民豐縣大氣能見度與氣象條件的關系分析

李昌明，胡爾西代·再比卜拉，王永強

民豐縣氣象局，新疆民豐 848500

能見度是反映大氣透明度的一個指標，通常是指具有正常視力的人在當時的天氣條件下能夠看清楚目標輪廓的最大距離。能見度受到當時天氣狀況的影響較大，當出現降雨、霧、霾、沙塵暴等天氣時，大氣透明度較低，能見度較差，即能見度的變化與氣象條件之間的關系極為密切，降水、相對濕度、風速等氣象要素是大氣能見度的重要影響因子[1-4]。因此，通過分析氣象因素與大氣能見度之間的相關性，不僅能掌握能見度隨著氣象要素的變化而出現的相應變化特征，利用對天氣現象發生強度判斷和把控大氣污染情況，還可以深入了解沙塵、霧霾等天氣事件帶來的能見度危害，加強生態環境保護、防御等。

民豐縣位于新疆維吾爾自治區的西南部，地處昆侖山北麓，塔克拉瑪干大沙漠的南緣，其南部為高山峻嶺，接壤西藏自治區，而北部則與阿克蘇沙雅縣戈壁相連，整體地貌由山地、沖積扇平原和沙漠構成，中高山和低山丘陵為高寒荒漠景觀，表層雜草低矮稀疏，多為厚度不等的風積粉砂、細砂覆蓋，寸草不生的綿延沙漠包圍著民豐縣綠洲平原。

民豐縣距離海洋較遠，屬于典型的大陸性干旱氣候，降雨稀少、蒸發量大、多風，由于受到特殊地理環境和氣候的影響，干旱、干熱風、沙塵暴是當地主要災害性天氣，每年4—6月大風卷起沙塵引發沙塵天氣，多以浮塵天氣為主，常年在205 d以上，同時伴有沙塵暴。

隨著經濟的高質量發展，城市規模擴大，人口密度集中，人類活動釋放的各種污染物等污染大氣環境加劇了大氣能見度的下降。與發達的大中城市相比，民豐縣大氣能見度高于城市，且影響大氣能見度的因素主要與地面氣象要素關系密切。例如：2021年4月連續出現3次沙塵天氣過程，導致能見度明顯下降，其中，6—8日民豐縣出現沙塵天氣，縣城內最小能見度降至749 m，16—19日先后出現了浮塵、揚沙和沙塵暴及降雨，縣城最小能見度降至302 m。因此，結合民豐縣氣象站觀測數據，分析大氣能見度與地面氣象要素的相關性，探討大氣能見度主要影響因子，為今后開展空氣質量分析和改善提供參考[5]。

1 資料與方法

選取民豐縣2018—2022年地面氣象觀測站的常規管理資料，主要包括每日24 h的2 min平均風速、10 min平均風速、地面氣溫、相對濕度等小時值，以及2020—2022年的水平能見度觀測數據。民豐縣氣象觀測站為國家基準氣候站，屬于三類艱苦氣象站，人類活動和人口密度相對不集中，獲取的地面常規觀測數據基本可以代表民豐縣大氣能見度水平。按照氣候學上關于季節劃分的常用方法，將各季劃分標準定為春季(3—5月)，夏季(6—8月)，秋季(9—11月)，冬季(12月—翌年2月)，作各氣象要素的季節平均處理。

2 結果分析

2.1 大氣能見度與氣象要素的月變化特征

分析2020—2022年民豐縣月平均大氣能見度可以看出(圖1)，民豐縣月平均能見度變化趨勢顯著，最高值出現在1、2月，最低值出現在3月。民豐縣能見度較好，進入春季后，氣溫回升，土壤解凍，干燥地表裸露的細砂被大風卷起極易形成沙塵天氣，3月平均大氣能見度僅為9.291 km，其中，2022年3月的平均大氣能見度最低，為7.329 km；5月為大氣能見度次低值，平均大氣能見度為10.385 km。

圖1 民豐縣2020—2022年各月份平均大氣能見度

由表1可知，民豐縣不同年份的各季平均能見度變化特征略有不同，其中，2020年大氣能見度最低的為春季，為9.681 km，能見度最高的是冬季，達到17.675 km；2021年的秋季大氣能見度最低，為12.324 km，冬季最高，為14.947 km；2022年大氣能見度最高的是秋季，達到14.264 km，最低為春季，平均8.67 km。總體來看，民豐縣3年期間以冬季的大氣能見度最高，平均大氣能見度為14.7 km，其次是秋季，平均大氣能見度為14.183 km，春季的平均大氣能見度最低，為10.955 km，夏季平均大氣能見度為11.450 km，略高于春季。

表1 民豐縣2020—2022年四季平均能見度 km

由圖2可知，民豐縣在2020—2022年期間的2 min平均風速、10 min平均風速的月變化特征可見，2 min平均風速與10 min平均風速的變化特征基本一致，3—6月平均風速較大，為1.8～2.1 m/s，其次是7—8月，平均風速為1.6～1.7 m/s，12月和1—2月的平均風速較小，為1.2～1.4 m/s。

圖2 民豐縣2020—2022年2 min平均風速、10 min平均風速的月變化

由圖3可知，民豐縣2020—2022年期間1—7月各月平均氣溫呈現出逐月上升的趨勢，8—12月則呈逐月下降的現象，以7月平均氣溫最高，其次是6、8月，12月為平均氣溫最低的月份，其中，5—9月平均氣溫均在21.0 ℃以上。從民豐縣各月平均相對濕度走勢可以看出，12月的平均相對濕度最高，為47%，其次是1月，平均相對濕度為45%，總體上看，10月—翌年1月的平均相對濕度較高，3—4月平均相對濕度偏低，為27%～28%。

