咸宁市1960 ―霾日数气候特征分析

摘要：根据咸宁市6个气象站1960年12月至2013年2月霾天气人工观测资料，运用趋势系数统计和小波分析等方法，分析了咸宁市近53年来霾日数的气候特征。结果表明，咸宁市霾日数中间多南北少，丘陵地区多于沿江地区，年平均霾日数赤壁最多，达16.7 d，嘉鱼最少，仅1.5 d。除赤壁外，其他县市年霾日数呈减弱趋势。霾日数冬季最多，占全年的47.7%，春季、秋季次之，分别占全年的25.7%和20.5%，夏季最少，仅占全年的6.1%。咸宁市区霾日12月和1月最多，平均分别达2.1 d和1.8 d，6、7月最少，7月仅0.1 d，有近94%的年份都在6月没有出现霾天气。咸宁市区霾日数总体呈下降趋势，但阶段性明显，20世纪70年代初期是霾日数急剧上升阶段，至80年代初期维持较高的霾日数，存在着2～4年的显著周期。

关键词：霾；气候特征；趋势系数；小波分析

中图分类号：X16；X513 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）14-3407-04

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2015.14.019

Analysis of Climatic Charcteristic of Dusthaze in Xianning from 1960 to 2013

ZHAO Ya-jing1，CHENG Hai-rong2，LIU Lian-feng1，PENG Xi-can1

（1.Meteorological Bureau of Xianning， Hubei Province， Xianning 437100， Hubei， China；

2.Department of Environmental Engineering， School of Resource and Environmental Science， Wuhan University， Wuhan 430079， China）

Abstract： Based on the daily observed data of Xianning meteorological station from December 1960 to February 2013， the climatic characteristic of dusthaze was investigated. The results showed that， fisrtly， it indicated a pattern that north and south appeared the least days of dusthaze， but the most in the central area in the past 53 years， especially appearing in hilly area. From averaging data， dusthaze day happened most frequently in Chibi， followed by Xianning and the least in Jiayu which was a county closed to Yangtze River. The variation was large in different counties， but it showed a decreased trend of dusthaze day except in Chibi area. Secondly， the dusthaze day was more easily happened in winter （December to February）， which ocuupied 47.7% of the whole year， followed by spring （25.7%） and autumn （20.5%）， and it happened the least in summer （6.1%）. Thirdly， the dusthaze day appeared mostly in December， reaching up to 2.1 days meanly in Xianning， 1.8 days in January. And July was the least month happening dusthaze， meanly 0.1 day， and it rarely appeared dusthaze in June. Fourthly， it showed a decreased trend of dusthaze day in Xianning. There was a increasing trend in 1970s， and it lasted to the initial stage of 1980s. There was a significant cycle of 2～4 years.

Key words： dusthaze； climatic characteristic； trend coefficient； wavelet analysis

随着城市发展，空气质量状况越来越引起人们的关注，特别是城市中霾的出现严重影响了人们的生活。霾是一种对视程造成障碍的天气现象， 其组成成分包括数百种大气颗粒物以及空中悬浮物、直径小于10 μm的气溶胶粒子，对健康造成严重的 威胁[1]。大量极细微的干尘粒均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10 km，造成空气普遍浑浊[2]，国际组织称这种现象为“亚洲棕色云”。严重的霾使大气能见度降低，这些气体在紫外线的作用下，发生光热化学反应，产生一种新的光化学烟雾，具有很大毒性，对人体有强烈的刺激作用，长期处于这种环境下有诱发肺癌的危险[3-5]。严重的霾天气还能直接引发各类海、陆、空交通事故以及城市空气质量严重污染[6]，影响生态环境[7-9]。近年来，区域性霾天气在中国频繁出现，影响日趋加重，分析咸宁市霾气候变化特征这项基础性工作迫在眉睫，其研究价值和参考意义非常重要。

