1981—2013年京津冀持续性霾天气的气候特征

近年来我国不断增多的霾天气的一个显著特征就是持续性增强,为此,本文利用1981—2013年京津冀霾日统计资料,对京津冀持续性霾事件（定义为连续2 d及以上有烟或霾发生的天气）的基本时空分布特征和变化趋势进行了详细分析,结果表明：京津冀地区1981—2013年非持续性霾日数没有显著的变化趋势,持续性霾日数及其所占百分率均呈显著增加趋势,持续性霾日数的增加是总的霾天气增加的主要原因。持续性霾天气主要集中在北京、天津北部和河北西南部,年平均持续性霾日数占到霾的年总日数一半以上。持续性霾高发区的范围呈现年代际增大趋势,2000年之后扩展趋势显著加速。     

1961—2012年中国冬半年霾日数的变化特征及气候成因分析

利用全国664站1961—2012年逐日霾观测资料、降水量、平均风速和最大风速资料,分析中国霾日数变化特征及其气候成因。结果表明：我国年霾日数分布呈明显东多西少特征,中东部大部地区年霾日数在5～30 d,部分地区超过30 d,西部地区基本在5 d以下。霾日数主要集中在冬半年,冬季最多,秋季和春季次之,夏季最少,12月是霾日数最多的月份,约占全年霾日数的2成。我国中东部地区冬半年平均霾日数呈显著的增加趋势（1.7 d/10a）,霾日数显著增加时段主要在1960年代、1970年代和21世纪初,在1970年代初和21世纪初发生了明显均值突变。从区域分布来看,华南、长江中下游、华北等地霾日数呈增加趋势,而东北、西北东部、西南东部霾日数呈减少趋势。持续性霾过程增加,持续时间越长的霾过程比持续时间短的霾过程增加更为明显。不利的气候条件加剧了霾的出现。霾日数与降水日数在中东部地区基本以负相关为主,中东部冬半年降水日数呈减少趋势（-4 d/10a）,表明降水日数的减少导致大气对污染物的沉降能力减弱。另一方面,霾日数与平均风速和大风日数以负相关为主,而与静风日数则以正相关为主,冬半年平均风速和大风日数减小,静风日数增加,表明风速减小导致空气中污染物不易扩散,从而更易形成霾天气。     

江西省近50年霾天气时空分布特征及成因分析

利用1964—2013年江西省83个站逐日霾观测资料,运用线性倾向估计等统计方法,分析江西省近50年霾时空变化特征及其与气候要素的关系。结果表明:江西霾日数呈赣中北部多、赣南少的特点,赣中的萍乡—宜春—抚州—上饶一带以及赣北北部的九江中部、景德镇北部地区是霾天气多发区,年均霾日数在30 d·a~(-1)以上。冬季霾日数最多,萍乡—宜春—鹰潭地区中北部、南昌—九江的中部以及上饶东部地区超过20 d·a~(-1),春季和秋季次之,夏季最少。12月是霾日数最多的月份,接近全年霾日数的2成。江西省霾日数呈年际增长的趋势,增长率为11 d·(10 a)~(-1),气候趋势系数为0.78,通过0.01的显著性水平检验。霾日数与平均风速和大风日数均呈负相关,而与静风日数呈正相关。近50年平均风速和大风日数呈下降趋势,静风日数呈上升趋势,这可能导致空气中污染物不易扩散而形成更多的霾天气。江西省降水日数呈减少趋势[-6.3 d·(10a)~(-1)],气温呈增暖趋势[0.15℃·(10a)~(-1)],霾日数与气温和降水日数分别呈正、负相关。     

郑州市霾天气的气候特征分析

利用1961-2007年地面观测资料,分析了郑州市霾天气时空分布及相应气象要素特征.结果表明:郑州市霾日数月、季变化表现为1月最多,8月最少;10月至翌年3月霾日数占全年的75%.年霾日数呈阶梯式上升趋势,60年代年平均霾日数6.6个,与本世纪初年平均霾日数的81.1个相差75个.霾天气发生时,多为正变压、负变温;相对湿度在20%-59%之间;风速＜3 m·s-1,风向在NE-ESE-S范围内概率较大.     

