王力 張春艷
摘 要:利用紹興地區(qū)各臺站建站以來觀測資料,對紹興地區(qū)灰霾天氣的歷史變化進行分析。結果表明,紹興地區(qū)逐年平均灰霾日數(shù)總體呈上升趨勢,特別是2011-2012年,灰霾日數(shù)占歷年總數(shù)的35.2%?;姻踩諗?shù)12月最多,8月最少;灰霾天氣中,風速≤3.0m/s時,出現(xiàn)概率最大,為67.0%;當風向為NNE時,出現(xiàn)概率最大,為16.0%,SE時,出現(xiàn)概率最低,僅為1.6%。年日照時數(shù)與灰霾天數(shù)呈弱的負相關。5個縣中紹興和諸暨灰霾日較其它縣市偏多,可能與其工業(yè)化程度強有關。除城市工業(yè)化發(fā)展等因素外,灰霾的觀測判別標準的變化是其中一個重要原因,如按照目前灰霾的判別標準,重新統(tǒng)計歷年可能出現(xiàn)的天數(shù),2000年后年平均灰霾天數(shù)比70年代增幅僅為41%,遠遠低于實際增幅704%。早期判別標準不統(tǒng)一、閾值偏低造成灰霾天數(shù)記錄偏少。
關鍵詞:灰霾;歷年變化特征;成因;紹興地區(qū)
中圖分類號 S16 文獻標識碼 B 文章編號 1007-7731(2013)06-100-04
灰霾是大量極細微的干塵粒等均勻地浮游在空中,使水平能見度小于10km的空氣普遍渾濁現(xiàn)象,使遠處光亮物微帶黃、紅色,黑暗物微帶藍色[1]。核心物質(zhì)為灰塵顆粒,即氣溶膠顆粒,一天中任何時候均可出現(xiàn)。除了氣象條件,工業(yè)生產(chǎn)、機動車尾氣排放、冬季取暖燒煤等導致大氣中顆粒物(包括粗顆粒物PM10和PM2.5)濃度增加是灰霾產(chǎn)生的重要因素[2]。
紹興地區(qū)處于浙西山地丘陵、浙東丘陵山地和浙北平原三大地貌單元的交接地帶,地貌比較復雜。地處亞熱帶季風氣候區(qū),季風顯著,四季分明,氣候溫和,濕潤多雨。近10a由于經(jīng)濟規(guī)模迅速擴大和城市化進程加快,大氣氣溶膠污染日趨嚴重,由氣溶膠污染造成的能見度惡化事件越來越多,引起科學界、政府部門和社會公眾的廣泛關注,而成為熱門話題[3]。鄭宏翔、王業(yè)宏、靳利梅[4-6]等也對不同地區(qū)的灰霾特征進行了分析,指出最近10a灰霾天數(shù)逐年增加,與地面風、日照等有相應關系,并對交通和人體健康帶來很大危害。因此,分析紹興地區(qū)歷年霾日變化具有十分重要的意義。筆者利用紹興地區(qū)嵊州、紹興、諸暨、上虞、新昌5個氣象觀測站建站以來至2012年的地面氣象觀測資料,從時間和成因上分析了紹興地區(qū)灰霾日數(shù)的變化特征。
1 資料選取和方法
本研究所用的資料已經(jīng)過國家數(shù)據(jù)質(zhì)量修訂。采用嵊州1953-2012年、紹興1961-2012年、諸暨1971-2012年、上虞1971-2012年、新昌1972-2012年歷史資料,同時段分析中,各臺站統(tǒng)一采用1972-2012年資料。從時間上分析紹興地區(qū)灰霾的年際變化、月際變化,并分析風和日照等氣象要素的影響。按照最新灰霾標準,將相對濕度的閾值定為90%,作為區(qū)分輕霧(霧)與霾的輔助判據(jù),對歷史資料進行回算,重新統(tǒng)計歷年灰霾出現(xiàn)日數(shù),分析年際變化。
2 紹興地區(qū)灰霾天氣變化特征
2.1 灰霾年際變化 對1972-2012年嵊州、紹興、諸暨、上虞、新昌歷年灰霾日數(shù)統(tǒng)計,由圖1(a)可見紹興地區(qū)灰霾天氣的年際變化分3個階段:1972-2002年,地區(qū)歷年平均總霾日數(shù)均低于11d,平均每年5.4d;2003-2010年每年在20d以上,平均29d,2010年達到51d,增加迅速;2011-2012年年均120.4d,比上一階段增幅315%。圖1(b)為各臺站建站以來灰霾年際變化曲線圖,2002年以前,除嵊州、諸暨外,紹興、上虞、新昌年灰霾總數(shù)均低于10d。諸暨最大19d(2001年),嵊州1953-1954年天數(shù)較多,分別為56d、65d,其余年份在2~29d內(nèi)波動。2002年后有所增加,尤其是紹興、諸暨,增幅最大,新昌最少。
