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。     

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。     

南京市灰霾天气的长时间变化特征及其气候原因探讨

以南京市1954—2012年的逐日气象数据分析南京市灰霾天的长时间变化规律并从气候角度探讨其变化原因。南京市的霾日数近60 a来呈现明显上升趋势,从20世纪50年代的40 d/a已增加至21世纪的230 d/a左右,气象行业标准界定的霾日与人工观测的霾日长期变化趋势一致,前者在南京市具有较好的适用性。南京市雾霾混合日呈现出先增加后下降的趋势,其对应的相对湿度在不断降低,这可能是雾霾日向霾日转换,雾霾日数降低而霾日数增多的关键因素。南京地区能见度不断降低,近30 a里约下降8.4 km,霾日数与能见度相关系数高达-0.91,随着能见度的降低,灰霾天数几乎线性增加。南京地区的年平均相对湿度在1985年以后大幅降低,已从约80%下降至68%左右,湿度与霾日的相关系数为-0.72,随着湿度的降低,霾日呈上升趋势。南京年平均温度1985年后明显上升,升高了1.8℃,其中冬季上升幅度最大,夏季上升幅度最小;年均温度与霾日数呈现出明显正相关,和相对湿度呈现明显负相关,温度的升高将造成相对湿度的降低,进而造成霾日增多。南京的年平均风速1978年后不断降低,到20世纪末约降低1.5 m/s,风速与霾日呈现出显著的负相关,随着平均风速的降低,霾日数不断增多。在全球变暖的大气候背景下,南京市霾的长时间变化受到各种气候因子的影响,能见度、相对湿度、温度和风速都是重要的影响因素。     

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。     

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。     

温州地区雾霾气候特征及其预报

利用温州8个气象站点近40年的雾日和霾日统计资料,从时间和空间两方面分析了温州雾、霾日数的气候特征和变化规律。结果表明, 1971—2008年期间,温州市区（平原）地区雾日数显著减少,洞头（海岛）地区雾日数缓慢减少,泰顺（高山）地区雾日数呈波动式缓慢增长,21世纪初有明显增多;温州地区霾日数,除泰顺（高山）地区缓慢增长外,总体呈快速增多趋势,增多开始发生在20世纪70年代后期,21世纪初霾日数显著增加,其中永嘉和瑞安增加最快。温州雾日数冬春多,夏秋少;霾日数冬季最多,夏季最少。同时,利用近年来气象部门与环保部门联合开展的空气质量预报产品,如空气污染指数（API）,建立雾、霾预报方法。统计2004—2009年间的雾、霾与空气污染指数的相关关系,并兼及晴雨天气条件,总结出包含晴雨、空气污染指数及雾、霾3要素的线性公式,作为预报雾、霾工具。经检验,效果较好,预报未来24 h雾、霾准确率达57%～66%。并通过编程实现计算机自动预报。     

成都及周边地区霾时空分布特征研究

利用成都及周边地区(包括眉山、广汉、绵阳、德阳)1980~2010年的地面气象观测资料,基于多种统计方法对该地区霾日的时空分布特征进行了详细分析。结果表明,(1)成都及周边地区的年平均霾日数整体呈增加趋势,尤其是近5年。霾日的季节变化主要表现为:冬季最多,秋季和春季次之,夏季最少,且夏、秋和冬三季霾日数均呈增加趋势,春季反之。霾日的月变化十分显著,大体呈"V"字型,最多出现在12月,最少出现在6月。(2)年平均霾日的空间分布基本一致,高值区主要分布在成都西南部以及东部的金堂、广汉、德阳、绵阳,低值区分布在成都北部。     

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。     

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。     

湖南省近46年雾霾天气时空分布特征分析

挑选出1971～2016年湖南省97个气象站出现大雾和霾的日期,然后对其时间、空间分布特征进行分析,得出以下结论：湖南省大雾天气先升后降再急速上升,霾天气前期稍下降后期迅速上升;雾霾天气均霾天气12月最多,7月最少,季节从多到少以此为冬季、秋季、春季、夏季;大雾天气湘西北、湘西南、湘东北多,湘南少,霾天气湘西北、湘中多,湘南、湘东北少;持续3日及以上雾霾天气过程分别为349次、551次,持续天气最多分别为15天、57天,11月最多,7月最少。     

河北省雾霾波动变化特征及成因研究

利用气象、土地利用等资料,采用统计方法,对河北省雾霾的特征及诱因进行了研究,结果发现:1)河北省多年平均雾霾日数分布情况呈由西南往西北逐步递减的趋势;各季节雾霾天能见度的空间分布不同,秋冬雾霾较为严重,自西南向东北呈递减的趋势,夏季自西南向东北呈递增的趋势,春季则自东南向西北呈递增的趋势。2)河北省近几十年来雾霾日数增加明显,增长斜率为0.45,但低能见度日数并不随雾霾日数增加而增加,主要是因为雾日数持续减少。3)河北省雾霾与国内生产总值(Gross Domestic Product,GDP)、能源消耗总量呈正比关系,而与机动车数量相关性不大。     