南阳市霾天气的气候特征及影响因素分析

利用南阳市气象观测站1971-2007年地面气象观测资料,对南阳市霾天气气候特征及其影响因素进行分析,结果表明:南阳市霾日数的年代际变化非常明显,2001年以前呈上升趋势,2001年以后呈下降趋势.20世纪70年代霾平均日数很少,80年代呈明显增长趋势, 90年代是急剧上升阶段,2001-2007年年霾日数没有增长,但仍保持在较高的水平.不同月份霾日数明显不同,霾日数最多为1月,最少为8月.南阳市秋冬季霾日数占全年的64.7%,春夏季仅占35.3%.南阳市霾天气多出现在风速一般比较小(≤2 m/s),吹西南风的情况下.正变湿和负变压时,霾出现最多,相对湿度的增强和气压场的减弱更有利于霾的形成.连续不降雨的日数越长,出现霾的概率就越大.     

1970—2013年石家庄地区霾变化特征

利用1970—2013年石家庄地区17个县市的地面气象观测资料分析了霾的空间变化特征。结果表明:1970—2013年石家庄年霾日数的区域分布变化较大,由中东部平原霾日数多、西北部山区霾日数少的分布转变为西南部地区霾日数多、中东部地区霾日数少,这种空间分布在2010年后更显著。随着经济快速发展,石家庄市西部山区丰富的矿产资源被开采,大量排放的SO2、NOX和VOCS等污染物发生光化学反应,有利于气溶胶的转化形成;除本地污染物排放外,受太行山阻挡,在一定天气背景下东南部地区污染物向山前汇聚,区域性污染输送也是西部山区污染严重的成因。石家庄地区持续性霾事件日数占霾总日数的50%以上,霾持续日数超过4d和8d分别为中等持续性霾事件与极端持续性霾事件;中等持续性霾事件年平均发生次数为9.8次,极端持续性霾事件年平均发生次数为1.6次。以南—东北向铁路线为分界,石家庄区域呈中东部和南部县市(无极、正定、藁城、栾城、赵县)极端持续性霾事件较多、西北部3县市(平山、行唐、灵寿)和东部3县市(晋州、深泽、辛集)极端持续性霾事件少的分布。石家庄市中等持续性霾事件在12月和1月发生次数最多,6—8月中等持续性霾事件发生最少;极端持续性霾事件主要出现在11月至翌年2月,其中1月极端持续性霾事件发生的可能性最大,年平均发生次数为0.4次,其他月份极端持续性霾事件年平均发生次数不足0.2次,极端持续性霾事件的发生概率较小。     

重污染下我国中东部地区1960~2010年霾日数的时空变化特征

对1960~2010年我国中东部地区霾日数的时空变化特征的分析结果表明:1)霾日数大值区主要分布在人口众多的四川盆地、北京-天津-河北地区、长江中下游地区以及广东-广西中部。2)季节变化上,霾日数冬季较多,其中北京-天津-河北地区中部和西南部、四川盆地和东北地区东部和南部等地超过20 d,夏季最少。3)霾日数气候趋势系数在北京-天津-河北地区、长江三角洲地区和珠江三角洲地区趋势系数高达0.8。4)霾日数呈现明显的上升趋势[3.69 d(10 a)–1],其气候趋势系数为0.82,通过了99.9%的信度检验。5)我国中东部气溶胶光学厚度和对流层NO2的空间分布与年平均霾日数的分布基本一致,近51年来能源消耗量的稳定上升趋势也表明,人为因素导致的大气污染物排放量增加是引起霾天气出现频率上升的重要因素。     

聊城市空气质量及相关大气污染事件特征分析

采用气候倾向趋势法、皮尔逊相关系数法对2009—2017年聊城空气污染日数据和静稳天气的气候特征进行分析,探究聊城市空气质量状况和相关大气污染事件的发展规律。结果表明:聊城主要大气污染物中,PM10和PM2.5年平均质量浓度高于山东省平均水平和中国环境空气质量标准限值,颗粒物类污染物质量浓度明显偏高;主要污染物年平均质量浓度除PM10呈逐年小幅增加外,其他污染物质量浓度均呈下降趋势;聊城污染日数总体呈减少趋势,但是中到重度污染日数及占比有增加趋势,重度污染日数占比增加趋势最明显。2009—2011年除CO外,其他污染物作为首要污染物出现的日数明显增加;2012年之后只有PM2.5作为首要污染物出现的日数迅速增加;冬季污染最严重,夏季污染最轻;霾和雾月出现日数与月大气污染出现日数呈明显的正相关,静稳天气多发是大气污染严重的主要天气学原因。     

