河南1981年以来霾日变化特征分析*

张 方，顾万龙，姬兴杰

（河南省气候中心，河南郑州450003）

河南1981年以来霾日变化特征分析*

张 方，顾万龙，姬兴杰

（河南省气候中心，河南郑州450003）

汇总河南省108个地面站1981－2010年的气象资料，利用每日14时实测的气象要素和天气现象资料对霾日进行判别，统计各站的霾日数据，分析了河南霾日的变化特征，并对其可能的原因做了分析。结果表明：1981年以来，河南平均年霾日数呈现明显上升，增长率为4.2 d／10a；季节之间，以冬季最多，占全年的46.2%，秋季次之，春夏较少；河南霾天气主要以轻微霾为主，占总霾日数的90%以上；霾天气发生时相对湿度多≤60%，能见度多＜3 km；近30年，河南年平均风速和年最大风速（f≥10 m／s）日数呈显著减少，年静风或微风（最大风速＜3 m／s）的日数呈显著增加；分析霾日数与风速和降水的相关关系发现，霾日数同风速呈显著负相关，月霾日数同月降水日数呈显著负相关，各因子间以与风速相关性最大。另外，霾日数的变化与河南区域经济发展引起的污染排放存在一定的对应关系。因此，近30年，河南风速下降是霾日数明显增多可能的主要气候原因，同时，区域污染排放增长也可能是霾日数增多的原因之一。

霾；日变化；特征；河南

霾是大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10 km的空气普遍混浊现象，又称灰霾［1－2］。随着工业化、城市化和机动车保有量的迅速发展和污染物排放量的迅速增长，使得灰霾现象日趋严重，已成为一种灾害性天气［3］。

我国学者在1980年代已陆续开展了大气气溶胶研究。进入21世纪后，我国逐步开展了系统的霾研究工作，在全国性、区域性霾的气候特征分析和成因方面取得了有价值的成果。吴兑等［4］的分析结果表明1980年代以后中国霾日明显增加，其中大城市区域超过150 d，与经济活动密切相关，霾日增加的站点主要分布在中国的东部和南部。史军等［5］得出华东霾日数在全年及四季呈现出逐渐增多的年际变化特征，气温升高和城市热岛效应增强、空气湿度和风速降低、气溶胶光学厚度增加等是华东霾出现频率变化的主要原因。伍红雨等［6］的分析结论表明华南平均年霾日以5.8 d／10a的速率显著增加，在珠江三角洲、广东西北部以及广西中部和东北部增加最明显。赵普生等［7］、廖国莲等［8］、魏文秀［9］、杨琳等［10］、范新强等［11］、童尧青等［12］分别研究了京津冀、广西、河北、深圳、厦门、南京等地区霾日变化特征，各地霾日数总体均呈上升趋势，冬季霾出现最频繁，夏季最少。

河南地处中国中东部、黄河中下游，属暖温带－亚热带、湿润－半湿润季风气候。近些年来，由于河南经济社会发展速度加快，空气质量恶化，霾现象日趋严重，成为季节性频发的灾害性天气。查阅资料发现有关河南省霾的研究非常有限，仅有采用天气现象观测资料分析河南省霾的空间分布特征［13］。本文利用河南省内108个地面气象站1981－2010年气象资料，对每一天进行判别，确定是否为霾日，以期取得更科学、更客观的反映河南省霾日时空变化特征的结果，研究河南省霾日的趋势变化和有关气象要素特征，并对霾形成的可能因素进行初步分析，这对于河南省霾的预测、防治及其影响评估都有积极意义。

1 资料与方法

1.1 资料来源

由于1980年以前河南省多数站点气象资料不完整，所以本研究选用河南108个地面站1981－2010年每日14时的能见度和相对湿度实测值，结合天气现象观测资料对霾日进行判别，进而分析河南霾日的趋势变化、霾日有关气象要素特征和霾天气形成的可能因素。地面站1980年之前的能见度观测采用的是等级划分，因此，本研究根据地面观测规范中的等级与能见距离换算表，将能见度等级换算成能见度距离（km）之后再进行统计分析。

1.2 研究方法

采用《霾的观测和预报等级》气象行业标准中关于霾日的判识条件，即排除降水、吹雪、雪暴、扬沙、沙尘暴、浮尘和烟幕等天气现象造成低能见度，相对湿度小于90%，且能见度小于10 km，定为一个霾日［1］。因为每日14时能见度观测值比其它时次更能代表所在区域的大气能见度水平，所以本文采用每日14时实测值来统计霾日数［14－15］。

