各月霧、輕霧、煙幕日數占全年日數的百分比。遼寧省季節劃定：3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至翌年2月為冬季。

2.3.1 各月霧日分布。從圖7可以看出，鐵嶺地區4個國家級地面氣象觀測站的霧日有季節性變化，霧日主要集中在7月至翌年1月的秋冬季節，峰值出現在7—11月。造成這樣分布主要是因為地形容易形成輻射霧，以及秋冬季冷暖空氣交匯頻繁，容易形成平流霧。

2.3.2 各月輕霧日分布。從圖8可以看出，鐵嶺地區4個國家級地面氣象觀測站輕霧日數的季節變換不明顯，一年四季均易發生，但是相對于其他季節春季出現的頻率較低，峰值一般出現在夏冬季節。主要原因是輕霧成因復雜，冷暖交匯、輻射冷卻、降水等情況都可能產生霧。

2.3.3 各月煙幕日分布。從圖9可以看出，鐵嶺地區4個國家級地面氣象觀測站煙幕的季節性變化非常明顯。主要出現在10月至翌年3月，峰值一般出現在1月。主要是由于生產生活方式（冬季鐵嶺地區的生活燃煤鍋爐、整治機燒鍋爐或茶浴爐、農村百姓生活使用的爐子和大鍋、工廠和小區供暖的鍋爐等產生的廢氣）、秸稈燃燒（在作物收獲之后，將秸稈焚燒成灰并埋在地里作肥料）等情況造成。

3 視程障礙現象日數變化成因分析

3.1 霧日數變化成因分析

本文重點描述鐵嶺地區霧日變化的基本情況，對此形成的原因只進行初步解釋：

（1）霧日數的變化與城市化、經濟發展聯系密切，近年來受全球變暖、城市化和經濟發展帶來的熱島效應影響，不利于霧的形成。鐵嶺地區以鐵嶺縣和西豐縣為例，西豐縣霧日最多，有一部分原因是因為西豐縣地處山區，臺站周邊的城市化程度不高；鐵嶺縣由于地處城市的中心地帶受城市化、熱島效應等影響，霧日明顯少于其他縣（市）。

（2）城市化或城鎮經濟的飛速發展加重了大氣污染，促使氣溶膠密度增加。根據相關研究報告，氣溶膠的輻射效應在夜晚能增加大氣向地面的長波逆輻射，減少地面輻射降溫，從而影響霧的形成。

（3）此外，有利于霧形成的天氣條件出現率、周圍探測環境情況、地形等都是對霧日數變化的影響因素。

綜上所述，霧日數的變化是氣候、環境和生產生活的綜合影響結果。

3.2 輕霧日數變化成因分析

根據統計結果，可以推論出鐵嶺地區近10年來輕霧日數出現小幅波動的原因主要有以下幾點：

（1）城市經濟的發展加重大氣污染、氣溶膠粒子作為凝結核大量存在、相對濕度可能出現不到100%即達到飽和、水汽出現凝結，都能使輕霧生成產生波動。

（2）從季節、時間分析，部分輕霧主要出現在早晨，7—8月較多，2—5月較少。由于早晨空氣濕度較大，加之近些年空氣污染加重，大氣中的氣溶膠含量大、容易凝結，形成灰蒙蒙的天氣。這種天氣現象很難與輕霧進行區分，觀測員可能把大量的這種天氣現象誤記為輕霧，或將輕霧誤記為煙幕。

（3）天氣形勢、氣候形勢、溫度、濕度、大氣成分、水平有效能見度等諸多條件影響都會造成輕霧日數的波動。

3.3 煙幕日數變化成因分析

隨著城市化進程的加快、社會經濟的發展、人類生活的影響，鐵嶺地區的煙幕頻率呈減少趨勢，出現此趨勢初步解釋為：

（1）煙幕形成有部分是由于人們的生產生活引起的，冬季人們燃煤取暖，夏秋后的大面積焚燒秸稈，加之工廠煙囪、汽車尾氣的排放及森林火災等因素都會引起煙幕天氣。由于城市化進程加快和經濟的快速發展，致使人們的生活、生產方式發生改變，由原來的燃煤取暖變成集體供暖、工廠企業的轉型升級、農村種植方式的改變都成為煙幕日數減少的因素。

（2）從外力上來說，這10年間鐵嶺市委、市政府大力支持環保基礎設施建設，如大力支持城市集中供熱、供氣工程建設，加快建設污水處理廠和垃圾處理場，嚴格控制機動車的尾氣排放和揚塵污染，通過宣傳轉變思維觀念，促使更多的出租車司機將出租車天燃氣燃料改造。因此，鐵嶺市委、市政府的這些做法對煙幕這種視程障礙天氣現象的減少起到了一定作用。

4 預防措施

有的視程障礙現象的污染物對人體有一定的危害，例如煙幕這種天氣現象可能產生的污染物有飄塵、氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫、甲醛等。通過對這些潛在危害的認識，應該采取必要的宣傳手段和行政措施。一是動員廣大農民群眾在夏收、秋收之后，把秸稈放在田地中積累農家肥，以減少空氣污染。二是加強思想宣傳，倡導綠色出行。通過轉變思想理念，提倡多利用地鐵、公交車、自行車等交通方式，通過生活方式的轉變改善周邊生態環境。三是對現有產業結構進行優化調整。立足長遠，強化治本，轉變粗放型經濟增長方式，大力推進清潔生產和循環經濟。在治本上下功夫，長期堅持工業污染治理和生態環境保護理念。四是在部分視程障礙出現時，建議人們根據具體情況減少戶外活動時間，調整活動規律和飲食結構，以防止視程障礙現象對人體健康產生巨大危害。

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