牛樂(lè)田，許瑋，劉帆，胡偉，朱瑞杰

（咸陽(yáng)市氣象局，陜西 咸陽(yáng) 712000）

霧是指懸浮在近地面空氣中的大量小水滴或冰晶，水平能見(jiàn)度小于1 km。霧一般可分為輻射霧、輻射平流霧和雨霧三種類(lèi)型。咸陽(yáng)地區(qū)主要為輻射霧（發(fā)生在夜間至清晨）。

空氣中大量極細(xì)微干塵粒使大氣混濁，視野模糊并導(dǎo)致能見(jiàn)度惡化，如果水平能見(jiàn)度小于10 km時(shí)，將這種非水成物組成的氣溶膠系統(tǒng)造成的視程障礙稱(chēng)為霾(Haze)或灰霾（Dust-haze）。霾的厚度比較厚，可達(dá)1～3 km。由于灰塵、硫酸、硝酸等粒子組成的霾，其散射較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光比較多，因而霾看起來(lái)呈黃色或橙灰色[1]。

霧霾天氣是造成能見(jiàn)度及城市空氣質(zhì)量降低的主要災(zāi)害性天氣現(xiàn)象，不但影響面廣，而且直接引發(fā)各類(lèi)海、陸、空交通事故，霧霾天氣已經(jīng)成為一種新的氣象及環(huán)境災(zāi)害性現(xiàn)象。近年來(lái)，持續(xù)的霧霾導(dǎo)致嚴(yán)重的空氣污染已經(jīng)給人民生產(chǎn)生活帶來(lái)極大的危害，這也引起了學(xué)者和決策者的廣泛關(guān)注[2-4]，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)上對(duì)霧霾的研究主要關(guān)注污染物來(lái)源、排放及污染物形成、傳播的過(guò)程及擴(kuò)散的氣象條件。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市化進(jìn)程的推進(jìn)，交通運(yùn)輸、工業(yè)能源消耗等迅速遞增，霧霾的出現(xiàn)在很大程度上受到人類(lèi)活動(dòng)的影響，國(guó)內(nèi)對(duì)由霧霾引起的環(huán)境問(wèn)題研究開(kāi)始逐步關(guān)注經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型及生態(tài)文明建設(shè)、城市生態(tài)規(guī)劃及法律治理研究。孫鵬鵬[5]提出西方工業(yè)化國(guó)家在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中同樣經(jīng)歷過(guò)嚴(yán)重的大氣污染，但是通過(guò)卓有成效的技術(shù)手段和法律治理措施，目前西方工業(yè)化國(guó)家基本實(shí)現(xiàn)了清潔空氣立法目標(biāo),他們的經(jīng)驗(yàn)值得我們認(rèn)真研究和借鑒。

咸陽(yáng)地處關(guān)中腹地，位于北部黃土高原和南部秦嶺之間，大氣常處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，加之近地層風(fēng)速較小，不利于污染物擴(kuò)散。龐翻等[6-7]寶雞、西安氣象工作者對(duì)當(dāng)?shù)仂F霾天氣進(jìn)行總結(jié)分析，研究表明關(guān)中中西部地區(qū)霧霾天氣呈多發(fā)態(tài)勢(shì)。近十年來(lái)，關(guān)中地區(qū)大氣邊界層高度下降，使大氣擴(kuò)散污染物的能力顯著降低，有利于霧霾的形成及維持，2013—2014年咸陽(yáng)地區(qū)更是遭受大面積霧霾污染，2013年11月17—25日、2014年2月15—19日PM2.5的平均超標(biāo)率超過(guò)70%,對(duì)居民身體健康、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展造成負(fù)面影響。市委市政府相繼實(shí)施《咸陽(yáng)市全面改善城市環(huán)境空氣質(zhì)量實(shí)施意見(jiàn)》及《咸陽(yáng)市“治污降霾·保衛(wèi)藍(lán)天碧水”行動(dòng)（2014)》，從依法治理、應(yīng)急聯(lián)防、霧霾天氣監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)研究等方面進(jìn)行全面部署實(shí)施。本文從統(tǒng)計(jì)學(xué)出發(fā)，對(duì)咸陽(yáng)各縣建站以來(lái)氣象觀測(cè)資料進(jìn)行分析，總結(jié)得出咸陽(yáng)霧霾天氣的時(shí)空分布特點(diǎn)，從霧霾氣候成因入手，試圖找出誘發(fā)咸陽(yáng)本地霧霾天氣的氣候因素，并對(duì)霧霾天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警建設(shè)及聯(lián)合防御問(wèn)題提出合理建議。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

