秦云苗， 郭立平， 張衛(wèi)中， 閆利霞， 單 琨 ， 聞 靜

(1.河北省廊坊市氣象局，河北 廊坊 065000；2.河北省霸州市氣象局，河北 霸州 065700；3.廊坊市環(huán)保局，河北 廊坊 065000)

1 前 言

中國(guó)氣象局地面氣象觀測(cè)規(guī)范[1]規(guī)定：霾是大量極細(xì)微的干塵粒均勻浮游空中，使水平能見度小于10.0km，空氣普遍混濁的現(xiàn)象。近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，霾的問題日趨嚴(yán)重。霾天氣特別是重度霾可導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降，引發(fā)交通事故，造成航班延誤、高速公路封閉[2～4]。此外，霾中含有的有毒有害物質(zhì)還會(huì)引發(fā)鼻炎、支氣管炎、肺炎甚至肺癌等呼吸道疾病[5-6]。霾的形成、分布與影響已經(jīng)受到了廣泛關(guān)注，一些專家學(xué)者從多方面對(duì)霾進(jìn)行了研究，其中，吳兌[7-8]從云霧滴特征、相對(duì)濕度及能見度等方面討論了城市霾與霧的區(qū)別，提出了區(qū)分霧與霾的建議，并建立了霧與霾區(qū)分的概念模型。段再明[9]分析了秋冬季霧霾天氣形成的氣象條件。高歌[10]對(duì)1961～2005年中國(guó)霾的時(shí)空分布?xì)夂蛱卣鳌⒆兓厔?shì)作了詳細(xì)分析。

廊坊市地處華北平原中東部(39.5°N，116.7°E，海拔13.7m)，位于京、津兩大直轄市之間，處于霾的高發(fā)區(qū)[11]。近年來(lái)隨著城市化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能見度惡化事件頻發(fā)，霾日發(fā)生頻率呈增多趨勢(shì)[12]，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)霾天氣，為政府、公眾提供信息服務(wù)，具有十分重要的意義。目前科研工作者對(duì)廊坊市霾天氣進(jìn)行了一些研究，主要集中在霾的觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的探討[13]及霾的時(shí)空分布特征方面，但對(duì)不同等級(jí)霾天氣發(fā)生時(shí)的各氣象要素條件缺乏深入分析。本文針對(duì)上述研究?jī)?nèi)容欠缺部分，深入分析不同季節(jié)各級(jí)別霾日氣象要素分布特征，進(jìn)而為科學(xué)有效地預(yù)測(cè)霾提供依據(jù)。

2 資料和方法

本文選用廊坊市氣象站2013～2015年地面常規(guī)觀測(cè)資料及環(huán)保部門的PM2.5資料進(jìn)行分析。霾的觀測(cè)與分級(jí)以QXT113-2010《霾的觀測(cè)與預(yù)報(bào)等級(jí)》[14]中對(duì)霾的判別條件為準(zhǔn)，根據(jù)能見度標(biāo)準(zhǔn)將霾分為輕微、輕度、中度和重度四個(gè)級(jí)別，對(duì)應(yīng)的能見度標(biāo)準(zhǔn)分別為：5.0km≤V<10.0km、3.0km≤V<5.0km、2.0km≤V<3.0km、V<2.0km。季節(jié)按 3～5月為春季，6～8月為夏季，9～11月為秋季，12月、1～2月為冬季統(tǒng)計(jì)。

3 統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

3.1 各級(jí)別霾日的季節(jié)分布特征

2013～2015年廊坊市共出現(xiàn)550個(gè)霾日，其中輕微霾340d，占全部霾日的61.8%，輕度霾97d，占17.6%，中度霾69d，占12.5%，重度霾44d，占8.0%。重度霾出現(xiàn)最少，輕微霾最多。表1為各級(jí)霾日的季節(jié)分布情況，可見各級(jí)霾的季節(jié)分布略有差異，輕微霾以夏季最多，輕度、中度霾以秋季最多，重度霾以冬季最多，除輕微霾秋季最少外，其余各級(jí)均以春季最少，重度霾春季未出現(xiàn)。 造成這種分布特征的主要原因是廊坊市四季分明、生態(tài)環(huán)境相差較大，春季風(fēng)速在一年四季中是最大的，利于空氣污染物擴(kuò)散，冬季降水日數(shù)少，生態(tài)環(huán)境脆弱、加上人類生活影響，如冬季取暖等，不利于空氣流動(dòng)和污染物擴(kuò)散，而夏季、秋季降水日數(shù)多，特別夏季降水量是一年中最多的季節(jié)，降水天氣對(duì)空氣污染物沉降、稀釋有一定作用，也由于空氣濕度較其余季節(jié)大，因此是輕微霾及輕、中度霾易發(fā)的季節(jié)。