1 资料与方法

根据经湖北省气象局质量控制后的咸宁市6个地面气象观测站1960年12月至2013年2月逐日人工观测资料，当天气现象观测有霾时记为一个霾日。运用趋势系数统计和小波分析方法分析霾的月、季、年和年代际变化规律。根据气候学上对冬季的定义，取完整的冬季月份为当年12月和次年1、2月，春季为当年3～5月，夏季为6～8月，秋季为9～11月。

运用趋势系数、小波分析和小波方差图[10-12]方法。小波方差图能反映信号波动的能量随尺度变化的分布，可用来确定信号中不同种尺度扰动的相对强度和存在的主要时间尺度，即主周期。

2 结果与分析

2.1 53年霾天气概况

分析咸宁市1960-2013年共53年霾分布情况，呈中间多南北少的分布。赤壁最多，为16.7 d/年；咸宁市区次之，为11.6 d/年；南三县崇阳、通城和通山分别为9.1 d/年、6.4 d/年和 4.4 d/年；靠近长江的嘉鱼县霾天数最少，为1.5 d/年，最多与最少之间相差约10倍，具有丘陵地区多发的特点。

从各县市逐年霾日数演变（图1）可以看出，各地年变化差异较大。除赤壁外，其他县市年霾日数随时间呈减弱趋势。其中，通城和咸宁市区年变化特征相似，有2段集中发生期，分别处于20世纪60年代末期至80年代初期和21世纪初到10年代前期。嘉鱼年霾天气变化不大，变幅为2～4 d/年，呈平稳下降趋势。逐年霾日数变化呈明显增多趋势的赤壁市，在21世纪10年代末霾天数剧烈攀升。赤壁市2008年霾天数多达64 d，为有气象记录以来咸宁全市范围内排崇阳1979年74 d和咸宁市区1974年74 d之后的第三大值，紧接着在2011年又出现62 d的霾日数。

由咸宁各县市年霾日数最大值和出现年份可以看出，咸宁全市范围内年霾日数最大值是出现在崇阳1979年的74 d，咸宁市区年霾日数的最大值是出现在1974年的72 d。其他县市的最大值为赤壁2008年出现的64 d，嘉鱼1981年出现的10 d，通城1966年出现的40 d，通山1969年出现的29 d。

2.2 霾的季变化特征

由图2可知，咸宁市区霾天气变化有2段集中发生期。在20世纪90年代基本上没有出现霾天气，而其他时间都有发生，特别是20世纪70年代初期是霾日数急剧上升阶段，至80年代初期较高的霾日数维持，1973年冬季霾日数为26 d，1974年春季霾日数为25 d，同年秋季霾日数为23 d，都为各季节最大值。21世纪初到10年代前期的秋冬季的霾日数呈波动增长态势。

分析53年四季和全年的累计霾日数以及季节平均总日数可以发现，赤壁市53年累计出现霾天气最多，为907 d；咸宁次之，为627 d；崇阳为481 d；通城为341 d；通山为229 d；嘉鱼最少，为81 d。比较四季各县市霾日数，春季咸宁市区的霾日数最多，其他季节都是赤壁最多。秋季和冬季各县市变化情况一致，赤壁最多，咸宁次之，再次是崇阳、通城和通山，嘉鱼最少。

从季节平均总霾日数看，冬季出现霾日数最多，为212 d；其次是春季114 d，秋季为91 d；夏季最少，仅为27 d。冬季霾日数占全年的47.7%，春季占25.7%，冬春两季占全年霾日总数的70%以上，秋季占全年的20.5%，夏季仅占全年的6.1%。结果表现出冬春季出现多，秋季次之，夏季最少的分布特征。这主要是由于冬春季节影响咸宁市区的冷空气活动频繁，而咸宁市大部分地区位于变性高压脊内，空气干燥，气压稳定，风力微弱，地面附近的灰尘、汽车尾气难以扩散或稀释，从而导致霾天气的出现。而夏、秋季雨水相对要充沛许多，雨水对空气中的灰尘等污染物起冲刷作用，不利于霾天气的形成。