1961-2010年四川盆地霾气候特征及影响因子分析

利用1961-2010年四川盆地122个气象站观测资料,分析四川盆地年平均霾日数时空分布特征及霾日数季节和年变化趋势。探讨近50 a四川盆地大气干消光系数、风速、能源消耗和人口等因素与霾日数之间的关系。结果表明：1961-2010年四川盆地122个站年平均霾日数为62.5 d,最多的站可达100.0 d以上。霾日数有明显季节变化,四川盆地冬季霾日数最多（28.4 d）,春、秋季次之,夏季最少（5.9 d）。四川盆地有104个站霾日数年变化呈增加的趋势,其中有71个站通过了置信度99 %的检验,霾日数增加最多的是四川省内江地区的戚远,气候倾向率为42.0 d/10 a;霾日数增加最少的是成都市的新都,气候倾向率为0.4 d/10 a。四川盆地有18个站霾日数年变化呈下降趋势,仅7个站点通过了置信度99 %的信度检验,霾日数减少最多的是四川北部广元地区的南江,气候倾向率为-16.7 d/10 a。霾日数的年变化与大气干消光系数呈显著正相关,与风速呈显著负相关,与四川盆地的能源消耗和人口增长呈显著正相关。     

1961年-2012年山西雾霾的时空变化特征及成因分析

利用1961年-2012年山西逐日天气现象、能见度、相对湿度和日平均气温资料,采用Kendall-tau方法和相关分析法研究山西雾霾日数的时空变化特征及成因。结果表明：雾多发区在中南部,北部雾日较少。霾、烟幕日数高值区出现在以大同、太原、临汾为中心线的带状区域。季节分布来看,轻雾、雾日数峰值出现在8、9月份,谷值在5月份出现;霾和烟幕日数的峰值出现在12、1月份,谷值在8、9月份出现。近50余年以来,山西雾霾日数呈现增多趋势,雾日增加趋势较弱,60、70年代为增多趋势,进入21世纪则为减少趋势;轻雾和霾日数均为显著单调上升趋势;烟幕日数也为显著增多趋势,但表现为抛物线型,90年代后期以前为增多,之后转为下降趋势。山西霾和烟幕日数与E1Nino事件有很好的对应关系,E1Nino事件发生年往往霾和烟幕日数较多,赤道中东太平洋的海温异常通过海气相互作用,引起东亚地区上空的大气环流异常,形成利于霾和烟幕出现的天气条件。山西冬季气温偏高往往导致霾和烟幕天气的增多,气候变暖对霾和烟幕天气的影响不容置疑。     

1953—2008年厦门地区的灰霾天气特征

利用厦门气象局气象观测站1953—2008年地面气象观测资料和厦门市环保局2001—2005年PM10、SO2、NOX环境监测资料,分析了厦门地区霾天气的气候特征、气象要素特征,及其影响因素,探讨了大气污染物与霾天气的关系。结果表明,在过去的50多a中,年日照时数及能见度有明显下降的趋势;厦门市灰霾日数总体呈上升趋势,尤其近十年来更加明显;厦门夏秋季节霾日少于冬春季节;2000年以来,随着霾日的增加,霾的持续日数也迅速增加;风速增大不利于霾的形成,高相对湿度有利于霾的形成;近年来大气污染日益严重,污染物（SO2、NOX、PM10）浓度增大导致霾日数增加,能见度下降。     

江门市灰霾天气的气候特征分析

利用1981-2010年江门市6个气象观测站的30年相关天气观测资料,分析了全市霾天气的时空分布特征,为较准确地描述江门市霾天气分布情况.以1981-2010年30年平均的霾天气年总日数（记作d30）为基准,暂定：1d≤d30＜ 10 d、10 d≤d30＜ 30 d和d30≥30 d的地区分别为霾天气的偶发区、多发区和高频区.结果表明：全市东北部、北部和西部的霾天气较多,中部地区相对较少,东南部地区极少;新会、鹤山、恩平d30≥30 d,是灰霾天气的高频区,其中新会区高达84 d,为全市最高值,其次是鹤山市为60 d、恩平市为46 d,台山市和上川岛属于沿海地区,霾天气较少,分别为22、2d.霾天气的季节分布基本为冬多夏少;近30年江门市霾天气的总体趋势为波动增多,线性倾向率为3.58 d/年;在年际尺度上,霾天气与风力条件具有很好的反相关对应关系;2006年6月（包括6月）以前以相对湿度≤70％记录霾,而2006年7月以后以相对湿度≤80％均记录为霾,且相对湿度在81％～ 95％时,根据实际情况判断记录,可见记录标准也是造成2006年后霾天气增多的原因之一.     

