地区低能见度事件变化特征分析范文

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《干旱区地理杂志》2016年第一期

摘要：

以关中城市群为研究区域，选取关中8个气象站1981-2013年逐日3个时次的大气能见度、降水、相对湿度、风速、天气现象等观测资料为研究对象，使用统计方法，分析关中地区低能见度天气时空分布特征，研究影响关中地区低能见度的气象和环境因素，结果表明：1981-2013年关中地区能见度有下降的趋势，日平均能见度以10～20km最多，低能见度事件6月出现最少，12月最多，冬半年明显高于夏半年，低能见度状况具有明显的延续性。关中西部和中部低能见度日数呈减少趋势而东部增加趋势，关中东、西部城市低能见度日数差异显著减少。雾是造成低能见度事件的主要天气现象，其次为降水和霾。与雾有关的低能见度事件在低能见度总数中占92.8%，雾、霾造成的低能见度事件主要出现在冬季，并以1月、12月最多。相对湿度、风速也是重要的影响因素，另外污染物质量浓度是影响能见度水平的另一主要因素。

关键词：

能见度；低能见度事件；关中地区；时空变化特征；影响因子

能见度是表征大气透明度的指标，指具有正常视力的人在当时的天气条件下还能够看清楚目标轮廓的最大水平距离［1-2］，影响能见度的因素很多，降水、雾、霾、沙尘以及大气中存在的污染性气体和气溶胶等都会对能见度产生很大的影响［3-4］。能见度是影响航空、航海、陆上交通以及军事活动等的重要因素之一［5］，较低能见度天气会给社会经济和人们的日常生活带来诸多不便。因此，大气能见度尤其是低能见度天气现象受到了气象、环境工作者及社会各界的广泛关注。我国关于大气能见度研究很多，吴兑等［6-8］分别研究了广州、北京、上海等地的低能见度事件的气候特征及影响因素，有效促进了对当地低能见度天气气候规律的认识，但是关于关中地区能见度的相关研究尚不多见。关中城市群是是中国“十一五”期间重点建设的“十大城市群”之一，是陕西乃至西北地区的重要生产科研基地陕西经济的核心区，区内土地面积5.5×104km2，总人口2326.88×104人，分别占全省的27.0%和62.84%，人均GDP为10819元，是全省平均水平的1.09倍［9］。随着城市化和社会经济的高速发展，人口、产业不断集中，空中和陆地交通将愈加繁忙，大力改善当地的能见度及空气质量显得尤为迫切，因此，掌握关中区域低能见度现象的形成与分布规律，分析低能见度的影响因素，对于做好低能见度天气的准确预测预报，确保交通安全，对综合治理该区域的低能见度事件提供必要的指导和相互协调，提高人民生活水平，具有重要的意义。

1资料和方法

因1980年以前，气象站点人工观测能见度为等级值，故本研究选取关中城市群西安、咸阳、渭南、宝鸡、铜川、兴平、华阴、韩城等8个气象站点1981-2013年逐日08、14、20时3个时次的能见度观测资料为研究对象。采用统计方法，探讨关中地区低能见度事件的年、季变化和日变化规律，使用累积距平法，分析关中地区低能见度天气的偏多时段、偏少时段及时空分布特征，研究关中地区的低能见度特征，结合相关气象因子和环境因子分析造成低能见度事件的因素，为相关部门预警信息和采取有效的防治措施提供科学依据。依据王晓芙［10］等人研究结果，本文定义日均能见度低于10km的视程障碍现象为“低能见度”事件。

2关中低能见度统计特征

2.1能见度等级分布特征利用逐时能见度资料的算术平均得到当天的日均能见度，并划分为以下8个等级，即≥20km、10～20km、5～10km、3～5km、2～3km、1～2km、<1km，分别统计出一年中对应等级的能见度日数及其百分比（表1），显示1981-2013年间关中地区日平均能见度以10～20km最多，占总数的54.6%，年均约198.5d；其次为5～10km，占总数的23.3%，年均约84.7d；≥20km的能见度占14.9%，年均54.0d；而2～5km的低能见度相对较少，能见度<1km的低能见度最少，年平均仅0.6d，占0.3%，10km以下低浓度事件约占30.5%。