本文利用咸陽(yáng)11個(gè)縣區(qū)各氣象觀測(cè)站日氣象觀測(cè)資料，統(tǒng)計(jì)1960—2012年觀測(cè)的霧霾日數(shù)（三原縣觀測(cè)資料不全，因此在統(tǒng)計(jì)分析時(shí)未采用三原的觀測(cè)資料），對(duì)咸陽(yáng)地區(qū)各縣出現(xiàn)的霧霾天氣次數(shù)求和平均，結(jié)合各縣經(jīng)緯度，采用克里金差值方法，運(yùn)用Arcgis軟件繪制咸陽(yáng)地區(qū)霧霾天氣的時(shí)空分布特征，得出咸陽(yáng)霧霾天氣空間分布及年代際、月分布特征。

2 霧霾天氣氣候分布

2.1 空間分布

圖1 咸陽(yáng)地區(qū)近53年平均霧霾日數(shù)分布圖

如圖1所示，咸陽(yáng)市年平均霧霾日數(shù)基本呈現(xiàn)從西北到東南增多的趨勢(shì)。咸陽(yáng)市的霧霾天氣在主要集中于咸陽(yáng)市的南部地區(qū)，大值中心出現(xiàn)在咸陽(yáng)市區(qū)，其年平均霧霾日數(shù)為59天，其次是興平，年平均日數(shù)為45天。而在北部的彬縣、旬邑一帶霧霾天數(shù)較少，低值中心出現(xiàn)在彬縣，年平均霧霾日數(shù)僅為13天。

如圖2與表1所示，21世紀(jì)年平均霧霾日數(shù)分布與20世紀(jì)相比，年平均霧霾日數(shù)有所減少，年平均霧霾日數(shù)較少的區(qū)域較20世紀(jì)明顯擴(kuò)大，但霧霾天氣仍然集中于東南部地區(qū)。21世紀(jì)與上世紀(jì)咸陽(yáng)市均為霧霾天氣發(fā)生最多的地區(qū)，20世紀(jì)年平均出現(xiàn)63天，21世紀(jì)年平均出現(xiàn)45天。

表1 咸陽(yáng)地區(qū)各時(shí)期年平均霧霾日數(shù)表 天

2.2 年際分布

圖2 咸陽(yáng)1960—2000年與2001—2012年年平均霧霾日數(shù)分布對(duì)比圖

由圖3與表2看出，咸陽(yáng)市年平均霧霾日數(shù)整體呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，年平均霧霾日數(shù)最多的一年是在1979年為58天，最少的一年是在2010年為14天。在單站統(tǒng)計(jì)中，興平站在1979年出現(xiàn)霧霾日數(shù)132天，為單站之最，其次是咸陽(yáng)站1972年出現(xiàn)的129天。

在20世紀(jì)60—70年代，咸陽(yáng)地區(qū)霧霾日數(shù)呈上升趨勢(shì)。隨后，霧霾日數(shù)在20世紀(jì)70年代達(dá)到最多，平均每年為46天。之后，20世紀(jì)80年代至今霧霾日數(shù)一直呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，在本世紀(jì)全市年平均霧霾日數(shù)不到20世紀(jì)70年代的一半，僅為20天。其減少的原因應(yīng)與自20世紀(jì)80年代政府開(kāi)始注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù)有關(guān)，同時(shí)由于在1982年氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)整，有關(guān)霾日氣象的記錄逐步淡化，一般不要求觀測(cè)員嚴(yán)格記錄霾現(xiàn)象。