2.2 灰霾月際變化 圖2為1972-2012年歷年各月灰霾總日數(shù)統(tǒng)計圖。由圖2(a)中可見,灰霾日數(shù)隨季節(jié)變化較為明顯,冬季12月份最多,平均122.4d,次多月為1月份,90d。夏季8月份最少,平均21.6d,次少月7月份,平均22.6d。10月至次年1月的總天數(shù)占到全年的62%。呈冬季多、夏季少、秋季多余春季的變化特征??赡芨锒竟?jié)混合層厚度低、大氣層結穩(wěn)定、風速偏小、空氣干燥,大氣顆粒物難以擴散稀釋有關,而春夏季節(jié)的充沛降水不利于灰霾的形成。圖2(b)為同時段各臺站灰霾月際分布情況,上虞、新昌月際變化較小,嵊州最大。
2.3 灰霾天氣地面風的變化特征 灰霾現(xiàn)象一天中任何時候均可出現(xiàn),有利的天氣條件為氣團穩(wěn)定、較干燥,此條件與上述秋冬季節(jié)出現(xiàn)頻率較高的結果一致。從觀測記錄看,中午前后出現(xiàn)灰霾的概率最高,以14時為例,分析各臺站建站以來出現(xiàn)灰霾時地面風向風速的特征,結果如表1。由表1可知,出現(xiàn)灰霾時,風速≤3.0m/s占各臺站灰霾總日數(shù)的65%以上,風向NNE、N時,出現(xiàn)概率最高,風向為SE、SSE時,概率較小。各臺站的變化特征大致相同,這與紹興地區(qū)冬半年盛行偏北風、下半年盛行偏南風有關,也正好與灰霾的月際變化情況一致。
2.4 日照時數(shù)年際變化 日照時數(shù)表示一個地方接受太陽光照射的實有時數(shù),是太陽輻射最直接的表現(xiàn),受云、霧、空氣污染物等多種因素影響。分析1972-2012年紹興地區(qū)各臺站年平均日照時數(shù)發(fā)現(xiàn),過去的41a里,70年代年平均日照時數(shù)為1 914.8h,80年代為1 826.1h,90年代為1 722.6h,2000年以后為1 792.9h,總體上呈緩慢下降趨勢,但近10a反而有所增加。年平均日照時數(shù)最少的20a里,1990年前的年份只出現(xiàn)5個。由圖4看,日照時數(shù)的年際變化與灰霾天氣的變化情況有一定關系,但并不表現(xiàn)出明顯的相關性,尤其是1990年后,與灰霾天數(shù)的快速增長相比,日照時數(shù)的變化并不成負相關。這種情況表明,單純就灰霾對日照時數(shù)的影響較小,應該從浮塵、揚沙、輕霧、霧等視程障礙現(xiàn)象及總云量的變化來分析年日照時數(shù)的相關性。
3 灰霾變化成因分析
3.1 城市、工業(yè)化發(fā)展的影響 城市化進程的突飛猛進、城市面積和人口的不斷增加、交通和生產(chǎn)活動產(chǎn)生的大量污染物,對灰霾的影響最大。城市建設的迅速發(fā)展增大了地面摩擦系數(shù),使風流經(jīng)城區(qū)時明顯減弱。低風速現(xiàn)象增多,不利于大氣污染物向城區(qū)外圍擴展稀釋,導致積累高濃度污染。其次,城市熱島效應使得垂直方向形成逆溫現(xiàn)象。污染物不能逐漸循環(huán)排放到大氣中,導致污染物的低空滯留。第三,工業(yè)的發(fā)展、機動車輛的增多,污染物的排放直接導致了懸浮顆粒的增加,造成能見度的降低,當逆溫、靜風時形成灰霾。這在各臺站灰霾的年際變化中尤為明顯,紹興、諸暨等城市建設比較迅速的地方,近10a灰霾的增長最為明顯,2011-2012年總日數(shù)分別為467d、419d。新昌雖然總日數(shù)最少,但與2010年前比較,增幅也是十分明顯,2010年前年霾日均低于10d,2011年達到14d,2012年激增到47d。上虞高于嵊州,這種變化特征也與所屬臺站的城市發(fā)展情況相一致。
