1999—2019年南昌市大气能见度变化特征分析

易雪婷 叶子铭 罗音浩 单九生 王成芳 易艳红

摘要 利用1999—2019年南昌市国家基本气象站大气能见度和地面气象要素的观测资料和2016—2019年主要污染物浓度数据，分析了南昌市大气能见度的时间变化规律和影响因子。结果表明：（1）南昌市21年来大气能见度年平均为10.62 km，年际变化率2.12 km/10年，2017年增速最快；夏季能见度增速最明显，冬季年际变化不大。能见度日变化明显，平均在08：00最低，17：00最高。在月、季尺度上，夏季能见度最好，7月大气能见度最高；冬季最差，1月大气能见度最低。（2）南昌市大气能见度1999—2019年的年均值和四季均值都发生了明显突变，并且2017年均出现了1次突变，这与政府部门打响“蓝天保卫战”，大力开展大气污染防治工作的开始时间基本对应。

关键词 大气能见度；气象要素；污染物；南昌市

中图分类号：P457.7 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）09–0-03

大气能见度情况会影响交通运输和城市居民生活，在一定程度上反映了城市发展和生态治理情况。数十年来，工业化和城市化进程加速，我国各大城市因人口大量聚集而产生气溶胶污染和大气低能见度事件尤为严重[1-6]。江西省是我国生态大省，非常关注生态环境问题。作为江西省省会，南昌市是长江中游地区重要的中心城市，也是鄱阳湖生态经济区核心城市。近年来，该市经济发展稳中有进、稳中向好，产业结构调整和城市化进程的加速，导致污染物排放量加大。城区面积和人口的增加，以及机动车数量的剧增，导致大气环境污染问题日益突出，低大气低能见度事件出现频率增加[7-9]。而相较武汉、长沙、合肥等城市而言，南昌市对大气环境基础性的研究，尤其是大气能见度方面的研究仍然薄弱，亟待开展相关研究。以南昌市为研究区域，利用1999—2019年该地区大气能见度资料、地面气象观测资料，以及2016—2019年主要污染物浓度数据，采用多种统计学方法，分析大气能见度及其主要影响因子的时间变化规律。

1 资料与方法

所用气象资料来源于江西省气象台，获取南昌市国家气象基本站（115.92°E，28.60°N）1999年1月—2019年12月地面每日逐3 h（02：00～23：00）观测资料，包括能见度、风速、气温、气压、露点温度等，其中，露点温度已被换算为相对湿度。主要污染物资料来自全国城市空气质量实时發布平台，获取南昌市2016—2019年SO2、NO2、PM2.5和PM10浓度的逐日监测数据。主要利用线性倾向估计等统计方法，分析该地区大气能见度的年际变化、日变化、季节变化和月变化特征，同时利用M-K方法进行突变检验。

2 大气能见度及其影响因子变化特征

2.1 日变化分析

计算1999—2019年南昌站每日逐3 h（03：00～23：00）能见度数据的平均值发现，南昌市大气能见度日变化明显，呈现出单峰特征。针对21年平均大气能见度，08：00能见度达到最低（8.41 km），此后能见度逐渐升高，14：00～17：00达到峰顶（17：00能见度最高，为12.69 km），17：00至翌日08：00能见度又逐渐下降。有关研究发现，相对湿度、气温、风速、气压是影响大气能见度变化的主要气象因子。图1是南昌市这4种气象要素的日变化曲线。由图1可知，南昌市气温与风速一般在午后达到峰顶，日平均最高气温为21.54 ℃，日平均最大风速为2.26 m/s，日变化特征与图1中能见度的日变化情况类似，而夜间和凌晨的气温与风速较低；相对湿度的值在每日05：00达到最高（81.36%），14：00～17：00位于低谷区，日变化曲线与能见度基本相反。1999—2019年南昌市气压平均每日在1 013.82～1 016.51之间波动，与能见度之间的关系并不明显。

2.2 年际及季、月变化分析

利用线性倾向估计方法，诊断1999—2019年南昌市大气能见度的年际变化趋势。研究结果显示，1999—2019年南昌市平均能见度为10.62 km，总体呈上升趋势（2.12 km/10年）。1999—2015年能见度变化趋势不明显，2015—2018年后呈上升趋势，尤其是2017年后能见度上升明显，2018年大气能见度年平均高达17.12 km。

从季节尺度来看，1999—2019年南昌市夏季（6—8月）能见度最好，平均能见度达13.88 km，冬季（12月至翌年2月）能见度最低，仅为8.01 km。从月尺度来看（图2a），7月南昌市的大气能见度最高（日平均15.37 km），而1月的能见度最低（日平均7.18 km）。夏季能见度最好的因素主要体现在以下几个方面：一是南昌市夏季气温很高，平均风速也较大，大气对流活动相比其他季节更为频繁，垂直交换的速度更快，强度也更大，污染物不容易在近地层堆积；二是夏季南昌经常出现对流性天气，这也导致污染物扩散增强，污染物浓度下降；三是6月至7月上旬南昌处于主汛期，经常出现较强的降水，空气中的污染物粒子经过雨水频繁的“冲洗”，浓度显著下降。与夏季相反，南昌市冬季大气层节稳定，扩散条件不好，近地层更容易堆积污染物，同时降水也较少，污染物不容易被“冲洗”。加上冬季冷空气南下时常常带来北方燃煤供暖产生的大量污染物，多方面因素造成冬季能见度最低。此外，秋冬季南昌市周边乡村农民会焚烧秸秆堆肥，导致局地经常出现霾天气，这也是造成南昌市秋冬季能见度偏低的原因之一。