圖3 咸陽(yáng)市年平均霧霾日數(shù)變化圖

表2 咸陽(yáng)市各年代年平均霧霾日數(shù)

2.3 月分布

圖4 咸陽(yáng)市月平均霧霾日數(shù)變化曲線

如圖4所示，咸陽(yáng)在夏季（6—8月）霧霾日數(shù)出現(xiàn)最少，期間各月出現(xiàn)霧霾1天左右。而在10月至次年3月期間霧霾發(fā)生日數(shù)較多，即在一年中霧霾主要出現(xiàn)秋季和冬季，其中冬季的12月和1月出現(xiàn)霧霾天氣最多，期間發(fā)生霧霾日數(shù)超過(guò)4天。

如圖5所示，咸陽(yáng)地區(qū)21世紀(jì)月平均霧霾日數(shù)與20世紀(jì)月平均霧霾日數(shù)發(fā)生了明顯的變化，21世紀(jì)較20世紀(jì)明顯減少。20世紀(jì)月平均霧霾日數(shù)較少的時(shí)段出現(xiàn)在6—8月，且沒(méi)有任何一月的平均霧霾日數(shù)少于1天；21世紀(jì)的月平均霧霾日數(shù)較少的時(shí)段有所擴(kuò)大，為3—7月，其月平均霧霾天數(shù)都少于1天。

圖5 咸陽(yáng)1960—2000年與2001—2012年月平均霧霾日數(shù)曲線對(duì)比圖

20世紀(jì)月平均霧霾日數(shù)較多的時(shí)段出現(xiàn)在9月至次年4月，此時(shí)段內(nèi)各月的月平均霧霾日數(shù)都大于3天，最多的月份為12月和1月均接近5天；而21世紀(jì)月平均霧霾日數(shù)超過(guò)3天的月份僅有10月和12月兩個(gè)月份，月平均霧霾日數(shù)較多的時(shí)段較20世紀(jì)有所減少，為9月至次年2月，此時(shí)段內(nèi)各月霧霾日數(shù)均大于2天。

3 咸陽(yáng)霧霾天氣的基本特征

咸陽(yáng)市年平均霧霾日數(shù)基本呈現(xiàn)從西北到東南增多的趨勢(shì)。咸陽(yáng)地區(qū)霧霾天氣主要集中于咸陽(yáng)市的南部地區(qū)，大值中心出現(xiàn)在咸陽(yáng)市區(qū)。21世紀(jì)年平均霧霾日數(shù)分布與20世紀(jì)相比，年平均霧霾日數(shù)有所減少。咸陽(yáng)地區(qū)在夏季（6—8月）霧霾日數(shù)出現(xiàn)最少，期間各月出現(xiàn)霧霾1天左右。而在10月至次年3月期間霧霾發(fā)生日數(shù)較多，即一年中霧霾主要出現(xiàn)在秋季和冬季，其中冬季的12月和1月出現(xiàn)霧霾天氣最多，期間發(fā)生霧霾日數(shù)超過(guò)4天。

4 霧霾天氣成因分析

霧霾天氣與近地層濕度條件、風(fēng)場(chǎng)、穩(wěn)定層結(jié)及溫度層結(jié)等氣象要素密切相關(guān)。天氣形勢(shì)的變化將導(dǎo)致氣象要素的變化，雖然天氣形勢(shì)演變呈現(xiàn)復(fù)雜性、多變性等特點(diǎn)，但是從咸陽(yáng)地區(qū)氣溶膠分布特點(diǎn)、常年主導(dǎo)風(fēng)場(chǎng)特點(diǎn)、及特殊地形特征等方面分析，仍可總結(jié)出咸陽(yáng)霧霾天氣氣候成因。

