李芳++趙京峰+王曉默++張熙++宋佳
析和多項(xiàng)式擬合的方法對(duì)濟(jì)寧地區(qū)霧和霾的時(shí)空分布特征及演變規(guī)律進(jìn)行研究。結(jié)果表明,濟(jì)寧11個(gè)市縣霧日的逐月變化可分成單峰-單谷型、不規(guī)則波動(dòng)型、U型和雙峰-雙谷型;11個(gè)市縣霾日的月變化可以分成3峰-3谷型和3峰-2谷型;6月發(fā)生霧天氣最少,但霾天氣卻是多發(fā)月份;濟(jì)寧地區(qū)的霧日空間分布呈西北多東南少的特點(diǎn),即洼地多、丘陵少、平原居中;濟(jì)寧地區(qū)的霾日空間分布呈北多南少、山區(qū)多平原少的特點(diǎn),且四季的空間分布基本一致,說(shuō)明霾的發(fā)生也和地形有很大關(guān)系;濟(jì)寧地區(qū)霧和霾在1~12月均有發(fā)生,其中秋冬季霧日最多(占72%)、夏季最少(占13%);霾日在夏季和秋冬季分布比較均勻,春季最少(占19%);近10年濟(jì)寧地區(qū)霾日的變化規(guī)律呈波狀上升;霧的月際變化呈U形分布。
關(guān)鍵詞:霧;霾;時(shí)空分布;變化規(guī)律
中圖分類號(hào):P426.4;X513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2016)24-6432-04
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.24.027
霧、霾天氣使能見(jiàn)度降低、交通事故頻發(fā)并誘發(fā)呼吸道等疾病,嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量[1]。目前,中國(guó)已成為世界上大氣污染比較嚴(yán)重的國(guó)家之一,霧、霾天氣日趨嚴(yán)重。
國(guó)外學(xué)者較早開(kāi)始了大氣能見(jiàn)度和霧、霾天氣的研究工作,在區(qū)域性霾對(duì)氣候的影響、輻射霧的形成與城市氣候等方面,都作了較為系統(tǒng)深入的研究[2]。近年來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,工業(yè)化、城市化加快,空氣污染加劇,中國(guó)霾污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重,引起了廣泛關(guān)注,研究也在不斷深入。國(guó)內(nèi)學(xué)者陸續(xù)開(kāi)展了一些全國(guó)性和區(qū)域性的霧、霾氣候特征研究[3-6],主要對(duì)中國(guó)四大霾區(qū)的氣候特征、霾的影響因素進(jìn)行分析,得出不同地區(qū)霾的一些基本特征,但對(duì)同一個(gè)地區(qū)霧和霾的對(duì)比分析研究較少。
濟(jì)寧市位于魯西南腹地,是魯西南的代表城市,2014年中國(guó)重點(diǎn)城市空氣污染指數(shù)排行榜中,濟(jì)寧位于第46位,污染情況位于魯西南首位。從中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部數(shù)據(jù)中心查詢到的2014年濟(jì)寧空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)顯示:空氣質(zhì)量級(jí)別為優(yōu)或良的時(shí)間為121 d,空氣質(zhì)量級(jí)別為輕度或中度污染的時(shí)間為213 d,空氣質(zhì)量級(jí)別為嚴(yán)重或重度污染的時(shí)間為29 d。
1 資料及處理方法
1.1 資料來(lái)源