表1 2013～2015年廊坊市各級(jí)別霾日季節(jié)分布Tab.1 The seasonal distribution of each levels of haze days in Langfang city in 2013 ～ 2015 (d)

3.2 各級(jí)別霾日的氣象要素異同特征分析

統(tǒng)計(jì)2013～2015年廊坊霾日的氣象要素條件發(fā)現(xiàn)(表2)，當(dāng)廊坊地區(qū)霾發(fā)生時(shí)，日平均氣溫在6.0℃～14.7℃，日平均氣壓為1 013.3 hPa～1 019.2 hPa，日平均相對(duì)濕度為61%～82%，日

平均風(fēng)速在1.43～1.6 m/s，各級(jí)別霾的日平均風(fēng)速均在3級(jí)以下，日平均日照時(shí)數(shù)為2.2～6.1h，各級(jí)別霾日無(wú)降水日數(shù)占比最多，降水有利于污染物的擴(kuò)散，不利于霾的生成。

3.2.1 霾日的日平均氣溫特征

表2 2013～2015年廊坊市各級(jí)別霾日平均氣溫、相對(duì)濕度、氣壓、風(fēng)速及日照時(shí)數(shù)分布Tab.2 The daily mean temperature、relative humidity、air pressure、wind speed and sunshine hours of all levels of haze days in langfang city in 2013 ～ 2015

從表2可知，隨著霾級(jí)別的加重，日平均氣溫呈逐步降低的趨勢(shì)。以輕微霾為最高，重度霾為最低，最高最低相差達(dá)8.7℃。

由于霾具有較強(qiáng)的季節(jié)性，對(duì)不同季節(jié)各級(jí)別霾日的日平均溫度與相應(yīng)季平均溫度進(jìn)行對(duì)比(圖1)，可知，各季節(jié)不同級(jí)別霾日氣溫的分布特點(diǎn)不盡相同。春季各級(jí)霾日平均氣溫均低于季平均值，較低的氣溫利于霾的發(fā)生；夏季的輕、中度霾低于季平均值，而輕微和重度霾則高于季平均值；秋季除輕微霾高于季平均值，其余均偏低；冬季除輕度霾低于平均值外，其余均偏高，冬季較高的氣溫利于霾的發(fā)生。重度霾時(shí)，其日平均氣溫接近相應(yīng)季節(jié)的季平均氣溫，輕微及中度霾則與季平均氣溫相差較大，輕度霾與季平均氣溫相差最大。

圖1 2013～2015年各級(jí)別霾日的日平 均溫度與季平均溫度的對(duì)比Fig.1 The comparison between the daily mean temperature of different levels of haze days and the seasonal average temperature in 2013 ～ 2015

3.2.2 各級(jí)別霾日平均相對(duì)濕度特征

從表2的相對(duì)濕度的分布可看出，隨著霾級(jí)別的加重，日平均相對(duì)濕度呈逐步增加的趨勢(shì)。以重度霾為最大，輕微霾為最小，二者最大相差21%。

圖2為各級(jí)霾日季平均相對(duì)濕度與相應(yīng)季平均值的對(duì)比圖，同樣可以看出，各季節(jié)隨著霾級(jí)別的加重，平均相對(duì)濕度呈逐步上升的趨勢(shì)。春季：各級(jí)別霾日分別較季平均值偏高9%、17%和22%；夏季：各級(jí)別霾日分別較季平均相對(duì)濕度偏高2%、12%、17%和20%；秋季：輕微霾日相對(duì)濕度與季平均值相同，其余各級(jí)別霾日分別較季平均值偏高10%、15%和17%；冬季：各級(jí)別霾日分別較季平均值偏高2%、15%、27%和29%。由此可知各級(jí)別霾日的平均相對(duì)濕度，除秋季輕微霾日與季平均值相同外，均高于相應(yīng)季的季平均值。這一結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明了高濕條件有利于重度霾的形成，與吳兌關(guān)于高濕度是在高濃度氣溶膠基礎(chǔ)上形成嚴(yán)重灰霾的必要條件[15]相一致。

圖2 2013～2015年各級(jí)別霾日日平均相對(duì) 濕度與季平均相對(duì)濕度的對(duì)比Fig.2 The comparison between daily mean relative humidity of different levels of haze days and the seasonal average relative humidity in 2013 ～ 2015

3.2.3 各級(jí)別霾日平均氣壓特征

從表2的日平均氣壓的分布可知，隨著霾級(jí)別的加重，日平均氣壓呈逐步升高的趨勢(shì)。以輕微霾為最低，重度霾為最高，最高最低氣壓相差達(dá)5.9hPa。