4.1 大氣氣溶膠濃度高催生霧霾天氣

大氣氣溶膠是指懸浮在大氣中的固態(tài)和液態(tài)顆粒物的總稱(chēng),主要包括沙塵、碳（有機(jī)碳和黑碳）、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和海鹽等6類(lèi)。有利于催生霧霾天氣的形成。大氣氣溶膠具有不同的時(shí)空分布特點(diǎn)，咸陽(yáng)地區(qū)屬于大陸季風(fēng)性氣候，冬季天氣多呈寒冷、干旱特點(diǎn)，且環(huán)流形勢(shì)比較穩(wěn)定。居民采用的燃煤供暖及秋季農(nóng)村秸稈燃燒都會(huì)造成碳?xì)馊苣z的濃度明顯增加，咸陽(yáng)南部地區(qū)工業(yè)相對(duì)比較發(fā)達(dá)，排放的二氧化硫較多，同時(shí)因城市汽車(chē)使用量加大，所以南部城市密集區(qū)中硝酸鹽和硫酸鹽氣溶膠濃度較高。研究表明，氣溶膠中PM10和PM2.5的濃度與能見(jiàn)度密切相關(guān)，氣溶膠濃度高是霧霾天氣多發(fā)的主要原因。

2012年，環(huán)境保護(hù)部對(duì)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，PM2.5開(kāi)始正式監(jiān)測(cè)和發(fā)布。PM2.5主要來(lái)源于人為污染，易附帶有毒、有害物質(zhì)（例如重金屬、微生物等）,因此，要從根本上改變空氣質(zhì)量，需要在制度上實(shí)現(xiàn)保障，從源頭上進(jìn)行防治，并制定長(zhǎng)效的部門(mén)協(xié)同連同機(jī)制。同時(shí)，由于霧霾作為有害物質(zhì)的載體，應(yīng)盡快完善大氣成分監(jiān)測(cè)體系，大力開(kāi)展霧霾天氣形成的機(jī)理研究，有效提升霧霾天氣和大氣污染的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警能力。

圖6 咸陽(yáng)市各縣區(qū)年主導(dǎo)風(fēng)向

4.2 咸陽(yáng)地區(qū)風(fēng)場(chǎng)特征

4.2.1 地面風(fēng)場(chǎng)特征

經(jīng)統(tǒng)計(jì)建站以來(lái)咸陽(yáng)各站風(fēng)場(chǎng)特點(diǎn)可知，如圖6所示，咸陽(yáng)西北部的長(zhǎng)武、彬縣主導(dǎo)風(fēng)向分別為東南風(fēng)和東東南風(fēng)（風(fēng)向頻率分別為13%和9%）；東北部旬邑主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸北蔽黠L(fēng)（風(fēng)向頻率為9%）；偏西的永壽、乾縣和武功主導(dǎo)風(fēng)向分別為北北西風(fēng)、西北風(fēng)和西風(fēng)（風(fēng)向頻率分別為12%、10%和9%）；中東部的淳化主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)（風(fēng)向頻率為11%），而涇陽(yáng)、禮泉、興平主導(dǎo)風(fēng)向均為東東北風(fēng)（風(fēng)向頻率分別為15%、14%和10%），三原、咸陽(yáng)主導(dǎo)風(fēng)向均為東北風(fēng)（風(fēng)向頻率為13%和18%）。

可知，咸陽(yáng)地區(qū)霧霾嚴(yán)重的東南部地區(qū)與西北部地區(qū)風(fēng)場(chǎng)具有風(fēng)向輻合，輻合區(qū)的存在不利于低空中的水汽和顆粒物擴(kuò)散，有利于霧霾的形成和維持。

4.2.2 高空風(fēng)場(chǎng)特征

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析高空探測(cè)資料，中緯度地區(qū)對(duì)流層中上層常年盛行西風(fēng)環(huán)流，咸陽(yáng)地區(qū)位于青藏高原東北側(cè)，在西風(fēng)影響下，高原地區(qū)特殊地理結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的沙塵、碳粒等顆粒將會(huì)向東移動(dòng)，東移過(guò)程中在咸陽(yáng)地區(qū)堆積并下沉，形成有利于催生霧霾天氣的大氣氣溶膠。

