山西忻州霾日与地理环境相关性分析

郝纹进山西省忻州市科技情报与战略研究中心

本文利用忻州市14个气象观测站2004-2018年霾日观测资料， 运用Micr0soft Excel表格对挑选出的霾资料进行整理统计，采用统计学原理和气候学统计方法进行分析，研究结果显示：发现忻州霾出现频数具有明显的地理环境特征，年平均霾日数与海拔高度呈反相关。地形分布特点是盆地、谷地显著高于山地或丘陵。地理环境是影响大气污染扩散条件的主要因素之一。预报霾天气落区时，在考虑天气系统影响下，着眼点应放在地理位置和季节上，这样能提高霾的预报预警准确率，对政府部门治理大气环境提供决策参考。

关键词：地理环境 霾日数 相关性 忻州

近年来，随着经济的快速发展和城市扩大化，城市大气污染问题日益突出，其中尤以细粒子（PM2.5）污染和由此引起的灰霾问题备受社会关注。霾是悬浮在大气中的大量细微的尘粒、烟粒或盐粒使空气混浊，水平能见度降低到10km以下的一种天气现象。

霾天气不仅造成视程障碍现象引起交通事故，也会使得区域极端气候事件频繁发，直接危害大气环境，能诱发鼻炎、支气管炎、小儿佝偻病等多种疾病，危害人体健康。近年来国内一些学者对大范围区域霾的组成及气候特征，霾现象对气候的影响等方面作了较为系统深入的研究。还有一些学者对霾形成的物理化学条件及如何区分雾与霾等做过细致的分析，但对忻州区域雾霾天气的分布特征研究较少。受地理特征的影响，忻州区域各地，雾霾天气的分布特征存在差异。近年来，忻州霾天气出现频率在迅速增加，已从2004年的每年几天增至2018年的几十天。因此，对于忻州市霾的研究迫在眉睫，以地理特征对大气污染物扩散条件影响为着眼点展开研究，对雾霾天气的预报预警业务有着重要意义。

本文选取忻州市14个气象观测站2004-2018年各月霾日资料，运用Micr0soft Excel表格对霾日资料进行整理统计，采用统计学原理和气候学统计方法进行分类统计、对比，根据地理特征和不同测站所在地各个行业的生产活动状况，分析大气污染与霾出现频数的关系。

2004-2011年，除原平市、代县、繁峙县有霾日记录外，其余各县无霾日记录，只有烟幕记录。2012-2018年有霾日观测记录，而无烟幕观测记录。2004-2011年视程障碍天气现象的能见度均为目测，2012年开始改自动观测，因此2012年前后霾日资料存在不一致性。根据烟幕和霾的能见度判定相同特点及成分相似性，本文把烟幕和霾视为一种天气现象。从2004-2018年逐年霾日观测资料整体分析，根据经验判断2014年岢岚县、五寨县霾日记录存在偏差，为了研究成果的精准，本文不采用2014年霾日资料。

霾日地理分布特征

1.地理分布特征

忻州市位于山西省中北部，地理坐标为：111～114°E、38～40°N。全市辖忻府区、原平市和定襄县、五台县、代县、繁峙县、宁武县、静乐县、神池县、五寨县、岢岚县、河曲县、保德县、偏关县，共1区、1市、12县，总面积2.5万平方公里。按地形可分为盆地、谷地、山地。盆地有忻定原盆地和五寨盆地，山地有偏关县、宁武县、神池县、静乐县和五台县，谷地有代县、繁峙县、河曲县、保德县。各县海拔高度在759.4～1525.4m，定襄县最低754.9m，神池县最高1525.4m。由于地理环境不同，霾出现日数也不等。分析2004-2018年各县年平均霾日知，霾日空间分布呈东多西少态势，东西部各有一个高值中心。东部高值中心在原平市，年平均霾日161天，气候概率44.1%；西部大高值中心保德县，年平均霾日110天，气候概率30.1%；年平均霾日较少的有偏关县、神池县、宁武县和静乐县。

2.海拔高度影響

分析全市霾日资料知：海拔高度与霾日总体呈反相关，但定襄县（海拔759.4m）、原平市（海拔828.2m）呈正相关。2012年，视程障碍天气现象观测方式由观测员目测转为仪器自动观测，能见度小于10km的烟幕、轻雾、霾均被视为一种天气现象记录在册。因此，2012年及以后霾日数明显增加。分析发现，定襄县年平均霾日从2004-2011年的1天增至2012-2018年的51天，原平市从168天减至105天，2014年五寨县出现161个雾霾天，是2012-2016年平均霾日的5.4倍，岢岚县出现125个雾霾天，是2012-2016年平均霾日的4.5倍。能见度观测方式的转换，导致霾日资料存在不确定性。