進(jìn)一步按季節(jié)分析發(fā)現(xiàn)(圖3)，除春季和冬季的輕度霾，夏季的輕微霾以及秋季的中度霾高于相應(yīng)季平均氣壓外，其它各級(jí)別霾日的平均氣壓均低于相應(yīng)季的平均值，尤其以重度霾偏低的程度最大，這說(shuō)明較低的氣壓利于重度霾的發(fā)生。

圖3 2013～2015年各級(jí)別霾日的日平均 氣壓與季平均氣壓的對(duì)比Fig.3 The comparison between daily mean air pressure of different levels of haze days and the seasonal average air pressure in 2013 ～ 2015

3.2.4 各級(jí)別霾日平均風(fēng)速特征

從表2的日平均風(fēng)速分布可知，隨著霾級(jí)別的加重，日平均風(fēng)速大致呈減小的趨勢(shì)，以輕微霾為最大，中度霾為最小，二者僅相差0.17 m/s。

按《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》風(fēng)力等級(jí)表[1]中的風(fēng)速范圍值，對(duì)各級(jí)霾日對(duì)應(yīng)的平均風(fēng)速進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在全部550d霾日中，1級(jí)風(fēng)占了319d，其次是2級(jí)風(fēng)220d，3級(jí)風(fēng)11d，無(wú)4級(jí)及以上的風(fēng)速出現(xiàn)，見表7。重度霾發(fā)生時(shí)，風(fēng)速為1級(jí)的天數(shù)占了全部重度霾日數(shù)的75%，中度霾占了其總?cè)諗?shù)的72%，輕度霾占了其總?cè)諗?shù)的60%，輕微霾占其總數(shù)的52%?？梢?，近地層長(zhǎng)期小風(fēng)速有利于霾的形成和維持[16]，隨著風(fēng)速增大，大氣輸送能力增強(qiáng)，大氣中污染物易被驅(qū)散而不利于霾天氣的形成[17-18](見表3)。

表3 2013～2015年廊坊市各級(jí)別霾日不同級(jí)別風(fēng)速的分布Tab.3 The different wind speed levels distribution in different levels of haze days in Langfang city in 2013 ～ 2015 (d)

進(jìn)一步按季節(jié)分析發(fā)現(xiàn)(圖4)，各季節(jié)所有級(jí)別霾日的平均風(fēng)速均小于同季的季平均風(fēng)速，且以重度霾偏小最多，進(jìn)一步說(shuō)明了較小的風(fēng)速利于霾的形成；以春季的平均風(fēng)速及各級(jí)霾日的平均風(fēng)速為最大，較大的風(fēng)速使得春季成為一年中霾日最少的季節(jié)。進(jìn)一步分析冬季重度霾日平均風(fēng)速，發(fā)現(xiàn)2013年2月6日、17日、28日和2015年1月26日的值明顯大于重度霾冬季的平均值，這幾日均為夜間出現(xiàn)重度霾，上午9時(shí)后冷空氣南下，使日平均風(fēng)速偏大，從而不能代表霾發(fā)生時(shí)的實(shí)際風(fēng)速，冬季重度霾期間實(shí)際平均風(fēng)速是小于此統(tǒng)計(jì)值(1.6m/s)，重度霾的實(shí)際平均風(fēng)速應(yīng)小于其它級(jí)別。

圖4 2013～2015年各級(jí)別霾日平 均風(fēng)速與季平均風(fēng)速的對(duì)比Fig.4 The comparison between daily mean wind speed of different levels of haze days and the seasonal average wind speed in 2013 ～ 2015

3.2.5 各級(jí)別霾日的日照時(shí)數(shù)特征

從表2的日平均日照時(shí)數(shù)分布可知，隨著霾級(jí)別的加重，日平均日照時(shí)數(shù)呈逐步減少的趨勢(shì)。以輕微霾為最多，重度霾最少，兩者相差達(dá)3.9h。

進(jìn)一步按季節(jié)分析發(fā)現(xiàn)(圖5)，各級(jí)霾日平均日照時(shí)數(shù)在各季均低于相應(yīng)的季平均值，且均以輕微霾日照時(shí)數(shù)最多，除春季輕度霾最少外，其余各季均為中度霾日照時(shí)數(shù)最少。霾與日照時(shí)數(shù)的關(guān)系密切，二者是互為因果的關(guān)系，一方面隨著空氣中污染物的增加，導(dǎo)致能見度降低，從而減少了日照時(shí)數(shù)，另一方面，日照有助于增加空氣中細(xì)顆粒物的運(yùn)動(dòng)速度，促進(jìn)污染物的擴(kuò)散，從而使霾減弱。