2.2低能见度时间分布特征

2.2.1低能见度年变化特征关中地区1981-2013年平均发生低能见度事件110.9d，其中兴平、宝鸡发生低能见度事件多于其他县市。从图1看出，关中地区20世纪80年代初到80年代中期能见度上升明显，以后有明显的下降趋势，90年代以后能见度持续降低，1997年后各年能见度低于多年平均值，2000年后关中地区能见度明显恶化。其中1986年能见度最好8站平均达16.67km，2000年能见度最低仅12.28km，多年平均能见度约14km。各月平均能见度6月最高，7月次之，1月和12月分别为最低和次低。从图2可以看出各站各月低能见度日数分布呈明显的单谷型，6月低能见度出现最少仅3.7d，12月最多达14.1d，1月、10月和11月低能见度日数均超过10d。可见夏季能见度最好，冬季最差，冬半年能见度明显低于夏半年，低能见度日数明显高于夏半年，可能由于关中地区冬季风速小、静稳天气多造成雾、霾多发引起的。

2.2.2日变化特征根据能见度观测的结果，关中地区1981-2013年日平均能见度变化非常大，日平均能见度最小仅0.07km，最大可达63.33km，低于1km的日数出现1.0d•a-1。统计分析有观测的各日3次能见度，关中08时出现低能见度频率为39.8%，14时出现频率为20.5%，20时出现频率为20.8%，可见低能见度多生成于夜间，清晨是能见度最低的时段。持续小时分布来看，多年来08时出现低能见度143d•a-1，08时到14时持续出现低能见度日为63.2d•a-1，08时持续到20时的低能见度天气30a出现48.1d•a-1，可见低能见度从清晨开始逐渐减少一般维持到中午前后即可好转，夜间逆温层的存在抑制污染物的垂直扩散和清晨人类活动比较集中增大了污染源的排放，可能导致了夜间至清晨能见度较低，而日出后太阳辐射加强，大气不稳定性增加有利于大气中微粒的扩散，能见度转好。

2.3能见度空间分布特征图3为关中主要代表城市1981-2013年逐年低能见度日数分布曲线，可以看出，关中西部城市宝鸡多年平均低能见度日数最多139.2d•a-1，其次是关中中部西安96.1d•a-1，东部韩城最少为63.2d•a-1。从变化趋势看出：宝鸡、西安1981-2013年年平均低能见度日数呈减少趋势，西安减少趋势明显，韩城低能见度日数则呈明显的增加趋势，东、西部低能见度日数差异显著减少。可见，关中西部和中部能见度趋于好转而东部能见度有降低趋势，由于关中地区近年来城市发展所规划的大气污染在关中地区东部比较集中，加上特殊地形和特定盛行风的影响，导致的城市气溶胶聚集造成污染堆积，使得关中东部大气能见度降低，低能见度日数增多。

2.4低能见度的持续特征从日平均低能见度持续时间来看，33a来最长出现持续27d的低能见度事件（宝鸡，1988年12月14日～1989年1月9日），另外单日低能见度事件约占低能见度事件的16.8%，持续2d以上的低能见度事件约占低能见度事件的83.2%，持续5d以上低能见度事件约占42.6%，关中地区持续性低能见度日数明显大于单日低能见度日数，低能见度状况具有明显的延续性，可能因天气系统具有延续性造成，而低能见度事件持续时间越长，出现次数越多，对人民生活和日常交通影响越大，越应该引起重视。

3低能见度的影响因素

影响大气能见度的因素包括自然和人为的两种原因。前者是指影响大气能见度的天气现象，如降水、雾、大风、沙尘暴等，后者指由于人类活动排放进入大气的污染物［11］。

3.1低能见度与天气现象的关系众多学者大量的研究工作表明降水、扬沙特别是雾、霾、降水、扬沙等天气现象都是可能产生低能见度的天气现象。表3为关中地区低能见度与天气现象的统计关系，关中地区与雾有关的低能见度事件占低能见度总数的91.7%，和雨、霾有关的低能见度事件所占比例分别为次多和第三，其中由雾单独引起的占34.8%，单独雨引起的低能见度约占2.1%，单独因霾引起的低能见度事件约占1.7%，由雾和雨引起的低能见度事件约占30.6%，由雾和霾引起的低能见度事件约占26.3%。雾、霾造成的低能见度事件主要出现在冬季，并以1月、12月最多，夏季较少。因此雾、霾等天气现象是造成低能见度事件的主因，降水是低能见度事件的另一主要因素，扬沙、沙尘暴等引起低能见度事件次数较少，主要发生在春季。

