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西安市灰霾天气时间和区域分布特征及影响因素 何晓嫒 1,2 陈建文 1 孙宁生 3 毛明策 1 刘敏茹 1 1.西安建筑科技大学, 西安 710055; 2.陕西省气候中心, 西安 710015; 3.陕西省环保厅, 西安 710006 摘要 依据 19612005年共 45 年, 西安、户县、长安、蓝田、临潼、高陵和周至 7 个气象台站灰霾观测资料, 分析了灰霾 天气时间和区域分布特征, 并根据 19962005年近 10 年西安逐月平均灰霾日数与近 10 年逐月主要气象要素相关性 分析 , 得出 西安市20世纪 70 年代是灰霾日出现的高峰时期, 并呈逐年减少趋势, 灰霾发生的中心区域也在向郊区东 南部转移; 从影响灰霾天气形成的气象条件来看, 气温越低, 降水量和风速越小, 日照越少, 气压越高, 越有利于灰霾天 气的形成。 关键词 西安市; 灰霾天气; 时间和区域; 分布特征; 影响因素 THE REGIONAL DISTRIBUTIVE CHARACTERISTICS, THE INFLUENCING FACTORS AND TIME OF THE ASH HAZE WEATHER IN Xi AN CITY He Xiao ai1, 2 Chen Jianwen1 Sun Ningsheng3 Mao Mingce1 Liu Minru1 1. Xi an University of Architecture 2. The Climate Center of Shaanxi Province, Xi an 710015, China; 3.Shaanxi Province Environment Protection Bureau, Xi an 710006, China Abstract According to the observed ash haze data from seven meteorological stations in Xi an City, in Huxian, Lantian, Gaoling and Zhouzhi counties, and in Chang an and Lintong districts over 45yearsfrom 1961 to 2005, it was analyzed the time and regional distributive characteristics of ash haze weather, and the relevance between the average number of the ash haze days per month and the corresponding main meteorological elements in the recent tenyearsfrom 1996 to 2005. The results showed that the number of the ash haze weather days in Xi an city reached the peak in 1970s and then decrease gradually. The central area emerging ash haze weather moves towards the southeastern suburb, and the lower the temperature, the rainfall and the wind speed, the less the sunshine and the higher the barometric pressure, it is more likely to the ash haze weather. Keywords Xi an city; ash haze weather; time and area;distributive characteristic;influencing factor 0 引言 灰霾是由大量细微的灰尘 、 工业粉尘、 烟尘、 各种 无机和有机化合物等气溶胶粒子均匀地悬浮在空气 中,使水平能见度 10 km 的空气混浊现象。