3.2 判別標準不一致的影響 在全國氣象系統(tǒng)的臺站觀測中,區(qū)分霾與輕霧的判據(jù)比較混亂,缺乏可比性,東南沿海各省不成文規(guī)定的用相對濕度區(qū)分的標準普遍偏低,將大量霾記成了輕霧。實際上近地層大氣中每時每刻總是有霾存在的,歷史上我國各級氣象部門從來不存在以相對濕度70%界定輕霧與霾的補充規(guī)定。因此,由于理解的問題,將大量霾記成了輕霧[7]。吳兌曾撰文,將相對濕度的閾值定為90%,作為區(qū)分輕霧(霧)與霾的輔助判據(jù)是合理的[7]。在紹興地區(qū)各臺站灰霾記錄標準的調(diào)查中,也無統(tǒng)一標準。參照《地面氣象觀測規(guī)范》中灰霾定義標準,又缺乏明確的記錄依據(jù)。在沒有大氣成分參考下,僅僅依據(jù)觀測員對相對濕度、天氣狀況的分析,常常存在個體差異。從記錄標準看,相對濕度的取值范圍相當寬,從55%~85%都有,特別是大霧結束,相對濕度維持在60%~80%,能見度<10.0km時,對灰霾與輕霧的區(qū)分十分模糊,形成記錄霾的閾值普遍偏低。
2010年《霾的觀測和預報等級》(國家氣象行業(yè)標準QX/T113-2010)對霾觀測的判識條件規(guī)定如下:“能見度小于10.0km,排除降水、沙塵暴、揚沙、浮塵、煙幕、吹雪、雪暴等天氣現(xiàn)象造成的視程障礙。相對濕度小于80%,判識為霾;相對濕度80%~95%時,按照地面氣象觀測規(guī)范規(guī)定的描述或大氣成分指標進一步判識”。2010年9月1日浙江省氣象局發(fā)文執(zhí)行(浙氣測函〔2010〕37號),該文件的執(zhí)行對2011-2012年各臺站灰霾現(xiàn)象的激增起到關鍵性作用。2013年1月,中國氣象局綜合觀測司在氣測函〔2013〕17號《觀測司關于霾天氣現(xiàn)象觀測補充規(guī)定的函》中再次補充強調(diào),可將相對濕度參照標準提高到90%。圖5為各臺站2011-2012年總霾日占各自臺站總霾日的比率圖,增加最明顯的是紹興、新昌,2a總量分別達到了歷年總量的45.9%、43%,說明在過去的記錄中,灰霾記錄標準過低是一個重要原因。嵊州站比率最小,占總數(shù)的16.9%,前后記錄判別標準改變不大,具有較好的連續(xù)性。
4 結論
(1)紹興地區(qū)的灰霾天氣年際、月際變化非常明顯。年際變化分1972-2002年、2003-2010年、2011-2012年3個階段。尤其是第三階段,地區(qū)總天數(shù)占歷年總和35.2%,呈劇烈上升趨勢?;姻驳募竟?jié)差異變化顯著,呈冬季最多、夏季最少、秋季高于春季的特點。從各臺站分析,紹興、諸暨年際變化增幅最大,新昌最少。嵊州月際變化最大,上虞、新昌較小。
(2)出現(xiàn)灰霾時,14時風速≤3.0m/s占各臺站灰霾總日數(shù)的65%以上,風向NNE、N時,出現(xiàn)概率最高,風向為SE、SSE時,概率較小。各臺站的變化特征大致相同。當一個地區(qū)風速較小、盛行偏北風時,相同條件下更易形成灰霾。
(3)灰霾天氣對日照時數(shù)有一定的影響,但并不表現(xiàn)明顯的負相關。年日照時數(shù)的變化應結合降水、浮塵、揚沙、輕霧、霧、總云量等綜合分析。
(4)城市工業(yè)化發(fā)展、人類活動產(chǎn)生的大量污染物是形成灰霾天氣的主要原因,城市發(fā)展迅速的地方灰霾天數(shù)增長最快。輕霧反映自然的年際與年代際氣候波動,而霾反映人類活動引起的趨勢性變化。
(5)在過去的時間里,灰霾判別標準不確定,各個臺站依據(jù)相對濕度取值的范圍也比較大,容易造成將大量的灰霾天氣記錄為輕霧。2010年9月《霾的觀測和預報等級》的發(fā)布對霾的記錄重要影響,導致2011-2012年霾日的劇增。將1972-2012年各臺站歷年記錄按照新的標準對天氣現(xiàn)象(霾和輕霧)重新判斷,總體仍呈現(xiàn)上升趨勢,但2000年后平均天數(shù)比70年代漲幅僅為41%,遠遠低于實際觀測的704%。前期灰霾標準不確定、記錄閾值不統(tǒng)一是最主要原因,造成歷史上灰霾日數(shù)偏少。但在歷史資料的重新統(tǒng)計過程中,僅考慮能見度與相對濕度的影響,判斷結果未考慮降水對能見度的影響,且忽略相對濕度80%~90%時輕霧的可能,造成理論霾日的增加,對該統(tǒng)計結果造成一定的影響。
參考文獻
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