山东省霾日时空变化特征及其与气候要素的关系

利用山东省70个台站1961-2005年地面气象观测资料,运用EOF等统计方法,对山东省45 a来霾日数时空变化的气候特征进行了诊断分析。结果表明：山东省年平均霾日空间分布呈现鲁中、鲁南的部分地区多,鲁北、半岛大部地区少的特点。霾主要发生在秋冬季。过去45 a,山东省霾日数总体具有较强的上升趋势,2000年后略下降;霾天气发生时能见度主要在5～10 km,相对湿度主要为70%～90%;霾日数的变化与气温成正比,与降水量、风速呈反比。     

广西北部湾经济区灰霾状况分析

对1980至2015年广西北部湾经济区的南宁、北海、钦州和防城港的霾日资料进行统计分析。结果表明,近36a广西北部湾经济区年平均灰霾日数为38.7d,灰霾日数总体呈上升趋势,尤其是进入二十一世纪以来,年霾日数上升非常明显。一年之中,10月到次年3月的非汛期都处于霾天气的高发期,其中12月份最多;灰霾天气呈现出秋冬季多,春夏季少的特点。从四个城市的对比情况来看,灰霾日数表现为防城港〉北海〉南宁〉钦州,其中防城港市年灰霾日平均值达到62d,是北部湾经济区中灰霾最严重的地区。     

江苏省雾霾天气特征分析

根据2007年1月—2013年12月江苏省国家基准气候站的逐日地面观测资料,分析了江苏省雾、霾日数的气候变化特征以及霾天气发生时的主要气象要素场特征。结果表明:(1)雾日数分布从江苏省东部向西部逐渐减少,霾分布由南向北逐渐递减。(2)年际变化上,雾日数呈现一定的波动,霾日数逐年增长。秋、冬两季雾日数较多;霾日数在夏季最少。雾、霾天气分别在08时和14时发生次数最多。(3)淮安中度霾居多,微风、高湿情况下霾发生概率最高,不同季节风向分布不同。(4)风速与能见度成正相关关系,春、夏季的相关性较差,秋、冬季相关性相对较好。能见度与相对湿度春、冬两季两者之间呈明显的线性负相关,而夏、秋季拟合曲线呈非线性负相关。     

基于气候系统指数的月尺度霾日定量预测方法研究——以芜湖市为例

利用1955—2018年芜湖市国家气象观测站资料,1980—2018年国家气候中心气候系统指数资料,对芜湖市近64 a的霾日气候序列进行重建,在此基础上使用线性趋势和Mann-Kendall方法,系统分析了芜湖市霾日的气候特征。以芜湖市为例,借助多元逐步回归方法,尝试研究了一种以气候系统指数为自变量,霾日为因变量,建立霾日预测方程并对月尺度霾日进行定量预测的方法。结果表明:1)重建的霾日时间序列能够更客观的反映芜湖市霾日实际的长期变化特征。近64 a霾的气候特征:年日数显著增加,并在1980年左右出现突变;季日数在冬、秋季较多,夏季最少,四季均呈显著增多趋势,增速秋季最快,夏季最慢;月日数在1、12、11月较多,7、8月较少。中度以上霾的气候特征:年日数显著增加,表现出渐变特征;季日数冬季最多,夏季最少,除夏季外均显著增多趋势,增速冬季最快,秋、春季次之;月日数在1、12、11月较多,5、6月较少,8月则从未出现过。2)各月霾日、中度以上霾日与多项月气候系统指数表现出显著的相关性,使用这些指数,计算出各月霾日、中度以上霾日的预测方程,最后对方程效果进行检验。     