按照《霾的观测和预报等级》气象行业标准中关于霾的等级规定，根据霾日的能见度距离，划分为轻微、轻度、中度、重度共4级［1］。

2 结果与分析

2.1 霾日数的时间变化

经统计，1981－2010年河南年霾日数的平均值为34 d。图1所示为1981－2010年河南省平均年霾日数变化。可以看出，1981年以来，河南省平均年霾日数呈现明显的上升趋势，线性拟合统计表明，全省平均年霾日数增长率为4.2 d／10a，通过α＝0.01的显著性水平检验；近30年，出现两个波峰，1990年（42 d）和2006年（48 d）；1980年代初期和21世纪初期，年霾日数处于波谷，出现两个低值，1983年（19 d）和2002年（30 d）。值得注意的是，在1983年到1985年，1986年到1990年和2004年到2006年河南省平均年霾日数出现了三次快速增长。

图1 河南1981－2010年霾日数变化

图2中给出了1981－2010年河南各月霾日数变化趋势。可以看出，河南月霾日数变化呈“V”型，具有明显的季节特征，基本特点为：冬季霾日数最多，占全年的46.2%，秋季次之，春夏季较少，其中夏季仅占全年的13.6%。造成这种季节性分布特点的原因主要是：①河南冬季气温低，日照弱，大气层结稳定，夏季则反之；②河南冬季以燃煤取暖为主，污染物颗粒较多，同时河南冬季降水少，导致大气中的污染物颗粒难以扩散稀释，易于形成霾天气。春夏季充沛的雨水对污染物有冲刷作用，不利于霾天气的形成。各月霾日数的这种变化趋势与河南大气稳定度月际变化特征非常吻合，即河南大气稳定度中稳定类在秋、冬季的频率较高，在夏季较低；不稳定类则相反。稳定类大气稳定度下大气层界稳定，易于形成霾天气［16］。霾日如此明显的季节差异说明气象条件影响和制约着霾的形成与消散。

图2 河南1981－2010年各月霾日数变化

通过统计1981－2010年河南霾日的能见度资料，得到河南1980年代以来各类霾等级的日数（表1）。由表1可见，①从1980年代以来，河南各等级霾日数均成上升趋势，与总霾日数变化趋势一致。其中1990年代以来，上升速度加快，轻度以上等级的霾日数上升幅度较大；②1980年代轻度及以下的霾占总比例的94.1%，1990年代以后轻度及以下的霾占总比例的91%左右，这表明河南省重度、中度霾天气的发生频率较低，霾天气主要以轻微霾为主。

表1 河南1980年代以来各类霾等级的日数

2.2 霾天气空间分布特征

图3为利用108个站点的位置信息和各站多年平均年霾日数得到的霾天气空间分布图。从图中可见，河南霾日数高值区主要位于河南新乡、焦作、济源地区，其中济源周边区域最为严重，达到年均120 d以上；豫西南山区、豫东平原和豫南地区相对较少。结合河南地形和自然资源分布，可以发现，霾出现频数分布与地形和自然资源具有密切联系。焦作、济源等山麓地区霾平均出现频数显著高于其两侧的平原和山地，原因是：①新乡、焦作、济源地区背靠太行山脉和秦岭余脉，是典型的山麓地区，大气稳定程度高于山区和平原，大气污染物质不易扩散；②焦作地区煤炭资源丰富，大型火电企业较多，因此大气污染源较多，而霾的形成与大气污染物浓度密切相关。

2.3 霾日主要相关气候要素的变化

图4中给出了1981－2010年河南年平均风速的变化。可以看出，河南年平均风速呈显著下降趋势。图5给出了河南1981－2010年日最大风速f≥10 m／s日数，呈波动减少趋势。图6中给出了河南1981－2010年静风或微风（日平均风速＜3m／s）日数，发现与f≥10 m／s的日数变化趋势相反，呈波动增加趋势。

本文定义日降水量大于0.1 mm为一个降水日。图7中给出了河南1981－2010年各月降水日数的变化。可以看出，月降水日数与月霾日数呈显著负相关，相关系数为－0.80。

图4 河南1981－2010年年平均风速变化

图5 河南1981－2010年风力条件变化

图6 河南1981－2010年静风或微风日数变化

图7 河南1981－2010年各月降水日数变化

计算河南1981－2010年霾日的14时相对湿度分布，发现77.4%的霾天气发生时相对湿度为60%以下，只有8.2%的霾天气发生时相对湿度为80%～90%。计算河南1981－2010年霾日的14时能见度分布，根据《能见度等级和预报》气象行业标准［17］，发现大部分霾天气发生时能见度较差（＜3 km），占总霾日数的61.4%。