能见度 在8～ 10 km 属于轻度灰霾,5 ～ 8 km 属于中度灰霾, 3～ 5 km属于重度灰霾 , 3 km 则是严重的灰霾现 象。一般在较长时间无降水过程产生, 空气湿度较 小,风速较小或静风 [ 1] , 以及接地逆温较厚或低空逆 温底部较低时, 大量空气气溶胶粒子无法迅速扩散稀 释而悬浮在空气中, 致使大气混浊 ,能见度降低,形成 灰霾天气 。灰霾中的气溶胶微粒很容易被人体吸入, 沉积于上 、 下呼吸道和肺泡中 ,引起鼻炎 、 支气管炎等 呼吸系统疾病, 长期处于这种环境还会诱发肺癌 [ 1 -2] 。 灰霾天气多出现在冬、春季节, 导致地面光照强度减 弱,冬季不利于农业作物的生长, 春季则影响冬小麦 和果树的开花授粉, 造成产量减少、品质下降 。 为了解西安市灰霾天气时间和区域分布特征及主 要气象影响因素, 为灰霾天气的预测 、 防治、 评估和人 们健康活动提供科学依据,本文根据 19612005 年共 45年,西安、 户县、 长安、 蓝田、 临潼、 高陵和周至7 个气 象台站灰霾观测资料 ,并外推至周边的咸阳 、 兴平、 武 功、 渭南和富平 5站 ,分析西安市灰霾天气日数的年际 和月变化特征 ,以及不同年代的空间分布特征及其与 影响污染物浓度分布的气温、 降水量、 气压、 日照 、 风速 和空气相对湿度等主要气象要素的相关分析 ,从天气 角度反映西安市大气污染状况和时空分布特征。 95 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 1 西安市灰霾天气时间变化特征 1. 1 年际变化 由19612005年逐年灰霾日数来看 ,西安最多, 年均高达 103. 0 d,其次蓝田62. 5 d, 长安 55. 5 d, 其他 依次为 户县29. 8 d,高陵15. 5 d,周至12. 7 d,临潼最 少为 11. 5 d。总体来看 ,全区 20 世纪 70 年代灰霾日 数最多 ,其次是 20 世纪 60 年代 ,2001 2005 年最少, 并呈逐年减少趋势。其中, 西安、户县 、 临潼 、 高陵和 周至 5 站均以 20 世纪 70 年代最多, 20 世纪 60 年代 次之, 除临潼以 20 世纪 80 年代最少外, 其他 4 站均 以20012005 年最少 ,逐年减少趋势明显; 长安和蓝 田两站均以20 世纪 90 年代最多 ,其次是 20012005 年,长安以 20世纪70 年代最少 ,蓝田以20 世纪 60 年 代最少,总体呈逐年增多趋势 见表 1 和图 1 。 表 1 西安市 7 个站点不同年代平均灰霾日数d 站名60 年代 70 年代 80 年代 90 年代20012005 年多年平均 西安128. 8228. 065. 634. 912 . 4103. 0 长安40. 436. 951. 685. 171 . 255. 5 蓝田34. 965. 251. 093. 673 . 262. 5 户县39. 766. 219. 97. 32 . 029. 8 高陵32. 213. 07. 52 . 815. 5 周至18. 432. 95. 30. 20 . 812. 7 临潼12. 121. 45. 27. 610 . 611. 5 平均45. 769. 030. 233. 724 . 741. 5 图 1 西安、蓝田和周至3 站灰霾日数逐年变化趋势 西安 19651981 年各年灰霾日数高于多年均 值,且年均在130 d以上, 其余各年低于多年均值, 基 本在 100 d 以下, 其 中 1977 年最多 , 高达 284 d, 19711979 年均在 200 d 以上 , 2000 年最少仅 4 d, 1998年以来均在 20 d 以下 。长安 1985 年以来年灰 霾日数基本多于多年均值 ,其余各年基本低于多年均 值,1991 年最多 91 d,19801983 年在 8 d 以下, 1980 年和 1981 年没有出现; 蓝田 1990 年以来年灰霾日数 基本多于多年均值, 其余各年基本低于多年均值, 1991年最多 91 d,1965 年最少为 8 d; 户县 1981 年以 前年灰霾日数基本多于多年均值,其余各年基本低于 多年均值,1972 年最多113 d,1994 年以来均在 4 d 以 下,1994, 1997,2001 和 2005 年没有出现; 高陵 20 世 纪60 年代没有观测记录 1981 年以前年灰霾日数基 