近70年天水市城區(qū)霧霾天氣發(fā)生變化趨勢

李瞳 蒲金涌 孫喆 安斌

摘要 根據(jù)天水氣象站1961—2017年的霧霾天氣資料，對天水市城區(qū)霧霾天數(shù)的出現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：1961—2017年天水市城區(qū)霧霾呈逐年增加趨勢，線性增加趨勢最明顯的年份出現(xiàn)在1961—1985年，進(jìn)入21世紀(jì)10年代霧霾平均出現(xiàn)天數(shù)182 d;霧霾最易出現(xiàn)在冬季，春季相對較少;靜穩(wěn)天氣是霧霾出現(xiàn)的必要條件，冷空氣活動次數(shù)減少，增加了霧霾出現(xiàn)的次數(shù);霧霾天數(shù)與當(dāng)時的風(fēng)速、氣溫、水汽壓及相對濕度存在著比較顯著的相關(guān)關(guān)系。

關(guān)鍵詞 霧霾;天氣;規(guī)律

中圖分類號：X51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095–3305（2021）05–0029–02

霧霾是人們能夠直觀感受的大氣污染。“遮天蔽日”是其最主要的特征，國家要花費大量的精力和經(jīng)費，來對付霧霾對人們健康造成間接或直接的損害。這些年來，其南擴(kuò)西進(jìn)之勢明顯，經(jīng)常發(fā)生地區(qū)已經(jīng)蔓延擴(kuò)大至陜西的關(guān)中地區(qū)及淮河流域。探索其出現(xiàn)規(guī)律，避免重蹈西方發(fā)達(dá)國家“先污染、后治理”的覆轍，未雨綢繆，為尋找有效治理途徑和方法提供依據(jù)十分有必要。根據(jù)天水市城區(qū)1961—2017年霧霾天數(shù)觀測數(shù)據(jù)，分析霧霾在該地城區(qū)的發(fā)生規(guī)律，以期有的放矢地制定方案。

1 資料來源及研究方法

1.1 霧霾的定義

霧霾是常見的天氣現(xiàn)象，是在靜穩(wěn)天氣狀態(tài)下，大氣中水汽、氣溶膠等累積而影響視程的天氣現(xiàn)象。近年來，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及開發(fā)力度的不斷增強，導(dǎo)致各種生態(tài)環(huán)境問題集中爆發(fā)，霧霾成了對大氣中各種懸浮顆粒物含量超標(biāo)的籠統(tǒng)表述。但是，霧和霾之間卻有很大差別，出現(xiàn)霧時，空氣相對濕度常達(dá)100%或接近100%。霧會隨著空氣濕度的日變化而出現(xiàn)早晚較常見或加濃，白天相對減輕甚至消失。出現(xiàn)霧時有效水平能見度小于1 km，當(dāng)有效水平能見度1～10 km時稱為輕霧。霾是排放到空氣中的塵粒、煙?；螓}粒等氣溶膠的集合體，是大氣污染導(dǎo)致的。根據(jù)《地面氣象觀測規(guī)范》可從空氣濕度上作出大致判斷，相對濕度小于80%時稱之為霾，80%～90%之間則為霧霾混合物。純粹的霧和霾雖然在組成成分及形成機(jī)制上有很大不同，但是在實際觀測中，卻很難精確分辨。這是由于它們形成的天氣條件非常相似，都需要有持續(xù)一段時間的靜穩(wěn)天氣，需要有一定量的大氣氣溶膠、懸浮物的累積。因此，這兩種天氣現(xiàn)象共生的幾率比較大。尤其是近年來大氣環(huán)境不斷惡化，在工業(yè)生產(chǎn)比較發(fā)達(dá)的城市，在靜穩(wěn)天氣背景下，大氣氣溶膠、懸浮物容易積聚，霧出現(xiàn)必然有霾存在。在本研究中，把霧和輕霧一并合計統(tǒng)計，當(dāng)做一種復(fù)合天氣現(xiàn)象進(jìn)行統(tǒng)計處理。

1.2 資料來源

霧、霾天氣現(xiàn)象及有關(guān)溫度、濕度、風(fēng)速資料取自位于天水市建成區(qū)的天水氣象站（34.75°N，105.75°E）1961—2017年的實測值。飽和及實際水汽壓由（1）、（2）式計算而得。

e（T）=0.6108×e ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

e（S）=RH×e（T） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中，e（T）為飽和水汽壓，T為氣溫，e（S）實際水汽壓，RH為相對濕度。

1.3 研究方法

統(tǒng)計分析借助于SPSS軟件，天氣現(xiàn)象趨勢變化系數(shù)用回歸方程擬合。

2 霧霾的變化規(guī)律

2.1 霧霾天數(shù)的年際變化

自1961年以來，天水建成區(qū)的霧霾天氣隨著年份呈線性增加（圖1），增加的速度為1.2 d/a（R2=0.2618，P<0.01），霧霾變化的階段性比較明顯，1961—1985年，以3.9 d/a（R2=0.3745，P<0.01）的速度增加，線性變化趨勢明顯，1986—2017年線性變化趨勢不明顯（R2=0.0671，P>0.01）。

從年代際變化上來看，20世紀(jì)60年代—70年代年代際霧霾天的增加量最大為31.2 d/10 a;其次為21世紀(jì)的00年代—10年年代，增加量霧霾天的增加量為21.1 d/10 a，21世紀(jì)初這種變化趨勢加劇了當(dāng)?shù)卮髿馕廴局蔚膰?yán)峻程度。20世紀(jì)70年代—80年代年代際霧霾天的增加量為12.4 d/10 a，其余年代之間的霧霾天數(shù)變化比較平緩，在3 d/10 a左右。