霾日时间分布

1.年分布

2012-2018年，忻州市14个气象观测站资料显示，全市霾日数为2077天，年平均霾日29.6天，最少12.6天，最多115.6天。各县年平均霾日2-67天。代县霾影响严重，年平均霾日67天，静乐县、宁武县和偏关县霾影响较轻，宁武县、偏关县5天左右，静乐县2天。

2.季分布

忻州市冬春季霾日数占全年的79.7%，夏秋季仅占20.3%，呈现出冬春季多、夏秋季少的分布特征。冬季平均霾日9.8天，占全年46.6%，夏季平均霾日数2.3天，占全年7. 8%。这主要是北方地区的采暖期一般在11月至次年3月，而4-10月是忻州市多雨时段，雨水对污染物起沉降作用，不利于霾的形成。

3.月分布

分析忻州市2012-2018年霾日数得知，不同月份霾日数明显不同。总体来看，1-4月霾日出现最多，5月或6月最少，平均霾日0.5天，其余月份霾日1-1.5天。全年有3/4的霾出现在1-4月，1-4月霾出现最多的原因，一是气象条件，冬季大气状态相对稳定，易形成逆温层，逆温层阻挡了污染物的扩散；二是采暖期燃煤增加，空气中的烟尘增加，空气中又增加了新的污染源；初春季节，大气状态有相对稳定向相对不稳定调整，气象条件从有利向不利转换。但实测资料显示，3-4月是忻州市出现霾日最多的月份，其根本原因，3月采暖期还没有结束，备耕工作已经开始，农民在大田里焚烧农作物秸秆、根茬等，4月春耕春播工作已经全面展开，虽然风速加大，有利于污染物扩散，但本地起沙和上游输送，使得忻州市上空空气中的颗粒物猛增，霾天气增多。分月来看，平均霾日1月最多7.3天，5月最少0.4天。

地理环境影响

霾的形成取决于该地区排放污染物的源参数、气象条件和地理环境。在源参数和气象条件一定的情况下，地理环境是造成霾天气的重要因素。保德地处黄河谷地，多吹山风，山风把污染物吹向盆地或谷地，冷空气下沉凝结，有利于污染物浓度的聚积，有利于霾的形成和维持。原平地处忻定盆地，西有管涔山，东有太行山脉，南有天涯山，由于影响山西的天气系统大多来自偏西或偏北方向，而管涔山脉对天气系统起到了阻挡和削弱作用，而太行山山脉的阻挡作用又造成气流回流，使谷地或盆地形成了一个“避风港”， 不易于大气污染物扩散，因此在保德和原平各出现霾日高值中心。

社会因素影响

在忻州市所辖14个县（市、区）中，原平市、保德县、代县等能源重化工发达，原平市以铝、电、煤、铁、机械装备制造为支柱产业，保德县有原煤、焦碳、化肥、水泥、陶瓷、电石、生铁、玻璃器皿等产业， 2018年忻州市统计局资料显示，原平市财政收入位列全市第一，保德县位列第三，工业发达带动贸易，运输工具尾气、工厂废气排放相对于多，导致污染源增多，因此霾日偏多。近年来，环境治理力度加大，许多小型工厂停产整顿或关闭，污染源逐渐减少，这也是原平市2012-2018年间霾日较前期减少原因之一。

总体而言，海拔高度与霾日总体呈反相关。由于经济因素影响和能见度观测方式的改变，定襄、原平年平均霾日与海拔高度呈正相关。忻州市霾日呈冬春季多、夏秋季少的分布特征。冬春季霾日数占全年的79.7%，夏秋季仅占20.3%，冬季平均霾日9.8天，占全年46.6%，夏季平均霾日数2.3天，占全年7. 8%。霾天气的形成取决于该地区排放污染物的源参数、气象条件和地理环境。在源参数和气象条件一定的情况下，地理环境造成霾天气的重要因素。盆地和谷地霾日多于山地。自2004-2018年霾日整体呈增多趋势。由于2012年1月能见度观测方式从目测转为自动，因此霾日资料存在不一致性。