利用2005-2014年濟(jì)寧市1個(gè)國(guó)家基本氣象站和10個(gè)國(guó)家一般氣象站的觀測(cè)資料,對(duì)濟(jì)寧地區(qū)霧和霾日時(shí)空分布特征進(jìn)行研究。
1.2 資料處理
采用類似吳兌[3]對(duì)霧和霾的資料處理方法,選取2005-2014年濟(jì)寧市的逐日觀測(cè)資料,對(duì)8∶00、14∶00和20∶00共3個(gè)觀測(cè)時(shí)次的能見(jiàn)度、相對(duì)濕度進(jìn)行判斷,定義當(dāng)3個(gè)時(shí)次中至少有一個(gè)時(shí)次滿足能見(jiàn)度<10 km且相對(duì)濕度<90%時(shí),記為一個(gè)霾日;能見(jiàn)度<10 km且相對(duì)濕度≥90%,記為一個(gè)霧日。但當(dāng)該日有降水、吹雪、雪暴、揚(yáng)沙、沙塵暴、浮塵、煙幕等其他能導(dǎo)致能見(jiàn)度低的天氣現(xiàn)象時(shí),該日剔除。
2 濟(jì)寧地區(qū)2005-2014年霧日數(shù)時(shí)空分布特征
2.1 濟(jì)寧地區(qū)2005-2014年霧日數(shù)的時(shí)間分布
比較濟(jì)寧地區(qū)11個(gè)大監(jiān)站10年霧日的逐月變化,其變化規(guī)律可以分成4類。
1)單峰-單谷型:此類型測(cè)站包括濟(jì)寧、曲阜和嘉祥,11月達(dá)到峰值,夏季霧日最少,12月霧日比11月有明顯減少。
2)不規(guī)則波動(dòng)型:此類型測(cè)站包括兗州、泗水和魚(yú)臺(tái),這一類型的特點(diǎn)是隨時(shí)間變化沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)律,各站的時(shí)間波動(dòng)曲線呈多峰變化特征,基本上從9月開(kāi)始霧日明顯增多。
3)U型:此類型測(cè)站包括微山、鄒城和金鄉(xiāng),這一類型的特點(diǎn)是夏季霧日少,年初和年末霧日數(shù)基本持平。
4)雙峰-雙谷型:此類型測(cè)站包括梁山和汶上,這一類型的特點(diǎn)是呈雙峰、雙谷型,在6月達(dá)到最小值,在9月或10月再出現(xiàn)低谷值,本類型中7~8月值較高,這與其他測(cè)站不同。
通過(guò)以上分析得出,濟(jì)寧11個(gè)大監(jiān)站在1-2月、11-12月都是霧日的多發(fā)時(shí)段,6月最少,主要原因在于濟(jì)寧地區(qū)秋冬季低層大氣出現(xiàn)逆溫的天數(shù)增多、輻射逆溫強(qiáng)度增加,利于霧日的發(fā)生。
2.2 濟(jì)寧地區(qū)2005-2014年霧日數(shù)的空間分布
以春(3~5月)、夏(6~8月)、秋(9~11月)和冬(12~2月)季節(jié)劃分(下同)來(lái)分析濟(jì)寧?kù)F日的空間分布特征。
濟(jì)寧地區(qū)春季霧的發(fā)生較少,呈西多東少的趨勢(shì),在35.5°N~36.0°N和116.0°E~116.8°E之間是高值區(qū)(梁山、汶上和兗州),東部(鄒城、微山和泗水)最少。
濟(jì)寧地區(qū)夏季霧的發(fā)生在四季中最少,呈西北多東南少的趨勢(shì),在35.5°N~36.0°N和116.5°E~117.0°E之間是高值區(qū)(汶上和兗州),其余的8個(gè)站較少,東南部最少(鄒城、微山和魚(yú)臺(tái))。
濟(jì)寧地區(qū)秋季霧的發(fā)生明顯增多,同夏季類似,呈西北多東南少的趨勢(shì),但低值區(qū)的控制范圍相比夏季明顯縮小很多,除了濟(jì)寧東南部的鄒城和微山少一些之外,其余站點(diǎn)霧日都明顯增多,其中在35.5°N~36.0°N和116.0°E~117.0°E之間是高值區(qū)(梁山、汶上和兗州)。