本多于多年均值, 其余各年基本低于多年均值, 1976 年最多 53 d, 1996 年以来均在 10 d 以下, 1997, 1998, 2000和 2004 年没有出现; 周至 1981年以前年灰霾日 数基本多于多年均值 ,其余各年基本低于多年均值, 1972年最多 64 d, 1985 年以来很少出现 ,年均在 2 d 以下, 其中 19881995 年 、 19972001 年和 2005年没 有出现; 临潼 1979 年以前年灰霾日数基本多于多年 均值 ,其余各年基本低于多年均值 ,1966 年最多43 d, 1962,1988和 1991年没有出现 。 1. 2 月变化 西安市各站点多年平均各月灰霾天数见表 2。 表 2 西安市各站点多年平均各月灰霾日数d 站名1月2 月3月4月5月6月7 月8月9月10月 11月 12月 平均 西安13. 510. 210. 98. 06. 65. 24. 95. 35. 38. 710. 513. 88. 6 长安8. 26. 07. 15. 12. 92. 62. 62. 82. 73. 94. 96. 64. 6 蓝田11. 58. 58. 05. 02. 81. 61. 11. 21. 73. 76. 710. 75. 2 户县4. 83. 24. 73. 22. 11. 61. 00. 80. 71. 42. 14. 22. 5 周至1. 81. 32. 32. 41. 30. 50. 20. 40. 20. 30. 71. 31. 1 高陵3. 52. 11. 61. 30. 70. 20. 00. 00. 10. 51. 93. 61. 3 临潼2. 61. 41. 21. 40. 50. 20. 20. 00. 00. 31. 42. 31. 0 平均6. 64. 75. 13. 82. 41. 71. 41. 51. 52. 74. 06. 13. 5 由表 2 可以看出, 西安 、 蓝田 、 长安和户县灰霾日 数较多 ,周至、 高陵和临潼较少, 其中西安月均最多, 达8. 6 d, 其次是蓝田 5. 2 d , 临潼最少 , 月均 1. 0 d。 西安和高陵以冬季 12 月出现日数最多 ,其次是最冷 月1 月 ,其余各地均以 1 月最多, 其次是 12 月, 69 月是一年中出现最少的时期。各站基本以 11 月至次 年3 月采暖季节灰霾日数较多 , 约占全年的 50以 上。这是因为采暖季节人们取暖和做饭燃烧大量化 石燃料 ,加之降水稀少,气候干燥,风速较小,大气逆温 出现频率和强度较高,污染物不易扩散和稀释, 致使大 96 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 气中的总悬浮颗粒物、 SO2、 NOX等污染物大量堆积,形 成灰霾天气; 而 610 月化石燃料的较少使用 ,加之 夏、 秋季气温高 ,太阳辐射强烈,空气对流旺盛,使得大 污染物容易扩散,同时大量降水的沉降和稀释作用,大 气中气溶胶粒子大量减少 ,不易形成灰霾天气。 2 西安市灰霾天气区域分布特征 以下分别根据西安市 19612005 年多年及 20 世 纪60,70,80,90年代和近5 年 20012005年 年平均 灰霾日数 ,分析西安市不同时段年平均灰霾日数的区 域分布特征。见图 2。 从图 2 看,西安市多年平均灰霾出现日数中心区 在西安城区,其次在蓝田和长安,向东向西逐渐减少, 低值区在临潼和高陵。20 世纪 60 年代, 中心区在西 安城区,其次在长安 ,向东向西逐渐减少 ,低值区在临 潼、 高陵和周至 ; 20世纪 70 年代, 中心区仍在西安城 区,其次在蓝田和户县,向东向西逐渐减少,低值区在 临潼、高陵、长安和周至; 20 世纪 80 年代 , 中心区在 西安城区 、蓝田和长安 , 向西逐渐减少, 低值区在临 潼、 周至和高陵 ; 20世纪 90 年代, 中心区在蓝田和长 安,其次在西安城区, 其余地区出现日数相对较少; 20012005 年,中心区在蓝田和长安, 其次在西安城 区和临潼 ,其余地区出现日数较少 。 可见, 灰霾出现日数较多在西安市中部, 20 世纪 90 年代以后从西安城区向南部的蓝田和长安转移, 东部和西部灰霾日数相对较少 ,空气相对清洁 。