图2b为南昌市1999—2019年气温和风速的月平均变化曲线图。可以看出，南昌市夏季气温很高，其中，7月平均气温最高超过30 ℃（30.11 ℃）；冬季平均气温较低，其中，1月气温（6.11 ℃）最低。南昌9月的平均风速最大，6月的平均风速最小，月平均风速区间为1.68～2.01 m/s，整体而言，7—10月南昌市平均风速较大，无特别明显的季节变化。由图2a与图2b对比可以看出，气温和平均风速的大值区与能见度的大值区对应得较好。气压和相对湿度的月平均变化情况见图2c。从相对湿度的月变化曲线来看，6月相对湿度呈很明显的孤峰，达到79%，这是因为6月南昌经常出现持续性降雨天气，而7—8月南昌市天气转晴，相对湿度开始下降；2—5月南昌市常出现阴雨天气，相对湿度较大。相对湿度最小值出现在10月（66%），此时南昌秋高气爽，比较干燥。对比图2b与图2c时发现，气压和气温的变化曲线呈现明显的负相关，气压在1月（平均1 026.12 hPa）和12月（平均1 026.25 hPa）都较高，而7月的气压最低，平均为1 003.92 hPa，此时也是南昌最热的月份。主要污染物浓度同样有较明显的季节性变化规律：SO2、NO2、PM2.5和PM10整体上冬春季污染更重（NO2、PM2.5和PM10都是冬季污染最重），夏季污染最轻，但是SO2浓度在2019年有所不同，冬季浓度比往年更低，秋季浓度较高。

2.3 突變分析

利用Mann-Kendall检验方法分析

1999—2019年南昌市大气能见度年平均和季节平均的突变特征，图3为年平均的突变检验情况。研究发现，南昌市大气能见度的年均值和四季均值在1999—2019年都发生了明显突变，并且有1个比较一致的突变时间（都达到了显著性水平），即2017年前后，这与政府部门打响“蓝天保卫战”，高度重视大气污染防治工作的开始时间基本一致。此外，春季大气能见度出现了2次突变，第一次出现在2009年，第二次出现在2017年；夏季同样出现了2次突变，即2000年和2017年；秋季仅出现了1次突变，在2017年。冬季（12月—翌年2月）检验出3个突变时间，第一个突变时间在2002年，第2、3个突变时间分别在2017年和2018年。

从UF曲线可知，2004—2015年UF值都小于0，说明能见度在该时间范围内呈下降趋势，而1999—2003年、2016—2020年这2个时间区间内能见度呈上升趋势，并且趋势显著。春季的情况有所不同，1999—2008年UF值基本小于0，能见度呈下降趋势，其他时间区间内UF值则经常在正负之间浮动；夏季能见度变化与年平均相似，2004—2016年能见度呈下降趋势，且这种趋势比较显著；2013—2019年秋季能见度呈上升趋势，且这种趋势越来越显著；冬季UF值的波动变化较大，但总体2009年以后UF值都大于0或趋于0。

3 结果与讨论

采用大气能见度观测数据、地面气象要素资料和主要污染物浓度数据，分析南昌市1999—2019年大气能见度的时间变化特征，得出以下结论。

（1）南昌市大气能见度平均日变化明显，平均在08：00达到最低（8.41 km），17：00达到峰顶（12.69 km）。能见度的日变化与相对湿度、气温和风速的日变化有一定的关系，如南昌市气温与风速在午后达到峰顶而凌晨较低，相对湿度则相反。

（2）南昌市大气能见度年平均值为10.62 km，年际变化率为2.12 km/10年，最小值出现在2005年（9.20 km），最高值出现在2018年（17.12 km），2017年大气能见度上升幅度明显（较2016年上升了1.57 km）。不同季节的年际变化存在差异，夏季能见度随年际的增长速度更快（3.13 km/10年），冬季年际变化不强（0.79 km/10年）。

（3）在季节尺度上，南昌市大气能见度水平在夏季最好，平均达13.88 km，冬季最差，仅为8.01 km。在月尺度上，7月南昌市大气能见度最高（15.37 km），而1月的能见度最低（7.18 km）。气温、风速、气压、相对湿度等气象要素也存在明显的年际变化、日变化和月、季变化，SO2、NO2、PM2.5和PM10的年际、季节变化明显。

（4）南昌市大气能见度1999—2019年的年均值和四季均值都发生了明显突变，并且在2017年左右均出现过一次突变，这与政府部门打响“蓝天保卫战”，高度重视大气污染防治工作的开始时间基本对应。

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Distributional Characteristics of Visibility and its Affecting Factors in Nanchang from 1999 to 2019

Yi Xue-ting et al（Meteorological Disater Emergency Warning Center of Jiangxi， Nanchang， Jiangxi 330096）

Abstract This paper analyze and study the time change law and influencing factors of atmospheric visibility in Nanchang， using the observation data of atmospheric visibility and ground meteorological elements from the national basic weather station of Nanchang from 1999 to 2019 and the main pollutant concentration data from 2016 to 2019. Results show that： （1）The annual average visibility of Nanchang City was 10.62 km from 1999 to 2019， and the inter-annual change rate was 2.12 km/10 a， with the fastest growth rate in 2017. The growth rate of visibility was the most obvious in summer， and the inter-annual change in winter was not strong. Visibility varies significantly daily， with the lowest average at 08：00 and the highest at 17：00. On the monthly and seasonal scales， the visibility was the best in summer， with the highest in July; the worst in winter， with the lowest in January. （2）The annual average and the four-season average of Nanchang’s atmospheric visibility from 1999 to 2019 have undergone significant abrupt changes， and there has been a sudden abrupt change in 2017. This was also the beginning of the government’s launch of the “Blue Sky Defense” and vigorous efforts to prevent and control air pollution.

Key words Atmospheric visibility; Meteorological elements; Pollutants; Nanchang city