1972—2021年定襄县雾、霾日数与气象因素变化规律分析

温天亮 王丽君 罗军 肖西 秦小康

摘要 利用1972—2021年定襄国家气象观测站的历史地面观测资料，统计分析定襄县雾和霾天气的长期气候变化及空间分布特征，通过采用皮尔逊相关系数分析法和显著性检验（t检验法），分析雾、霾日数与对应气象因子的相关性和显著性。结果发现，近50年定襄县雾日数呈略增多趋势；而霾日数的波动性增加趋势十分明显；雾、霾日数在年内展现为单谷型；随着日平均相对湿度的逐渐增加，定襄县雾、霾天气的出现概率也表现为先增加后减小的趋向；当气温越低，日平均风速越小（静风或风速≥2.0 m/s），最长连续无降水日数越长时，越有利于霾天气的形成。

关键词 雾；霾；变化规律；定襄县

中图分类号：X16 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）07–0232-04

根据中国气象局发布气象行业标准《霾的观测和预报等级》（QX/T 113—2010），在能见度＜10 km的情况下，当相对湿度＜80%时定义为霾；＞95%时为雾；介于80%～95%之间是雾霾混合，需根据细颗粒物浓度或地面观测规范作进一步界定[1]。对雾霾的研究始于20世纪70～80年代，该时期对雾霾问题的研究集中在对雾、霾概念的界定上[2-3]。至21世纪，对雾霾问题的研究集中在如何辨认雾霾天气和雾霾天气可见度的问题上[4-6]。近年来，国内学者研究了我国霾日和大雾日的时空分布特征及雾霾天气变化特征[7-10]。山西省属于华北地区雾霾天气频繁发生的省份之一，以往对该地区雾、霾的研究集中在定性研究和对其长时间段变化趋势上，对其影响因素的探讨较少[11]。本研究分析了定襄县的雾、霾时间变化特征及其影响因素，旨在掌握该地区雾、霾天气的变化规律。

1 资料与方法

选取定襄国家气象观测站1972—2021年雾、霾日数及其对应的逐日最高、最低、平均气温、相对湿度、风向风速、最大不连续降水日数等气象资料，用皮尔逊相关系数分析法和显著性检验（t检验法），分析雾、霾日数与对应气象因子的相关性和显著性分析。

虽然雾与霾有明确的定义，但在实际的观测中不易区分，且两者是可以互相转变的，当相对湿度接近饱和时，霾粒子吸附析出的液态水成为雾滴，而相对湿度降低至90%以下或更低时，雾滴脱离水后霾粒子悬浮在大气中。因此，雾和霾之间难以简单地用湿度值区分开，本研究依据地面气象观测规范和相关技术规定，统计历年雾和霾日数，掌握雾、霾天气在不同时间尺度上的变化特征，并探讨了雾、霾天气和气象因子的关系。

2 结果与分析

2.1 氣候变化特征

2.1.1 长期变化趋势 由图1和图2可知，近50年来，年平均雾、霾天气整体呈增多趋势，霾尤其呈明显增多趋势，雾天气最多日数为49 d，出现在2016年；霾天气最多日数为122 d，出现在2018年。近50年，定襄县雾天气日数以0.5 d/10年的速率增加，呈略增多趋势；而霾天气日数以5.4 d/10年的速率增加，波动性增加趋势明显，2016年后霾天气异常增多，气候趋势系数为0.5412，通过了000.1信度检验。从雾、霾9年滑动平均值变化曲线上看，雾与霾天气发生日数在21世纪20年代均出现峰值。

2.1.2 季节变化特征 定襄县四季均有雾、霾天气的出现，但存在较明显的季节变化特点。图3是1972—2021年定襄县各月雾、霾日数，整体可看出，历年雾、霾日数分布差异很大，雾、霾日数在年内基本展现为单谷型，雾日数最低值出现在春季，4、5月最少，秋季雾日数最多；霾日数最低值出现在8、9月，冬季（12月至翌年2月）是霾天气频繁期，冬末（2月）开始迅速减少。