4.3 咸陽(yáng)地區(qū)地形地貌

霧霾天氣空間分布差異大與咸陽(yáng)特殊的地形密切相關(guān)，咸陽(yáng)市地勢(shì)北高南低，呈階梯狀。東北部的旬邑縣石門(mén)山峰海拔1885.3 m，為全市最高點(diǎn)。東南部的三原縣大程鎮(zhèn)清河出境地，海拔362 m，為全市最低處。北部屬渭北黃土高原半干旱溝壑區(qū)的南緣，南部處于關(guān)中“喇叭口”地形的入口地帶，緊鄰渭河，地勢(shì)平坦，自然植被較少，且城市建設(shè)繁榮、人口密集，成為霧霾天氣高發(fā)中心。渭北黃土高原屬高原丘壑地貌，在旬邑縣的馬欄、石門(mén)山區(qū)和淳化縣北部的黃花山有天然林區(qū)。特殊的地貌特征說(shuō)明在咸陽(yáng)南部河流階級(jí)地貌和西北部低洼地帶易出現(xiàn)霧霾，而東北部地區(qū)由于存在的天然林區(qū)，一定的森林覆蓋率對(duì)霧霾天氣有緩解。

5 結(jié)論與討論

（1）咸陽(yáng)市年平均霧霾日數(shù)基本呈現(xiàn)從西北到東南增多的趨勢(shì)。咸陽(yáng)市霧霾天氣多發(fā)在城市化發(fā)達(dá)及人口密集的南部地區(qū)；咸陽(yáng)地區(qū)一年中霧霾主要出現(xiàn)秋季和冬季，其中冬季的12月和1月出現(xiàn)霧霾天氣最多，與咸陽(yáng)地區(qū)氣溶膠時(shí)空分布、風(fēng)場(chǎng)特征及地形地理特征有關(guān)。

（2）文中總結(jié)咸陽(yáng)地區(qū)霧霾自20世紀(jì)80年代后年平均霧霾日數(shù)逐步減小，并不是實(shí)際霧霾發(fā)生次數(shù)減弱，這主要是由于1982年后氣象部門(mén)觀測(cè)業(yè)務(wù)調(diào)整，霾日觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及記錄有所改變，加之期間各縣測(cè)站探測(cè)環(huán)境不同層次發(fā)生改變，近而影響霧霾數(shù)據(jù)記錄。當(dāng)然與80年代開(kāi)始生態(tài)環(huán)境建設(shè)逐步引起社會(huì)廣泛關(guān)注，在政府的主導(dǎo)下，生態(tài)環(huán)境治理開(kāi)始實(shí)施也有一定作用。

（3）本文霧霾天氣的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)截止到2012年，而2013年和2014年咸陽(yáng)地區(qū)先后遭遇多次大范圍持續(xù)霧霾天氣，其影響范圍、持續(xù)時(shí)間、霧霾強(qiáng)度歷史少見(jiàn),嚴(yán)重?fù)p害人民群眾身體健康，影響社會(huì)和諧穩(wěn)定。主要成因是大氣環(huán)流西風(fēng)指數(shù)較高，多持續(xù)靜穩(wěn)天氣，形成有利霧霾產(chǎn)生的氣象條件，同時(shí)與人類(lèi)活動(dòng)造成的不斷增加的污染物排放也有一定作用。今后，隨著咸陽(yáng)市工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的深入推進(jìn)，能源資源消耗持續(xù)增加，大氣污染防治壓力將會(huì)繼續(xù)加大，霧霾污染的區(qū)域性及復(fù)合性特點(diǎn)日益突出，因此應(yīng)借鑒西方國(guó)家先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，以法治理為推手，科學(xué)關(guān)閉污染源，提高民眾減排意識(shí)，建立應(yīng)急聯(lián)動(dòng)預(yù)案，全面加大對(duì)霧霾污染的綜合治理。

[1]中國(guó)氣象局.霾的觀測(cè)和預(yù)報(bào)等級(jí)[S]//吳兌，湯仕文，鄧雪嬌，等.中華人民共和國(guó)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QX/T113-2010）.北京:氣象出版社，2010.

[2]國(guó)務(wù)院.大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃（國(guó)發(fā)[2013]37號(hào)）[EB/OL].（2013-09-1） http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201407/t20140725_280516.htm.

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