2.2 霧霾天數(shù)的月變化

天水市城區(qū)的霧霾天氣月變化特征明顯，霧霾天數(shù)最多月出現(xiàn)在12月為23 d，最少月出現(xiàn)在5、6月，為5 d，呈比較典型的正拋物線性，可以用公式（3）描述其月霧霾天數(shù)隨月份的變化規(guī)律（R2=0.9212 ?P<0.001），式中，Y為霧霾天數(shù)（d），x為1—12月的月序數(shù)（1月，x=1;……;12月，x=12）。

Y=0.4156X2-4.5088X+19.255 ? ? （3）

對公式（3）求一階導(dǎo)數(shù)，并令Y'=0，得到X=5.4，說明5—6月是天水市城區(qū)建成區(qū)霧霾天數(shù)最少的時段，這與實際情況是完全吻合的。

天水市建成區(qū)的霧霾天數(shù)季節(jié)分布特點比較明顯，冬季霧霾天數(shù)比較多，夏季霧霾天數(shù)比較少。春末及夏季大氣邊界層穩(wěn)定狀況較差，垂直運動明顯，靜穩(wěn)天氣較少，無風(fēng)或微風(fēng)天氣少，氣溶膠、PM2.5等大氣懸浮物隨著上升氣流或空氣的水平流動而散失，在近地層不易集聚，霧的水汽凝結(jié)核相對較少。溫度較高，飽和水汽壓相對也高，符合凝結(jié)的天氣狀況較少，兩者共同作用，使得春、夏季相對形成的幾率較少。此外，春季還是環(huán)流形式調(diào)整、冷熱空氣頻繁轉(zhuǎn)換活動，也不利于霧霾天氣形成的背景出現(xiàn)。

2.3 天氣形勢與霧霾的關(guān)系

所謂靜穩(wěn)天氣就是指當(dāng)大范圍近地面大氣層持續(xù)或超過24 h出現(xiàn)氣壓場較均勻、靜風(fēng)或風(fēng)速較小的天氣。在靜穩(wěn)天氣條件下，湍流受到抑制，特別是當(dāng)逆溫層出現(xiàn)時，低空中的水汽和顆粒物不易擴(kuò)散，極易形成霧霾天氣。按照有關(guān)業(yè)務(wù)規(guī)定，統(tǒng)計了2011—2017年弱（日降溫幅度<6.0℃）、中等強度（0℃≤日降溫幅度≤8.0℃）及強（日降溫幅度>8.0℃）冷空氣活動頻次，結(jié)果表明，進(jìn)入21世紀(jì)，冬季連冷空氣的活動次數(shù)呈比較明顯的減少趨勢，使得冬季霧霾天氣不斷增加。

冬季除環(huán)流比較穩(wěn)定，靜穩(wěn)天氣較多外，集中供暖和分散燃燒大量的煤及其煤制品，造成大量的SO2及氮氧化物有組織及無組織排放，加大了城市建成區(qū)上空各種氣溶膠及懸浮物的累積，為霧霾形成提供了必要條件，一旦累積量達(dá)到臨界值或濕度條件達(dá)到飽和臨界值就極易形成霧霾。

3 結(jié)論

天水作為西北中等城市，霧霾的發(fā)生特點既不同于東部工業(yè)生產(chǎn)比較發(fā)達(dá)的城市，又有別于北方高耗能城市。自1961年以來，霧霾天數(shù)基本上呈逐年增加的趨勢。其中20世紀(jì)60年代—80年代增加趨勢更加明顯，進(jìn)入21世紀(jì)10年代霧霾天數(shù)平均達(dá)182 d/a，比60年代增加了70 d/a。城區(qū)霧霾天數(shù)的季節(jié)變化比較明顯，冬季是全年最易出現(xiàn)霧霾的季節(jié)，霧霾一年之中的最大季節(jié)分布有別于華北地區(qū)的秋季嚴(yán)重霧霾，春夏季是霧霾出現(xiàn)較少的季節(jié)，一年之中，春季霧霾天數(shù)最少。

造成天水市霧霾天氣現(xiàn)狀分布狀況，主要是較大尺度的環(huán)流及天氣背景，霧霾生成與風(fēng)速、水汽壓、氣溫及相對濕度等氣象要素相關(guān)關(guān)系顯著。特殊的地形、小氣候及人口密度的不斷增加對霧霾天數(shù)的增加及季節(jié)分布特征形成有一定貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭欣倩，殷默.防癌更要防霾：霧霾與健康[J].自我保健，2014（3）：78-79.

責(zé)任編輯：黃艷飛

The Change Trend of Haze Weather in Tianshui City in the Past 70 Years

LI Tong et al（Tianshui Meteorological Bureau， Tianshui， Gansu 741000）

Abstract According to the fog and haze weather data of Tianshui Meteorological Station from 1961 to 2017， the law of occurrence of smog days in the urban area of Tianshui City is analyzed. The results show that the smog and haze in the urban area of Tianshui City have an increasing trend year by year from 1961 to 2017， with a linear increase trend The most obvious year occurred from 1961 to 1985. The average number of days of smog appearing in the 2010s was 182 days. The smog is most likely to appear in winter and relatively less in spring. Quiet and stable weather is a necessary condition for the appearance of haze， and the number of cold air activities has decreased， which has increased the number of haze occurrences in the 21st century. There is a significant correlation between the number of haze days and the wind speed， temperature， water vapor pressure and relative humidity at that time.

Key words Haze; Climate; Regularity