3.2低能见度与相对湿度的关系相对湿度对能见度也有一定的影响［12］。根据计算所得到的相对湿度和能见度日均值统计，1981-2013年关中地区相对湿度和大气能见度存在较好的负相关，相对湿度的升高往往对应能见度的降低。将日均相对湿度RH分成八级，再挑选出各级相对湿度范围对应的低能见度的日数，计算各级的日数在总的低能见度日数中所占的比例（图4），显示33a来关中地区低能见度事件日平均相对湿度（78.1%）远大于未出视程障碍现象日平均相对湿度（63.1%）。低能见度事件日平均相对湿度在80%<RH≤90%范围内发生最多，出现概率约为33.3%，其次占有较高比例的为70%<RH≤80%和RH>90%两个等级，即关中地区的低能见度事件在中高相对湿度（RH>70%）范围内，且有随湿度降低而减少的趋势，RH<50%低相对湿度时则发生低能见度事件很少，RH<30%几乎未发生低能见度事件。可能由于较高相对湿度下消光系数较大，从而影响大气透明度造成能见度较差，另外较大相对湿度不利于污染物扩散，易加重空气污染，而污染物浓度的增加也会降低大气能见度。

3.3低能见度与风的关系许多研究表明地面风速是影响大气能见度的关键因子［13］。计算33a来关中地区低能见度事件日平均风速1.2m•s-1小于未出视程障碍现象日平均风速1.8m•s-1，可见风速小是造成低能见度的一个重要因素。将低能见度事件日平均风速分成7级，再挑选出各级风速范围对应的日均能见度的日数，计算各级的日数在总的低能见度日数中所占的比例（表4、图5），由于风使大气中的污染物和水蒸气迁移和稀释能力增强从而增大能见度，33a来关中地区低能见度事件在静风和小风范围内发生最多，出现概率达80%以上，风速增大的同时，能见度增大。风速>5.0m•s-1时出现低能见度事件的主要原因是大风引起沙尘暴天气从而造成颗粒物浓度急剧上升起大气透明度降低。

3.4低能见度与大气污染物浓度的关系根据西安市环境监测站网站提供的2002-2013年逐日污染物质量浓度数据计算影响大气能见度的主要空气污染物的平均统计特征（表5），能见度与污染物质量浓度呈明显的负相关关系，与瞿德业［14-15］等人的研究结果相一致，其中PM10质量浓度与能见度相关系数达-0.4。从质量浓度变化上看低能见度时间发生期间污染物质量浓度显著高于平均值，其中低能见度事件SO2平均质量浓度0.053mg•m-3，NO2平均质量浓度0.046mg•m-3，PM10平均质量浓度0.184mg•m-3，PM10平均质量浓度超过国家环境空气质量二级标准，SO2、NO2、PM10平均质量浓度较未出视程障碍现象分别高出52%、32%和39%，比例上与能见度和污染物浓度的相关系数次序大体一致，低能见度事件PM10平均质量浓度远大于未出视程障碍现象日PM10平均质量浓度的0.121mg•m-3。表明气溶胶能通过消光作用降低大气的能见度，气溶胶的质量浓度直接影响了能见度的变化，是影响能见度水平的主要因素之一。

4结论与讨论

（1）关中地区1981-2013年多年平均能见度约14.1km，日平均能见度以10～20km最多，10km以下低浓度事件约占31%，其中5～10km的低浓度事件约占23.5%，能见度<1km的低能见度最少。低能见度事件1981-2013年均约110.9d，6月低能见度出现最少，12月最多，冬半年低能见度日数明显高于夏半年。一日里08时出现低能见度最多，14时最少，低能见度从清晨开始逐渐减少一般维持到中午前后即可好转。低能见度状况具有明显的延续性，持续低能见度日数明显大于单日低能见度日数。（2）区域分布上关中西部宝鸡市低能见度事件最多达139.2d•a-1，东部城市韩城最少为63.2d•a-1，从变化趋势上看近年来关中西部和中部低能见度日数呈减少趋势而东部增加趋势，关中东、西部城市低能见度日数差异显著减少。（3）低能见度事件的影响气象因素很多，雾是造成低能见度事件的主要天气现象，其次为降水，霾是影响低能见度的第三因子，其中雾、霾造成的低能见度事件主要出现在冬季，并以1月、12月最多，扬沙、沙尘暴等引起低能见度事件次数较少，主要发生在春季。（4）相对湿度、风速也是造成大气低能见度事件的主要气象因子，33a来关中地区低能见度事件日平均相对湿度>80%<RH≤90%范围内发生最多约占33%左右，RH<30%几乎未发生低能见度事件，从风速变化上看，风速≤1.5m•s-1时出现低能见度事件达80%以上，风速增大的同时，能见度增大。（5）气溶胶的质量浓度直接影响了能见度的变化，是造成低能见度事件的另一重要环境因素，SO2、NO2、PM10平均质量浓度较未出视程障碍现象平均质量浓度分别高出52%、32%和39%。

作者：胡琳 王琦 张文静 陈建文 曹红丽 单位：陕西省气候中心 西安市气象局