这是 因为 20世纪 90 年代以后, 西安市环保力度加大, 大 量燃煤锅炉改造为天然气锅炉 ,加上一些污染严重企 a 19612005 年平均值; b60 年代; c 70 年代; d80 年代; e 90 年代; f20012005 年。 图 2 西安市多年及不同年代灰霾日数区域分布 业的外迁和倒闭 ,燃煤产生的烟尘、粉尘 、SO2、 NOx等 污染大量减少 [ 3] , 同时城市改造 、 集中供热供暖和天 然气的大量使用 ,使得民用取暖和做饭等产生的无组 织排放的烟尘大量减少; 虽然汽车尾气 、建筑扬尘和 交通扬尘有所增加, 气温升高 ,风速减小 ,以及大量城 市硬地面的出现加重了近地层大气逆温层厚度和强 度,但大气污染物总体浓度相对较为稳定 。而长安区 是西安市近年城市开发建设的重点区域 ,大气中颗粒 物浓度显著增加 ,导致灰霾日数增多 。蓝田常年和冬 季盛行西北风, 又处于秦岭北麓, 从西北方向扩散而 97 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 来的大气污染物容易在此堆积 ,形成高污染。因此, 使得蓝田和长安近年来灰霾日数较多, 成为灰霾出现 的中心区域。 3 西安市灰霾天气与主要气象要素相关性分析 通过分析19962005年近10 年逐月平均灰霾日 数与近10 年逐月平均气温、降水量、 气压、日照时数、 风速和空气相对湿度等相关性 ,确定形成灰霾天气的 主要气象条件, 见表 3。 表 3 西安近 10 年逐月平均灰霾日数 与主要气象条件相关系数 项目1月2 月3 月4 月5月6 月7 月8月9 月10 月11 月 12 月相关系数 灰霾日 数 d 3. 41. 61. 10. 60. 20. 20. 00. 00. 11. 02. 24. 4 气温 ℃0. 84. 710. 216. 321. 226. 327. 725. 421. 014. 57. 62. 0- 0. 891 9 降水 量 mm 7. 29. 417. 834. 753. 566. 991. 485. 490. 367. 823. 57. 8- 0. 792 3 气压 hPa 978. 9 976. 5971. 8 967. 6 964. 4959. 5958. 1 962. 0 968. 4974. 6 977. 5 981. 20. 863 5 日照时 数 h 78. 895. 0120. 6 148. 2 181. 5195. 1184. 0 167. 3 133. 8106. 793. 870. 9- 0. 855 4 风速 m s- 1 1. 11. 31. 51. 51. 61. 71. 71. 61. 40. 90. 91. 0- 0. 736 8 相对湿 度 62. 158. 657. 759. 860. 256. 066. 173. 174. 775. 172. 066. 0- 0. 043 7 由表 3 看, 西安近 10 年逐月平均灰霾日数与气 温、 降水量 、 日照时数和风速相关系数均在 0. 7 以上, 呈显著负相关, 与气压呈显著正相关, 与空气相对湿 度相关性较差。表明气温越低, 降水量和风速越小, 日照时数越少, 气压越高 ,越有利于灰霾天气的形成, 而空气相对湿度对灰霾天气的形成影响很小。这是 因为气温越低, 风速越小, 日照时数越少 ,气压越高, 大气层结越稳定 ,越不利于污染物的扩散 ,降水量少 则不利于污染物的稀释和沉降 ,对灰霾天气的形成影 响显著。而本区属于半干型大陆气候,四季空气均较 干燥 ,故空气相对湿度对灰霾天气的形成影响很小 。 4 结语 综上分析, 西安市 20 世纪 70 年代是灰霾日出现 的高峰时期 ,随着近年来环保力度的不断加大, 各种 节能减排措施的逐步实施 ,以及城市布局的优化和生 态建设的发展, 灰霾日数呈逐年减少趋势 ,灰霾发生 的中心区域也在向郊区东南部转移。本区基本以 11 月至次年 3 月采暖季节灰霾日数较多, 约占全年的 50以上 ,以 1月最多 ,其次是 12月 ,610 月相对较 少。从影响灰霾天气形成的气象条件来看 , 气温越 低,降水量和风速越小 , 日照时数越少 ,气压越高, 越 有利于灰霾天气的形成。 参考文献 [ 1] 刘爱君, 杜尧东, 王惠英. 广州灰霾天气的气候特征分析[ J] . 气象, 2004, 30 12 68 -71. 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