近70年天水市城区雾霾天气发生变化趋势
2021-09-15李瞳蒲金涌孙喆安斌
李瞳 蒲金涌 孙喆 安斌
摘要 根据天水气象站1961—2017年的雾霾天气资料，对天水市城区雾霾天数的出现规律进行了分析，结果表明：1961—2017年天水市城区雾霾呈逐年增加趋势，线性增加趋势最明显的年份出现在1961—1985年，进入21世纪10年代雾霾平均出现天数182 d;雾霾最易出现在冬季，春季相对较少;静稳天气是雾霾出现的必要条件，冷空气活动次数减少，增加了雾霾出现的次数;雾霾天数与当时的风速、气温、水汽压及相对湿度存在着比较显著的相关关系。
关键词 雾霾;天气;规律
中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：2095–3305（2021）05–0029–02
雾霾是人们能够直观感受的大气污染。“遮天蔽日”是其最主要的特征，国家要花费大量的精力和经费，来对付雾霾对人们健康造成间接或直接的损害。这些年来，其南扩西进之势明显，经常发生地区已经蔓延扩大至陕西的关中地区及淮河流域。探索其出现规律，避免重蹈西方发达国家“先污染、后治理”的覆辙，未雨绸缪，为寻找有效治理途径和方法提供依据十分有必要。根据天水市城区1961—2017年雾霾天数观测数据，分析雾霾在该地城区的发生规律，以期有的放矢地制定方案。
1 资料来源及研究方法
1.1 雾霾的定义
雾霾是常见的天气现象，是在静稳天气状态下，大气中水汽、气溶胶等累积而影响视程的天气现象。近年来，经济的高速发展及开发力度的不断增强，导致各种生态环境问题集中爆发，雾霾成了对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述。但是，雾和霾之间却有很大差别，出现雾时，空气相对湿度常达100%或接近100%。雾会随着空气湿度的日变化而出现早晚较常见或加浓，白天相对减轻甚至消失。出现雾时有效水平能见度小于1 km，当有效水平能见度1～10 km时称为轻雾。霾是排放到空气中的尘粒、烟粒或盐粒等气溶胶的集合体，是大气污染导致的。根据《地面气象观测规范》可从空气湿度上作出大致判断，相对湿度小于80%时称之为霾，80%～90%之间则为雾霾混合物。纯粹的雾和霾虽然在组成成分及形成机制上有很大不同，但是在实际观测中，却很难精确分辨。这是由于它们形成的天气条件非常相似，都需要有持续一段时间的静稳天气，需要有一定量的大气气溶胶、悬浮物的累积。因此，这两种天气现象共生的几率比较大。尤其是近年来大气环境不断恶化，在工业生产比较发达的城市，在静稳天气背景下，大气气溶胶、悬浮物容易积聚，雾出现必然有霾存在。在本研究中，把雾和轻雾一并合计统计，当做一种复合天气现象进行统计处理。
1.2 资料来源
雾、霾天气现象及有关温度、湿度、风速资料取自位于天水市建成区的天水气象站（34.75°N，105.75°E）1961—2017年的实测值。饱和及实际水汽压由（1）、（2）式计算而得。
e（T）=0.6108×e （1）
e（S）=RH×e（T） （2）
式中，e（T）为饱和水汽压，T为气温，e（S）实际水汽压，RH为相对湿度。
1.3 研究方法
统计分析借助于SPSS软件，天气现象趋势变化系数用回归方程拟合。
2 雾霾的变化规律
2.1 雾霾天数的年际变化
自1961年以来，天水建成区的雾霾天气随着年份呈线性增加（图1），增加的速度为1.2 d/a（R2=0.2618，P<0.01），雾霾变化的阶段性比较明显，1961—1985年，以3.9 d/a（R2=0.3745，P<0.01）的速度增加，线性变化趋势明显，1986—2017年线性变化趋势不明显（R2=0.0671，P>0.01）。