由表1可见，定襄县近50年来雾日数为737 d，雾日数最多出现于秋季，占全年雾日数的45.9%；夏季稍低，占全年的25.8%；冬季次之，占20.0%；春季所占比例最低，仅占8.3%。夏末、秋季（8—11月）发生雾日数在全年所占比例高达57.2%，是雾天气最易发生的季节。近50年来，定襄县霾日数为1 127 d，霾日数最多出现于冬季，占全年霾日数的59.8%；春季稍低，占全年的17.0%；秋季次之，占15.9%；夏季所占比例最低，仅占7.3%。全年来看，秋末至春初（11月至翌年3月）发生霾日数在全年所占比例高达80.0%，是霾天气最易发生的时段。

从污染物排放源的角度来看，在交通源与工业源排放污染物相对稳定的情况下，秋冬季逆温天数及强度的增多会阻碍对流层中大气气团的对流运动，使近地面的污染物聚集到城市上空，从而造成较低层大气中的气溶胶粒子集中，这为霾生成和维持发展提供了有利的层结条件。此外，研究发现，降雪天气对污染物颗粒的捕获作用比降雨天气小，降雪时的微风、高湿及不利的扩散条件难以对消气象条件对空气污染的影响。因此，冬季降雪对大气中污染物的稀释作用十分有限，且随降雪量的增加，大气中污染物浓度升高的概率增加，这也是冬季霾天气多发的因素之一。而春、夏季随着太阳辐射的逐渐增强，近地面层结不稳定增多，大气扩散条件好转，加之充沛降水的冲刷作用则成为雾、霾天气少发的主要原因。

2.2 气象要素特征

由于雾、霾天气的局地性特征比较明显，选定襄国家站气象观测资料为例，探讨了雾、霾天气下的气象要素特征。

2.2.1 气温 表2、表3为1972—2021年定襄县雾、霾日数和逐日最高、最低、平均气温多年平均值分布情况。通过皮尔逊相关性分析，定襄县历年的雾出现日数与逐日最高、最低、平均气温呈正相关，定襄县历年的霾出现日数与逐日最高、最低、平均气温呈负相关，气温低时，大气中水汽少，更有利于霾天气的形成，冬、春、秋季霾天气更多。

2.2.2 风 根据统计分析，定襄县近50年雾天气历年日平均风速为0.8 m/s，雾天气过程时的日平均风速主要在1.5 m/s

以下，所占比例高达91.2%，1.0 m/s以下风所占比例为64.2%。近50年霾天气历年日平均风速为1.2 m/s，霾天气过程时的日平均风速大部分在2.0 m/s以下，所占比例高达87.6%。可见，风速≤2.0 m/s时，十分有利于雾、霾天气的产生。当风速＞2.0 m/s时，也会有雾、霾天气发生，但随着风速增大，雾和霾的发生概率降低。风速越小，发生雾、霾天气的概率越大，这表明地面风场是影响雾、霾天气形成与否的先决条件之一。这主要是因为近地面运输条件与大气中污染物的扩散稀释能力紧密相关，近地面风的变化对大气污染物的传输和扩散影响十分明显：近地面长时间的微风利于形成气流停滞区，从而为雾和霾的生成创造条件。随着风速增大，大气平流的输送能力不断增强，大气中污染物极易被风吹散而不利于雾和霾天气的形成。

由图4可见，出现雾天气时，近地面主导风向为西南风，WSW到SSW 3个风向所占比例为18.8%，次主导风向为南风；出现霾天气时，近地面主导风向为南风，SSW到SSE 3个风向所占比例为17.6%，次主导风向为东北风，而定襄县多年主导风向是偏北风，偏北风常携带冷空气南下，有利于大气中污染物的及时消除，不利于雾、霾天气的产生。此外，在所有雾、霾天气中，静风所占频率均高达20%以上，这主要是由于静稳条件下大气的扩散条件差，更易导致雾、霾天气的形成。

2.2.3 相对湿度 由表4可知，随着日平均相对湿度的逐渐增加，定襄县雾、霾天气的出现概率表现为先增加后减小的趋向。当日平均相对湿度＜50%时，雾发生的概率小，仅占0.2%；日平均相对湿度增加至80%～89%时，雾出现的概率达到峰值，为41.6%，出现雾时，空气趋于饱和的概率为13.9%；对于霾而言，当日平均相对湿度≥90%时，霾发生的概率小，仅占0.5%；日平均相对湿度在50%～59%之间时，雾出现所占比率高，为22.9%；在60%～79%之间时，霾出现的概率也较大，当相对湿度≥80%后，霾出现的概率随日平均相对湿度的增加呈下降趋势。