2.3 霾的月变化特征

咸宁市区53年各月平均霾日数明显不同，最多为12月，平均达2.1 d，其次是1月份，平均霾日数1.8 d，霾日数最少的为7月，仅0.1 d。据实测资料统计，44%以上的年份在12月都出现了霾天气，有42%以上的年份在1月、5月和11月都出现了霾天气。2013年1月、1974年3月的霾日数最多，达15 d和14 d。而有近94%的年份在6月都没有出现霾天气。

2.4 咸宁市区霾年际变化特征

分析咸宁市区逐年霾日数演变，总体呈下降趋势。其中20世纪70年代初期是霾日数急剧上升阶段，至80年代初期维持较高的霾日数，年平均霾日数达到38 d。20世纪60年代、80年代和21世纪初，年霾日数为6～8 d。年霾日数趋势系数为0.3 d/年。霾日数最低值为0 d，分别出现在1989-1998年和2001年；最高值为72 d，出现在1974年。为滤去年际间的随机变化，采用5年滑动平均对原霾日数序列进行处理，同时用线性倾向估计分析了不同阶段霾日数的趋势系数（表1）。

根据5年滑动平均曲线可以把年霾日数变化分成五个阶段（表1），其中20世纪60年代初期到70年代初期霾日数呈明显上升阶段。该时段由于各种因素的综合影响，工业和交通运输的大量发展，故霾日数上升也比较快，年霾日数趋势系数为3.4 d/年。21世纪初期的前中期霾天气再次多发，呈现明显上升。由于城区交通繁忙，机动车大量增加，机动车尾气污染严重，这一阶段霾日数的年趋势系数为1.2 d/年。进入21世纪10年代，经济和旅游的加速发展，汽车保有量年年攀升，使得霾日数又有增多的趋势。年趋势系数为2.4 d/年。

2.5 周期特征

由图3可见，咸宁市区霾变化存在着2～4年的显著周期。此外还有一个28年作用的长周期，但并没能通过显著的周期性检验。1990-1998年和2000年以后，周期比较显著，1990-1998年周期大约在4年，而从2000-2010年2年左右的周期比较显著，可以看出周期有缩短的趋势。

3 结论与讨论

1）咸宁市53年霾日数呈中间多南北少的分布，具有丘陵地区多发的特点。多年平均年霾日数赤壁最多，为16.7 d/年；咸宁次之，为11.6 d/年；靠近长江的嘉鱼县霾天数最少，为1.5 d/年。咸宁市各县市年变化差异较大，除赤壁外，其他县市年霾日数随时间呈减弱趋势。

2）季节分布特征：冬季（上年12月至次年2月）霾日数占全年的47.7%，春季占25.7%，冬春两季占全年霾日总数的70%以上，表现出冬春季出现多，秋季次之，夏季最少的分布特征。

3）咸宁市区霾日数月变化特征：最多为12月，平均达2.1 d，其次是1月份，平均霾日数1.8 d，霾日数最少的为7日，仅0.1 d。有44%以上的年份在12月都出现了霾天气，有42%以上的年份在1月、5月、11月都出现了霾天气，而有近94%的年份都在6月没有出现霾天气。

4）咸宁市年霾日数的历史纪录前三位分别为崇阳县1979年74 d，咸宁市区1974年72 d，赤壁市2008年64 d。

5）咸宁市区年霾日数总体呈下降趋势，20世纪70年代初期是霾日数急剧上升阶段，至80年代初期维持较高的霾日数，年平均霾日数达到38 d。20世纪60年代、80年代和21世纪初，年霾日数为6～8 d。

6）咸宁市区霾变化是2～4年左右的显著周期，还有28年的大周期，但不显著。

7）霾天气的出现与自然因素、人为因素和气象条件有关。强逆温层的出现与气候干旱少雨，日照强烈，湿度较低等气象条件共同作用形成霾。

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