从年代际变化上来看，20世纪60年代—70年代年代际雾霾天的增加量最大为31.2 d/10 a;其次为21世纪的00年代—10年年代，增加量霧霾天的增加量为21.1 d/10 a，21世纪初这种变化趋势加剧了当地大气污染治的严峻程度。20世纪70年代—80年代年代际雾霾天的增加量为12.4 d/10 a，其余年代之间的雾霾天数变化比较平缓，在3 d/10 a左右。
2.2 雾霾天数的月变化
天水市城区的雾霾天气月变化特征明显，雾霾天数最多月出现在12月为23 d，最少月出现在5、6月，为5 d，呈比较典型的正抛物线性，可以用公式（3）描述其月雾霾天数随月份的变化规律（R2=0.9212 P<0.001），式中，Y为雾霾天数（d），x为1—12月的月序数（1月，x=1;……;12月，x=12）。
Y=0.4156X2-4.5088X+19.255 （3）
对公式（3）求一阶导数，并令Y'=0，得到X=5.4，说明5—6月是天水市城区建成区雾霾天数最少的时段，这与实际情况是完全吻合的。
天水市建成区的雾霾天数季节分布特点比较明显，冬季雾霾天数比较多，夏季雾霾天数比较少。春末及夏季大气边界层稳定状况较差，垂直运动明显，静稳天气较少，无风或微风天气少，气溶胶、PM2.5等大气悬浮物随着上升气流或空气的水平流动而散失，在近地层不易集聚，雾的水汽凝结核相对较少。温度较高，饱和水汽压相对也高，符合凝结的天气状况较少，两者共同作用，使得春、夏季相对形成的几率较少。此外，春季还是环流形式调整、冷热空气频繁转换活动，也不利于雾霾天气形成的背景出现。
2.3 天气形势与雾霾的关系
所谓静稳天气就是指当大范围近地面大气层持续或超过24 h出现气压场较均匀、静风或风速较小的天气。在静稳天气条件下，湍流受到抑制，特别是当逆温层出现时，低空中的水汽和颗粒物不易扩散，极易形成雾霾天气。按照有关业务规定，统计了2011—2017年弱（日降温幅度<6.0℃）、中等强度（0℃≤日降温幅度≤8.0℃）及強（日降温幅度>8.0℃）冷空气活动频次，结果表明，进入21世纪，冬季连冷空气的活动次数呈比较明显的减少趋势，使得冬季雾霾天气不断增加。
冬季除环流比较稳定，静稳天气较多外，集中供暖和分散燃烧大量的煤及其煤制品，造成大量的SO2及氮氧化物有组织及无组织排放，加大了城市建成区上空各种气溶胶及悬浮物的累积，为雾霾形成提供了必要条件，一旦累积量达到临界值或湿度条件达到饱和临界值就极易形成雾霾。
3 结论
天水作为西北中等城市，雾霾的发生特点既不同于东部工业生产比较发达的城市，又有别于北方高耗能城市。自1961年以来，雾霾天数基本上呈逐年增加的趋势。其中20世纪60年代—80年代增加趋势更加明显，进入21世纪10年代雾霾天数平均达182 d/a，比60年代增加了70 d/a。城区雾霾天数的季节变化比较明显，冬季是全年最易出现雾霾的季节，雾霾一年之中的最大季节分布有别于华北地区的秋季严重雾霾，春夏季是雾霾出现较少的季节，一年之中，春季雾霾天数最少。
造成天水市雾霾天气现状分布状况，主要是较大尺度的环流及天气背景，雾霾生成与风速、水汽压、气温及相对湿度等气象要素相关关系显著。特殊的地形、小气候及人口密度的不断增加对雾霾天数的增加及季节分布特征形成有一定贡献。
参考文献
[1] 郑欣倩，殷默.防癌更要防霾：雾霾与健康[J].自我保健，2014（3）：78-79.
责任编辑：黄艳飞
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