濟(jì)寧地區(qū)冬季霧的發(fā)生在四季中最多,同春季類似呈西多東少的趨勢(shì),但高值區(qū)控制范圍比春季明顯增大,且高低值差異顯著,在34.8°N~36.8°N和115.8°E~118.0°E之間都是高值區(qū)(梁山、汶上、兗州、金鄉(xiāng)和嘉祥),中部的濟(jì)寧、魚(yú)臺(tái)、曲阜和微山霧日少一些,東北部最少(鄒城和泗水)。
通過(guò)以上分析得出,濟(jì)寧地區(qū)的霧日總體呈西北多東南少的分布,鄒城、微山和泗水霧日較少,兗州、汶上和梁山霧日較多,即洼地多、丘陵少、平原居中,這說(shuō)明同樣的天氣條件下,地形對(duì)霧的發(fā)生有一定影響。洼地地形矮,氣溫較低,下面的冷氣團(tuán)與四周的暖氣團(tuán)相結(jié)合,冷卻凝結(jié)升華易形成霧氣;鄒城市以東及西南部為低山丘陵區(qū),微山縣東面是鄒滕丘陵,西臨蘇北平原,泗水轄區(qū)內(nèi)也是多丘陵,溫度較高,不利于形成霧。
3 濟(jì)寧地區(qū)2005-2014年霾日數(shù)時(shí)空分布特征
3.1 濟(jì)寧地區(qū)2005-2014年霾日數(shù)的時(shí)間分布
11個(gè)地面觀測(cè)站2005-2014年霾日的逐月變化規(guī)律可以分成以下兩類(圖1):
1)3峰-3谷型(圖1a):此類型測(cè)站包括濟(jì)寧、兗州、梁山和魚(yú)臺(tái),特點(diǎn)是霾日分別在5、8和11月為低值區(qū),在2、6和10月為高值區(qū),12月霾日比11月有明顯上升趨勢(shì)。
2)3峰-2谷型(圖1b):此類型測(cè)站包括鄒城、汶上、金鄉(xiāng)、微山、曲阜、嘉祥和泗水,特點(diǎn)是在5和8月左右為低值區(qū),在2、6和10月左右為高值區(qū)。
通過(guò)以上分析得出,濟(jì)寧地區(qū)霾日高值區(qū)在11個(gè)觀測(cè)站比較一致,為2、6和10~12月。濟(jì)寧地區(qū)的霾不僅出現(xiàn)在秋季和冬季,夏季也是高發(fā)時(shí)段。
將霧日和霾日的時(shí)間分布特征對(duì)比發(fā)現(xiàn):雖然容易發(fā)生霧和霾的氣象條件差不多,但是6月霧日是全年最低值,霾卻是最高值,這說(shuō)明氣象條件是霾發(fā)生的誘因,污染物排放才是霾天氣的主要因素,6月濟(jì)寧地區(qū)處于暖氣團(tuán)控制,大氣比較穩(wěn)定,又是夏收秸稈焚燒集中時(shí)段,污染物得不到及時(shí)擴(kuò)散,造成霾日數(shù)上升。
3.2 濟(jì)寧地區(qū)2005-2014年霾日數(shù)的空間分布
由濟(jì)寧地區(qū)11個(gè)站點(diǎn)10年霾日數(shù)的空間分布分析得出,濟(jì)寧地區(qū)春季霾的發(fā)生較少,呈北多南少的趨勢(shì),在35.5°N~36.0°N和116.0°E~116.8°E之間是高值區(qū)(梁山、汶上和兗州),霾日最少的是西南部(金鄉(xiāng)、魚(yú)臺(tái)和微山)。
濟(jì)寧地區(qū)夏季霾日的高低值差異在四季中最小,但霾日在四季中卻最多,呈北多南少的趨勢(shì),在35.5°N~36.0°N和116.0°E~116.8°E之間是高值區(qū)(汶上和梁山),其余測(cè)站霾日比較均勻。
濟(jì)寧地區(qū)秋季霾的發(fā)生較多,基本呈北多南少的趨勢(shì),西南部最?。ń疣l(xiāng)和魚(yú)臺(tái)),其中在35.5°N~36.0°N和116.0°E~117.0°E之間是高值區(qū)(梁山、汶上和兗州),最東部的泗水霾日明顯增多。
濟(jì)寧地區(qū)冬季霾同秋季空間分布特征類似,高低值差異顯著,35.5°N~36.0°N和116.0°E~116.8°E之間是高值區(qū)(梁山、汶上、兗州),西南部霾日最少(魚(yú)臺(tái)和金鄉(xiāng))。