圖5 2013～2015年各級(jí)別霾日的日平均日照 時(shí)數(shù)與季平均日照時(shí)數(shù)的對(duì)比Fig.5 The comparison between daily mean sunshine hours of different levels of haze days and the seasonal average sunshine hours in 2013 ～ 2015

3.2.6 各級(jí)別霾日降水特征

分析各級(jí)霾日的降水分布情況(表4)，可知無(wú)降水的霾日最多，其中輕微霾的無(wú)降水日為281d，占輕微霾總數(shù)的82.6%，輕度霾為75d，占77.3%，中度霾為49d，占71.0%，重度霾為34d，占77.3%。按照GB/T 28592-2012《降水量等級(jí)》[19]中降水等級(jí)的規(guī)定進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，各級(jí)霾

日的小雨日數(shù)按上述順序依次為：44d、13d、13d、3d，分別占相應(yīng)級(jí)別霾日的12.9%，13.4%，18.8%，6.8%。中雨日數(shù)分別為：7d、2d、2d、1d，分別占2.1%，2.1%，2.9%，2.3%。大雨日數(shù)分別為：3d、4d、2d、0d，分別占比0.9%，4.1%，2.9%和0%。暴雨只在輕微霾日出現(xiàn)1次，占其總數(shù)的0.3%。小雪的各級(jí)日數(shù)分別為：4d、3d、1d、5d，分別占比1.2%，3.1%，1.4%，11.4%。中雪只在中度霾期間出現(xiàn)2次，占比2.1%。大雪只在重度霾期間出現(xiàn)1次，占比2.3%。

在有降水的各級(jí)別霾日中，除重度霾外，其余級(jí)別均為小雨占比最多，平均占比13.0%。各級(jí)霾日中雨及以上降水日平均占比4.4%。固態(tài)降水日數(shù)則占全部霾日的2.9%，其中重度霾固態(tài)降水達(dá)6次，占其總?cè)諗?shù)的13.6%，這與重度霾主要出現(xiàn)在冬季有關(guān)。各級(jí)霾日中較大級(jí)別的降水占比較小這一事實(shí)，說(shuō)明降水有利于污染物的擴(kuò)散，對(duì)霾的生成不利。

表4 2013～2015年廊坊市各級(jí)別霾日不同等級(jí)降水日數(shù)Tab.4 The different precipitation levels distribution in different levels of haze days in Langfang city in 2013 ～ 2015 (d)

對(duì)降水量超過5.0mm的霾日資料進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，霾日出現(xiàn)較大降水有以下兩種情況：⑴霾出現(xiàn)在降水過程之前或之后，而在降水期間能見度并未達(dá)到相應(yīng)級(jí)別霾的標(biāo)準(zhǔn)；⑵霾出現(xiàn)在降水過程中，但降水強(qiáng)度較小，對(duì)空氣中污染物的沖刷作用不大，且全天持續(xù)出現(xiàn)偏東或偏南風(fēng)[20]，造成污染物遠(yuǎn)距離持續(xù)輸送，使能見度降低，這也是廊坊地區(qū)降水日出現(xiàn)污染的一個(gè)不可忽視的特點(diǎn)。

4 結(jié) 論

4.1 廊坊市各級(jí)別霾日有明顯的季節(jié)性，重度霾多出現(xiàn)在冬季，中度和輕度霾秋季出現(xiàn)最多，而輕微霾則主要出現(xiàn)在夏季。

4.2 重度霾發(fā)生時(shí)，日平均氣溫接近相應(yīng)季節(jié)的季平均氣溫；與同季節(jié)其它級(jí)別霾日相比重度霾日平均氣壓為最低，各季節(jié)也均低于相應(yīng)季節(jié)的季平均值，地面低氣壓場(chǎng)利于重度霾的形成。

4.3 各級(jí)別霾的平均相對(duì)濕度值均高于相應(yīng)季平均值，且以重度霾高出平均值為最多。各級(jí)別霾的日平均風(fēng)速均在3級(jí)以下，重度霾的平均風(fēng)速小于同季節(jié)其它級(jí)別霾日的風(fēng)速，各季節(jié)所有級(jí)別的霾的平均風(fēng)速均小于同季節(jié)的季平均風(fēng)速。

4.4 霾對(duì)日照的影響明顯，隨著霾的嚴(yán)重程度的加深，日照時(shí)數(shù)明顯減少；各級(jí)別霾日無(wú)降水日數(shù)占比最多，總體看降水有利于污染物的擴(kuò)散，不利于霾的生成。