湖南省近46 a霧霾天氣時空分布特征分析

王 亞,楊 令

(1.湖南省氣象信息中心，湖南 長沙 410118;2.湖南省益陽市氣象局，湖南 益陽 413000)

1 引言

近些年霧霾天氣頻繁出現，導致空氣質量已成為人們關注的熱點，很多學者專家也對各地的霧霾天氣進行分析。孔鋒等對中國2001—2015年119個重點城市空氣質量日報中的API日值數據進行分析，結果表明中國大部分地區多年API日值平均狀況冬季>春季>秋季>夏季，北方地區高于南方地區，東部沿海地區高于西部內陸地區[1]。馬曉倩等對京津冀地區PM2.5數據分析[2]，劉熙明等利用黑龍江省83個地面氣象觀測站53 a資料分析了霧霾天氣的時空分布特征[3]，吳彬貴等采用統計方法利用2013—2015年西安市13個監測站的霧霾天氣污染物監測資料和中國環境監測總站的月空氣質量狀況報告分析霧霾天氣的時空分布特征[4]。分析結果發現霧和霾天氣有明顯的年際變化、月變化和空間特點，分析該時空分布結合大氣環流、近地面逆溫、靜風等天氣條件和污染物排放均對霧霾天氣的預報和預警有一定的作用。

本文收集1971—2016年湖南省霧霾資料，運用統計分析等方法分析湖南省大霧和霾天氣的時、空分布特征，為大霧預報和服務以及預警信號的發布提供可參考的依據和平臺。

2 資料的來源和統計方法

本文利用湖南省97個國家氣象觀測站1971—2016年地面氣象觀測月報表逐日天氣現象資料篩選出現霧和霾的站次和天數，并進行年際變化、月季變化和空間分布統計分析。根據中華人民共和國氣象行業標準規定省、自治區、直轄市氣象主管機構所屬的氣象臺站發布的霧霾預警標準遵循所在省、自治區、直轄市的預警發布規定，湖南省氣象部門發布霧霾預報和預警的標準，對出現3站次以上霾天氣、10站次霧日期進行統計，將持續出現3 d及以上霧霾天氣作為1次霧霾天氣過程，做持續性霧霾天氣過程分析。

3 霧霾天氣時間分布特征

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，并呈明顯波動性。2003年之前大部分年霧站次數在平均線以上，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，達到46 a期間的最高值。大霧天數年際變化呈現前期較平穩后期先降再升的趨勢。2002年之前天數均在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。站次跟天數之間的差異在于南岳站經常出現大霧天氣。

圖1 湖南省97站1971—2016年各年霧(a)、霾(b)總站數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年際變化均呈現前期稍下降后期迅速上升的趨勢，其相關系數達到0.579 1和0.651 5，相關性較好。2004年之前霾年站次均在1 900站次以下，天數在230 d以下；其后波動性上升，在2014年達到峰值，霾年站次峰值和天數峰值分別為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、年天數為250 d。

圖2 湖南省1971—2016年各年霧(a)、霾(b)總天數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。大霧月均天數由于南岳山經常出現大霧天氣，所以大霧天數關聯度不大。霾天氣月份呈現先降后升的趨勢，其相關系數分別為0.805 3、0.953 5。霾天氣出現最多的月份為12月，站次為340站，天數為26 d，其次為1月。霾天氣最少的月份為7月，站次為26站次，天數為9 d。

圖3 湖南省1971—2016年各月霧霾平均站次(a)、平均天數(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%；最少的季節是夏季，其比例分別為7%、15%。分析其原因為冬秋季節靜穩天氣較多，大氣流動性較差，也跟秋冬季北方污染源多、季節性南下有關。春季冷空氣強度較大，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。

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：南岳大霧天氣發生最為頻繁，年均254.1次，居全省第一位，發生最少縣市是雙牌(2.9站次)，其次為祁東(3.1次)。大霧天氣多發區主要位于湘西北、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、會同、沅陵分位列第3、4、10位，益陽的安化位列第5位，岳陽的平江位列第6位，張家界的桑植位列第8位。大霧天氣少發區主要位于湘南，其中永州的雙牌、藍山、新田、江永、道縣、東安分位列第1、2、3、4、8、9位，衡陽的祁東位于第5位，郴州的臨武、寧遠位列第6、7位，邵陽的城步位列第10位。

湖南省霾天氣呈現湘西北、湘中多，湘南、湘東北少，其他局部地區較多的特點。年均霾天數30 d以上的有14個縣市，最多的是慈利縣，為63.8 d，其次是新化縣，為62.2 d。這與地理結構、人口聚集、工業生產等都有一定的關系。湖南為三面環山、東北開口的馬蹄形地形，湘東北地區冷空氣容易入侵，風力偏大，相對而言不利于霾天氣長時間維持，而湘西北的靜穩天氣相對較多些，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靜置，延長其持續性。

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

5 持續性霧霾天氣特征分析

1971—2016年持續3 d及以上霧霾天氣過程分別為349次、551次。湖南省大霧天氣過程中持續天氣最多的一次是15 d，出現在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10 d及以上的霧天氣過程共計8次，初日在11月和12月的均出現了3次，在10月和4月出現了1次。持續5 d及以上的霧天氣過程共計85次，占3 d及以上過程的24.4%，占10站次及以上霧天數的15.3%。湖南省持續3 d及以上霾天氣過程天數占霾總天數的81.4%。霾天氣過程中持續天氣最多的一次是57 d，出現在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20 d及以上霾天氣過程共計25次，均出現在9月—次年1月。持續10 d及以上霾天氣過程共計113次，占3 d及以上過程的20.5%。持續5 d及以上霾天氣過程共計113次，占3 d及以上過程的20.5%，占3站次及以上霾天數的38.1%。

持續性霾天氣過程呈現前期平穩后期迅速上升的趨勢，其相關系數較高，為0.654 7。2004年之前為以2～3 a為周期的上下震蕩形勢，其峰值出現在1979年16次，谷值為6次，出現在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。持續性霧天氣過程為震蕩下降后急速上升的趨勢，但相關性較差。峰值為2016年19次，谷值為2012年的1次。

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

圖5 湖南持續性霧霾天氣年次數(a)、月次數(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

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

②湖南省大霧天氣12、2月和11月較多， 7、8、9月較少；霾天氣月份呈現先降后升的趨勢，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區主要位于湘西北、湘西南、湘東北，少發區主要位于湘南；霾天氣空間分布特點為呈現湘西北、湘中多，湘南、湘東北少，其他局部地區較多的特點。

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