自动与人工观测霾日、雾日序列连续性分析

由原始观测数据统计显示,2014年全国雾霾(包括雾、轻雾和霾)日数偏高,尤其霾日数是2000-2013年均值的4.2倍。依据2014年雾霾现象保留人工观测或采用自动观测,将全国2 400余个国家站分为人工站和自动站,分别就两类站2014年雾霾现象日数与其历史序列进行了对比分析。结果表明,人工站2014年平均雾霾日数与其2000年以来平均状况及2013年平均雾霾日数接近;而自动站2014年平均雾霾日数明显偏高,成为2000年以来之最,且明显高于2013年统计结果。通过对比分析自动与人工观测方法表明,雾霾现象自动观测采用瞬间观测记录,是造成2014年全国雾霾日数异常偏高的主要原因。基于霾现象持续性特征,针对自动观测霾数据,研究确定了1天至少6个连续时次"现在天气现象"有霾记录,"连续天气现象"方记霾现象的订正方法。统计结果表明,订正前全国2014年平均霾日数为59天,而订正后下降为31天,基本与2013年持平。进一步分析表明,2000年以来我国霾发生频率呈增加趋势,尤其2013年和2014年,霾发生频率成为2000年以来之最。     

1961-2006年湖南省霾现象的变化特征

 利用1961-2006年湖南省97个市（县）地面气象观测资料，分析了霾现象的变化特征，结果表明：20世纪70年代以来，湖南年霾日急剧增多，极值不断被刷新，强度增强，重度霾出现范围增大。统计分析表明：46 a来湖南年平均风速线性减小，年降水日数波动性减少，年平均日最小相对湿度≤70%的日数增多。气候变化、城市化进程加快、大气污染物排放量增加是引起霾出现频率增加的可能原因。     

西安霾天气时空分布特征与影响因子分析

选用1971—2013年西安7个一般气象站和西安探空站资料,综合人工观测霾日记录、能见度小于10.0km、相对湿度小于80%的标准,分析霾的年代际、季和月的时空分布特征,以及霾天气时风、降水、边界层等影响因子。结果表明:120世纪70年代至21世纪西安年代际平均霾日呈"减-增-减-增"趋势;2西安是关中地区主要大气污染区,霾主要出现在冬季,多发区域基本维持在中东部;城市化对霾天气发生影响显著,呈市区、近郊多,远郊少的特点;3大部分霾持续时间不超过一周;近95%霾出现在3.3m/s风速以下,一半以上霾天气风力小于1级;4霾日与雨日成反比,与连续无降水日数成正比,月均最长连续无降水日数低值区为4—9月,霾日数均不多;各月边界层高度和霾日数呈明显的反相关,冬季边界层低,霾日最多;5特殊的"盆地"地貌、风速逐年减小的气候变化趋势、城市工业污染加重等是造成西安霾天气形成并波动上升的重要影响因子。     

1951—2005年中国大陆霾的时空变化

霾的出现有重要的空气质量指示意义.而雾的记录,有明确的天气指示意义.由于经济规模的迅速扩大和城市化进程的加快,中国大陆都市霾天气日趋严重.利用1951-2005年中国大陆743个地面气象站资料分析中国大陆霾的长期变化趋势,结果表明:霾的地理分布特点是,从1956年到1980年中国霾日都比较少,仅四川盆地和新疆南部超过50天;20世纪80年代以后中国霾日明显增加,到21世纪大陆东部大部分地区几乎都超过100天,其中大城市区域超过150天,与经济活动密切相关.霾日排在前10位的依次是沈阳、河北邢台、重庆市区、辽宁本溪、西安、成都、四川遂宁、湖北老河口、新疆和田、且末、民丰、四川内江,主要集中在辽宁中部、四川盆地、华北平原和关中平原地区,以及受沙尘暴影响较多的南疆地区.就中国大陆而言,12和1月霾天气日数明显偏多,2个月霾日数的总和达到了全年的30%;9月霾天气日数最少,约占全年的5%.具有藕日增加变化趋势的站点主要分布在中国的东部和南部,包括华北、黄淮、江淮、江南、江汉、华南以及西南地区东部,是中同东部一些经济和工业比较发达的地区.具有霾日减少变化趋势的站点主要分布在东北、内蒙古和西北地区东部.这些地方的经济和工业水平相对滞后,东北地区作为老工业基地,但近年来工业结构的调整和环境治理的改善使当地的霾日数逐渐减少.