圖3 民豐縣2020—2022年相對濕度、平均氣溫的月變化

結合民豐縣2020—2022年大氣能見度分析(圖3)，對應同期氣溫、相對濕度、風速等氣象要素數據的變化趨勢，表明大氣能見度的月變化與相對濕度的月變化趨勢基本一致，大氣能見度條件好時相對濕度偏高，能見度差時相對濕度偏低；氣溫與風速的月變化趨勢與能見度變化趨勢相反。秋冬季民豐縣氣溫偏低、風速小、相對濕度偏高，大氣能見度偏高；春季氣溫逐漸回升，風速加大，相對濕度偏低。隨著風速的增大，干燥地表極易起沙，使得空氣污染加重，大氣能見度相對偏低。與春季相比，夏季氣溫顯著升高，相對濕度也有所增大，但風速下降，大氣能見度在此期間會出現低值。

2.2 大氣能見度與地面氣象要素的關系分析

Pearson簡單相關系數又簡稱為相關系數，當研究的2個變量服從二元正態分布時，2個變量的相關性通常可以通過Pearson相關系數進行描述，顯示出2個變量之間存在直接或間接的影響程度，但這不排除其他變量對其的影響。因此，展開多元相關性分析時，如果要固定其他變量，僅對其中2個變量的相關性進行分析，需要計算偏相關系數。

由上述分析可見，大氣能見度與相對濕度、氣溫、風速等氣象要素之間的關系較為密切。為確定各個氣象要素對大氣能見度的影響，利用SPSS 13.0統計分析軟件進一步分析2020—2022年的能見度與同期各個氣象要素之間的相關關系。由于民豐縣降水稀少，暫時忽略降水量與能見度的影響，按不同月份計算能見度與地面常規氣象要素的相關系數，分析結果如表2所示。

表2 民豐縣2020—2022年各氣象要素與大氣能見度的相關性

通過Pearson相關系數分析可以看出，表2中民豐縣大氣能見度與2 min平均風速、10 min平均風速均呈顯著的負相關關系。2020—2022年，以2020年的相關系數最顯著，分別達到-0.788 7、-0.808 1。與大中城市內大氣能見度與平均風速呈正相關關系相悖的是，由于民豐縣人口密度相對較少且不集中，受人類活動影響而引起空氣污染現象不及其他大中發達城市明顯，而且民豐縣地表多為干燥的細砂覆蓋，風速增大可揚起地面沙土形成沙塵天氣，導致能見度下降。尤其是在干燥多風的春季，大風引發浮塵、揚沙或沙塵暴天氣，使空氣渾濁，能見度就會明顯下降。

由表2中2020—2022年平均相對濕度與大氣能見度的關系可以看出，平均相對濕度與大氣能見度呈顯著的正相關關系，4組數據的相關系數分別為0.795 1、0.515 8、0.190 2、0.495 9。正常情況下，大氣層的水汽較為豐富時，極易發生凝結進而形成大量小液滴，低層濕度較大時引發霧天氣，從而導致大氣能見度下降。但民豐縣地處西北干旱區，年平均降水量為30 mm左右，常年空氣相對濕度偏低，年平均相對濕度僅36%，形成極為干旱的氣候，因此相對濕度越大，大氣能見度越高；反之，相對濕度越小，大氣能見度也隨之下降。

由相關分析可知，2020—2022年民豐縣大氣能見度與氣溫呈負相關關系，相關系數分別為-0.749 3、-0.055 2、-0.267 1、-0.582 6，說明民豐縣在寒冷的冬季大氣能見度條件較好，而春季氣溫逐漸回升后，大氣能見度處于一年中最差的時段。3月以后，民豐縣天氣開始出現回暖，凍土和沙源地解凍，加之春季多風少雨，難以抑制沙塵，植被稀少的地表細砂成為形成沙塵的必要物質條件。隨著春季氣溫的升高，民豐縣大氣能見度下降。

上述相關性分析結果表明，不考慮其他因素的影響，就氣溫、相對濕度和風速氣象要素而言，風速與大氣能見度呈負相關性，相對濕度與大氣能見度表現為正相關性，氣溫也與大氣能見度呈現負相關性。近3年的風速與大氣能見度的相關系數最大，表明風速能使大氣能見度顯著下降，其中，10 min平均風速的影響最大，為-0.708 4，其次是溫度與大氣能見度呈負相關，相關系數為0.5826，而相對濕度與大氣能見度呈正相關，相關系數為0.495 9，相比其他要素相關性小。表明風速可作為影響大氣能見度的主要考慮因素。

3 結論

(1)2020—2022年，民豐縣大氣能見度為12.822 75 km，近3年大氣能見度呈現逐年下降趨勢。一年當中，春季的能見度最低，冬季能見度最高，3月的能見度最低，1月能見度最高。

(2)2020—2022年，3—6月民豐縣2 min平均風速與10 min平均風速均較大，12月和1—2月的平均風速較小；7月平均氣溫最高，其次是6月和8月，12月為平均氣溫最低的月份；12月的平均相對濕度最高，其次是1月，3月平均相對濕度最低。

(3)民豐縣2020—2022年期間的大氣能見度與風速、氣溫呈現負的相關性，與相對濕度表現為正相關性。近3年的風速與大氣能見度的相關系數最大，其中，10 min平均風速的影響最大，為-0.708 4，其次是溫度，相關系數為0.582 6，相對濕度相比其他要素相關性低。表明風速可作為影響大氣能見度的主要考慮因素。