2.4 霾天气形成可能因素的分析

2.4.1 气候要素对霾天气的影响

将图1的河南年霾日数变化曲线与图5、图6的河南年风力条件变化曲线对比，发现年霾日数与年风力条件具有明显的负相关性。计算河南年平均风速、年f≥10 m／s日数与河南年霾日数的相关系数分别为－0.62和－0.67，达到了α＝0.01的显著性检验标准。较高的相关关系表明风力条件的变化对霾天气增减趋势的影响非常显著。统计河南年静风或微风（最大风速f＜3m／s）的日数，与年霾日数的变化有着较弱的正相关性，计算两者相关系数为0.24。

河南月霾日数同月降水日数呈显著负相关。这是因为河南降水主要集中在夏季，一般占全年总降水量的一半以上，冬季降水最少，一般只占全年总降水量的6%左右［18］，而霾天气主要发生在冬季。

2.4.2 经济发展对霾天气的影响

形成霾的大气颗粒物来源于自然和人类活动排放。当今的霾已经不是一种完全的自然现象，经济规模的迅速扩大和城市化进程的加快，人类活动造成大气污染物增加成为霾天气增多的主要原因。

（1）河南霾日数的变化与该地区经济和社会发展引起的污染排放密切相关。

图8、图9分别给出了河南GDP与二氧化硫（SO2）、烟尘排放量的变化情况（数据来源于《河南统计年鉴》）。从图8可以看到，河南经济规模进入1990年代以来，尤其是2000年以后，呈现快速增长趋势，与年霾日数的变化趋势有对应关系。“十一五”期间，河南采取有效措施，积极推进节能降耗和污染减排，能源利用效率显著提高，主要污染物排放总量明显降低。由图9可以看到，2005年以来，河南SO2以及烟尘的排放量在逐渐降低，污染减排取得进展。这可能是近几年来河南霾日数下降的原因之一。

（2）机动车尾气污染加重了霾天气。研究表明，细颗粒物污染（PM2.5）是造成大气能见度下降的主要原因，而PM2.5的主要污染源就来自于机动车尾气［19］。统计资料显示，1988年以来，河南机动车保有量飞速增长，20年间增长了近22倍，与同时期年霾日数的增加相吻合。

图8 河南1981－2010年GDP变化

图9 河南1987－2010年SO2、烟尘排放量变化

3 结论

1981年以来，河南省年霾日数呈现明显增加趋势。霾天气主要发生冬季，秋季次之，春、夏季较少。河南霾天气主要以轻微霾为主。霾天气发生时，相对湿度多为60%以下，能见度较差（＜3 km）。近30年，河南平均风速下降是霾天气明显增多的可能主要气候原因，同时，霾日数增多也与河南省人类活动和经济发展引起的污染排放增长密切相关。

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The Climatic Characteristics and Change of Haze Days in Henan Province Since 1981

Zhang Fang，Gu Wanlong and Ji Xingjie
（Henan Provincial Climate Centre，Zhengzhou 450003，China）

Based on meteorological data during 1981－2010 from 108 ground stations in Henan province，and by using weather factors and weather phenomena datameasured at14：00 daily，haze days are identified.Change characteristics of haze days of Henan are analyzed on the basis of statistical data of haze days from each station，and the possible reasons are analyzed.Results show that the number of annual haze days in Henan since 1981 increases obviously with an increasing rate of4.2 d／10a.The seasonal change of the haze presents the highest number of the winter haze，which account for 46.2%of the whole year，the haze days in Autumn rank second，and spring and summer are the lowest.Themain haze there ismild，which accounted for above 90%of the proportion of the total haze；the haze weather occurred with the relative humidity below 60%and with the visibility less than 3 km；For nearly 30 years，the annualmean wind speed had tended to decrease，the number of annual dayswith wind force f≥10 m／s had also decreased，and the number of annual breeze days had obviously risen；Analysis on correlation among haze days，wind speed and precipitation indicates that the number of haze days is obviously negative correlated with wind speed，and is significant negative correlated with precipitation，but related closestwith wind speed. In addition，there is a corresponding relationship between the change of haze days and atmospheric pollution emissions caused by human activities.In conclusion，for nearly 30 years the decrease ofwind speed might be themain climate reason which the number of haze days increases andmeantime the increase of pollution emissions is also one of the possible reasons in Henan.

haze；diurnal change；characteristic；Henan

P42；X51

A

1000－811X（2014）02－0065－04

10.3969／j.issn.1000－811X.2014.02.014

张方，顾万龙，姬兴杰.河南1981年以来霾日变化特征分析［J］.灾害学，2014，29（2）：65－68.［Zhang Fang，Gu Wanlong，Ji Xingjie.The Climatic Characteristics and Change of Haze Days in Henan Province Since 1981［J］.Journal of Catastrophology，2014，29（2）：65－68.］

2013－08－28

2013－10－11

河南省气象局气象科学技术研究项目（Z201105；201305）

张方（1975－），男，河南洛阳人，硕士，高级工程师，主要从事信息技术开发工作.E-mail：zfmail7500＠163.com