江苏秋季霾的年代际变化特征及其影响因素分析

利用1961-2010年江苏地级市气象站资料分析了近50年江苏秋季霾的年代际变化特征,并从气候背景的影响方面探讨其形成变化的特点：少霾期,大气环流以及水汽输送特征都有利于污染物的输送和稀释;而在调整期,气象条件有所调整,但不显著;在显著上升期,气候背景场对霾的发生起到十分积极的作用。另外,1961-2010年大气净化次数显著减少。海温与霾的年代际变化存在密切关系,当霾日数不断上升时,印度洋到南海海域的海温升高,引起低层风场的辐合,并通过类似于Hadley环流形式使得东亚同经度的中纬度地区低层辐散,利于水汽通道转换,进而有利于霾天气的发生。     

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。     

HAZE-TO-FOG TRANSFORMATION DURING A LONG LASTING, LOW VISIBILITY EPISODE IN NANJING

Haze-to-fog transformation during a long lasting, low visibility episode was examined using the observations from a comprehensive field campaign conducted in Nanjing, China during 4-9 December 2013. In this episode, haze was transformed into fog and the fog lasted for dozens of hours. The impacts of meteorological factors such as wind, temperature (T) and relative humidity (RH) on haze, transition and fog during this episode were investigated. Results revealed significant differences between haze and fog days, due to their different formation mechanisms. Comparison was made for boundary-layer conditions during hazy days, haze-to-fog days and foggy days. Distributions of wind speed and wind direction as well as synoptic weather conditions around Nanjing had determinative impacts on the occurrences and characteristics of haze and fog. Weakened southerly wind in southern Nanjing resulted in high concentration of pollutants, and haze events occurred frequently during the study period. The wind speed was less than 1 m s-1 in the haze event, which resulted in a stable atmospheric condition and weak dispersion of the pollutants. The height of the temperature inversion was about 400 m during the period. The inversion intensity was weak and the temperature-difference was 4°C km-1 or less in haze, while the inversion was stronger, and temperature-difference was about 6°C km-1, approaching the inversion layer intensity in the fog event. Haze event is strongly influenced by ambient RH. RH values increased, which resulted in haze days evidently increased, suggesting that an increasing fraction of haze events be caused by hygroscopic growth of aerosols, rather than simply by high aerosol loading. When RH was above 90%, haze aerosols started to be transformed from haze to fog. This study calls for more efforts to control emissions to prevent haze events in the region.     

近50年中国霾年代际特征及气象成因

根据1961-2013年全国745个国家基准站的长期观测资料,分析中国霾日数年代际变化特征及可能的气象成因。结果表明:近50年来,中国霾天气主要集中在东部从华南到华北的大部分地区,霾日数呈增加趋势。秋冬两季是霾天气发生最频繁、变化最明显的两个季节。中国东部淮河以南地区秋冬两季霾日数在2000年前呈增加趋势,其后增加趋势变得较为平缓,20世纪90年代前霾日数与近地面风速呈显著负相关关系,90年代后则与大气相对湿度呈显著负相关关系,随着90年代前近地面风速减小和90年代后大气相对湿度降低,该区域霾日数表现出明显的增加趋势。中国东部从淮河到华北大部分地区秋冬两季霾日数1980年后增加趋势变得不明显,这可能与该区域近地面风速和大气相对湿度的变化趋势较为平缓有关。     

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。     

1981—2013年四川省视程障碍类天气现象分析

利用四川省1981—2013年雾、轻雾、吹雪、雪暴、烟幕、霾、沙尘暴、扬沙和浮尘9种视程障碍天气现象资料,对其发生日数、发生概率和分布特征进行统计。结果表明:(1)各天气现象发生日数排序为:轻雾>雾>浮尘>霾>烟幕>扬沙>沙尘暴>吹雪>雪暴。(2)轻雾和雾年发生日数为分别为176d/a和29d/a,日发生概率分别为48%和8%,远高出其他天气现象。(3)季节变化方面,雾和轻雾主要出现在秋季和冬季;霾、吹雪和雪暴集中出现在冬季;浮尘发生春季;扬沙多发生在冬季和春季;而沙尘暴、烟幕主要发生在春季和秋季。(4)变化趋势上轻雾基本保持平稳;烟幕呈增加趋势;而雾、霾、沙尘暴、扬沙和浮尘呈下降趋势。(5)大气层结稳定、水汽充足、风速较小、人口集中和排放量较大,易于盆地雾、轻雾、霾和烟幕的形成;不合理利用水和土地资源,北方地区沙尘天气随冷空气南下,是沙尘天气发生的重要原因;而吹雪和雪暴均发生在冬季降雪量大且风速较大的川西高原。     

河北省霾日变化及成因

利用1981-2010年河北省142个气象站地面观测资料,按照霾的观测和预报等级行业标准,分析河北省霾日空间分布特征.以石家庄为例对多霾日成因进行探讨。结果表明：河北省霾日主要分布在太行山东麓地区,霾日高频次中心随时间范围在扩大,频次有增加趋势;典型代表站霾日随时间呈现增加、减少和平稳变化三种态势,单站间变化差异明显;河北省霾日主要以能见度大于5km轻微霾为主,代表站中度、重度霾日季节变化显著,64%以上出现在秋冬季节;霾的形成是多种因素综合作用的结果,区域分布主要与地理环境有关,气候上逆温层、风速、相对湿度、年降水日数与霾的形成有关,另外地方经济发展、人类社会活动对大气污染物的排放起到一定作用。