2.2.3 最长连续无降水日数 图5为1972—2021年定襄县逐月最长连续无降水日数与雾、霾出现次数变化趋势图。从图5中可以看出，1972—2021年定襄县最长连续无降水日数变化趋势呈单谷型分布特征，与霾出现次数变化趋势较为一致。仲春至初秋（4—9月），定襄县月最长连续无降水日数处于较低的水平，仲秋（10月）最长连续无降水日数陆续上升，霾出现次数也逐渐增多。此外，从10月开始，气温明显下降，地面夜间的辐射降温明显，大气低层易出现“逆温”，空气的水平、垂直方向交换传输能力变弱，空气中排放的污染物被限制在浅层大气中，有利于霾的形成。晚秋（11月）开始，随着最长连续无降水日数逐月上升，并于12月达到全年最大值（24.0 d），逐月霾日出现次数也迅速达到全年峰值。Spearman相关性分析表明，霾日数与逐月最长连续无降水日数显著正相关，相关系数达到0.876，此相关系数通过了双尾0.01的显著性水平检验。由此可知，由于降水对污染物有冲刷作用，最长连续无降水日数越长，形成霾天气的概率越大。

从图5中可看出，秋季更有利于雾的生產，秋冬季节晴朗、微风、近地面水汽比较充沛，且大气上下流动少，比较稳定，有利于雾形成的气象条件日数较其他季节居多。

3 结论

（1）1972—2021年，定襄县年雾、霾天气日数波动性增加趋势十分明显，且具有明显的阶段性，即20世纪70年代中期处于雾的少发期，20世纪80年代末至21世纪初期为波动增多、减少的阶段，2016年异常增多，然后雾日数下降，但仍高于这50年的平均值。关于霾天气，20世纪80年代初为霾的少发期，至90年代末呈略增长阶段，2016年异常增多，然后减少但仍高于历年平均值。

全年来看，雾日数最多出现在秋季，夏季略低，冬季次之，春季所占比例最低。9—10月是雾最易发生的季节，主要是因为日夜温差逐渐增大，加之近地面空气的冷却、加湿与水汽的凝结更易形成雾。霾日数最多出现于冬季，春、秋季略低，夏季所占比例最低。冬季空气干燥，且污染物产生比夏季多，由大气污染物的源、汇季节变化综合作用的结果。

（3）定襄雾日数与逐日最高、最低及平均气温呈正相关。霾日数与逐日最高、最低及平均气温呈负相关，气温越低，霾发生的频率越大。当日平均风速≤2.0 m/s时，最有利于雾和霾天气的形成。定襄县出现雾和霾天气时，近地面主导风向为偏南风。随着日平均相对湿度的逐渐增加，定襄县雾、霾天气的出现概率表现为先增加后减小的趋势。

（4）1972—2021年定襄县最长连续无降水日数变化趋势呈单谷型分布特征，与霾出现次数变化趋势较为一致。霾日数与逐月最长连续无降水日数显著正相关，相关系数高达0.876，最长连续无降水日数越长，形成霾的概率越高。

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The Changes of fog and Haze Days and Meteorological Element during 1972-2021 in Dingxiang County

Wen Tian-liang et al（Dingxiang County Meteorological Bureau of Shanxi Province， Dingxiang， Shanxi 035400）

Abstract Based on the historical ground observation data of Dingxiang County National Meteorological Observatory from 1972 to 2021， the long-term climate change and spatial distribution characteristics of fog and haze weather in Dingxiang County are statistically analyzed. The correlation and significance between fog and haze days and corresponding meteorological factors are analyzed by Pearson correlation coefficient analysis method and significance test （t test method）. The results show that the number of foggy days in Dingxiang County has slightly increased in the past 50 years; The fluctuation trend of haze days was very obvious; The number of fog and haze days showed a single valley pattern within the year; With the gradual increase of daily average relative humidity， the occurrence probability of fog and haze in Dingxiang County also showed a trend of increasing first and then decreasing; When the temperature was lower， the daily average wind speed was smaller （calm wind or wind speed ≤ 2.0 m/s）， and the longest continuous day without precipitation is longer， it was more conducive to the formation of haze weather.

Key words Fog; Haze; Change law; Dingxiang County