通過(guò)以上分析得出,全市霾日空間分布呈現(xiàn)北多南少、山區(qū)多平原少的特點(diǎn);春夏秋冬季節(jié)的空間分布基本一致,說(shuō)明霾的發(fā)生也和地形有很大關(guān)系;霾的多發(fā)區(qū)基本維持在濟(jì)寧的北部和東部,西南地區(qū)在春夏秋冬各個(gè)季節(jié)都相對(duì)較少。
4 霧和霾的年代際和月際分布規(guī)律
由于霧、霾天氣局地性特征比較明顯,因此,本研究以濟(jì)寧站氣象觀測(cè)資料為例,以多項(xiàng)式擬合方法討論霧、霾天氣的年代際和月際變化規(guī)律。R2是趨勢(shì)線擬合程度的指標(biāo),等于1或接近1時(shí),其可靠性最高,反之則可靠性較低。
4.1 霧和霾日的年代際變化規(guī)律
綜合分析霧和霾日數(shù)年代際變化曲線(圖2)表明,近10年霧的年代際變化特征不明顯,多項(xiàng)式擬合R2為0.416 98,擬合程度不好,霧的年代際基本是一個(gè)波動(dòng)趨勢(shì);近10年霾整體呈波狀迅速上升,整體為“減-增-減-增”趨勢(shì),趨勢(shì)線采用多項(xiàng)式擬合,R2達(dá)到0.860 06,說(shuō)明擬合程度很好。
4.2 霧和霾的月際變化規(guī)律
綜合分析霧和霾日數(shù)月際變化曲線(圖3)表明,近10年霧的月際變化特征明顯,多項(xiàng)式擬合R2為0.791,擬合程度較好,霧的月際變化基本呈U形分布;近10年霾的月際分布規(guī)律不明顯,趨勢(shì)線采用多項(xiàng)式擬合,R2值不到0.1,可靠性很低,多振蕩性波動(dòng)。
5 結(jié)論
1)濟(jì)寧地區(qū)霧日的逐月變化規(guī)律可以分成4類:?jiǎn)畏?單谷型(濟(jì)寧、曲阜和嘉祥)、不規(guī)則波動(dòng)型(兗州、泗水和魚(yú)臺(tái))、U型(微山、鄒城和金鄉(xiāng))、雙峰-雙谷型(梁山和汶上)。不論哪種類型的霧日時(shí)間分布,在1~2、11~12月都是霧日的多發(fā)時(shí)段,6月則最少。
2)濟(jì)寧地區(qū)霾日的逐月變化規(guī)律可以分成兩類:3峰-3谷型(濟(jì)寧、兗州、梁山和魚(yú)臺(tái))、3峰-2谷型(鄒城、汶上、曲阜、金鄉(xiāng)、微山、嘉祥和泗水)。6月霧日是全年最低值,霾卻是最高值,這說(shuō)明人類污染物排放才是霾多發(fā)的主要原因。
3)濟(jì)寧地區(qū)的霧日總體呈西北多、東南少的分布,鄒城、微山和泗水霧日較少,兗州、汶上和梁山霧日較多,即洼地多、丘陵少、平原居中。這在實(shí)際預(yù)報(bào)工作中,對(duì)各個(gè)測(cè)站的低溫預(yù)報(bào)有指導(dǎo)意義。
4)濟(jì)寧地區(qū)霾空間分布呈現(xiàn)北多南少、山區(qū)多平原少的特點(diǎn);春夏秋冬季節(jié)的空間分布基本一致,說(shuō)明霾的發(fā)生也和地形有很大關(guān)系;霾的多發(fā)區(qū)基本維持在濟(jì)寧的北部和東部,西南地區(qū)在春夏秋冬各個(gè)季節(jié)都相對(duì)較少。
5)濟(jì)寧地區(qū)全年霧和霾均有發(fā)生,霧日在秋冬季節(jié)多(占72%),夏季最少(占13%);霾日在秋冬季和夏季分布比較均勻,春季最少(占19%)。
6)霾的年代際變化規(guī)律明顯,霧的月際變化規(guī)律明顯。霾的年代際趨勢(shì)方程為y=0.935x2-4.940x+5.65,R2=0.860,說(shuō)明近10年霾日呈波狀迅速上升,整體為“減-增-減-增”趨勢(shì);霧的月際趨勢(shì)方程為y=0.447x2-5.546x+20,R2=0.791,說(shuō)明霧日的月際變化基本呈U形分布,年初和年末較多,夏天最少。
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