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《干旱區(qū)地理雜志》2016年第一期

摘要：

以關(guān)中城市群為研究區(qū)域，選取關(guān)中8個(gè)氣象站1981-2013年逐日3個(gè)時(shí)次的大氣能見(jiàn)度、降水、相對(duì)濕度、風(fēng)速、天氣現(xiàn)象等觀測(cè)資料為研究對(duì)象，使用統(tǒng)計(jì)方法，分析關(guān)中地區(qū)低能見(jiàn)度天氣時(shí)空分布特征，研究影響關(guān)中地區(qū)低能見(jiàn)度的氣象和環(huán)境因素，結(jié)果表明：1981-2013年關(guān)中地區(qū)能見(jiàn)度有下降的趨勢(shì)，日平均能見(jiàn)度以10～20km最多，低能見(jiàn)度事件6月出現(xiàn)最少，12月最多，冬半年明顯高于夏半年，低能見(jiàn)度狀況具有明顯的延續(xù)性。關(guān)中西部和中部低能見(jiàn)度日數(shù)呈減少趨勢(shì)而東部增加趨勢(shì)，關(guān)中東、西部城市低能見(jiàn)度日數(shù)差異顯著減少。霧是造成低能見(jiàn)度事件的主要天氣現(xiàn)象，其次為降水和霾。與霧有關(guān)的低能見(jiàn)度事件在低能見(jiàn)度總數(shù)中占92.8%，霧、霾造成的低能見(jiàn)度事件主要出現(xiàn)在冬季，并以1月、12月最多。相對(duì)濕度、風(fēng)速也是重要的影響因素，另外污染物質(zhì)量濃度是影響能見(jiàn)度水平的另一主要因素。

關(guān)鍵詞：

能見(jiàn)度；低能見(jiàn)度事件；關(guān)中地區(qū)；時(shí)空變化特征；影響因子

能見(jiàn)度是表征大氣透明度的指標(biāo)，指具有正常視力的人在當(dāng)時(shí)的天氣條件下還能夠看清楚目標(biāo)輪廓的最大水平距離［1-2］，影響能見(jiàn)度的因素很多，降水、霧、霾、沙塵以及大氣中存在的污染性氣體和氣溶膠等都會(huì)對(duì)能見(jiàn)度產(chǎn)生很大的影響［3-4］。能見(jiàn)度是影響航空、航海、陸上交通以及軍事活動(dòng)等的重要因素之一［5］，較低能見(jiàn)度天氣會(huì)給社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人們的日常生活帶來(lái)諸多不便。因此，大氣能見(jiàn)度尤其是低能見(jiàn)度天氣現(xiàn)象受到了氣象、環(huán)境工作者及社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。我國(guó)關(guān)于大氣能見(jiàn)度研究很多，吳兌等［6-8］分別研究了廣州、北京、上海等地的低能見(jiàn)度事件的氣候特征及影響因素，有效促進(jìn)了對(duì)當(dāng)?shù)氐湍芤?jiàn)度天氣氣候規(guī)律的認(rèn)識(shí)，但是關(guān)于關(guān)中地區(qū)能見(jiàn)度的相關(guān)研究尚不多見(jiàn)。關(guān)中城市群是是中國(guó)“十一五”期間重點(diǎn)建設(shè)的“十大城市群”之一，是陜西乃至西北地區(qū)的重要生產(chǎn)科研基地陜西經(jīng)濟(jì)的核心區(qū)，區(qū)內(nèi)土地面積5.5×104km2，總?cè)丝?326.88×104人，分別占全省的27.0%和62.84%，人均GDP為10819元，是全省平均水平的1.09倍［9］。隨著城市化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人口、產(chǎn)業(yè)不斷集中，空中和陸地交通將愈加繁忙，大力改善當(dāng)?shù)氐哪芤?jiàn)度及空氣質(zhì)量顯得尤為迫切，因此，掌握關(guān)中區(qū)域低能見(jiàn)度現(xiàn)象的形成與分布規(guī)律，分析低能見(jiàn)度的影響因素，對(duì)于做好低能見(jiàn)度天氣的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，確保交通安全，對(duì)綜合治理該區(qū)域的低能見(jiàn)度事件提供必要的指導(dǎo)和相互協(xié)調(diào)，提高人民生活水平，具有重要的意義。

1資料和方法

因1980年以前，氣象站點(diǎn)人工觀測(cè)能見(jiàn)度為等級(jí)值，故本研究選取關(guān)中城市群西安、咸陽(yáng)、渭南、寶雞、銅川、興平、華陰、韓城等8個(gè)氣象站點(diǎn)1981-2013年逐日08、14、20時(shí)3個(gè)時(shí)次的能見(jiàn)度觀測(cè)資料為研究對(duì)象。采用統(tǒng)計(jì)方法，探討關(guān)中地區(qū)低能見(jiàn)度事件的年、季變化和日變化規(guī)律，使用累積距平法，分析關(guān)中地區(qū)低能見(jiàn)度天氣的偏多時(shí)段、偏少時(shí)段及時(shí)空分布特征，研究關(guān)中地區(qū)的低能見(jiàn)度特征，結(jié)合相關(guān)氣象因子和環(huán)境因子分析造成低能見(jiàn)度事件的因素，為相關(guān)部門(mén)預(yù)警信息和采取有效的防治措施提供科學(xué)依據(jù)。依據(jù)王曉芙［10］等人研究結(jié)果，本文定義日均能見(jiàn)度低于10km的視程障礙現(xiàn)象為“低能見(jiàn)度”事件。

2關(guān)中低能見(jiàn)度統(tǒng)計(jì)特征

2.1能見(jiàn)度等級(jí)分布特征利用逐時(shí)能見(jiàn)度資料的算術(shù)平均得到當(dāng)天的日均能見(jiàn)度，并劃分為以下8個(gè)等級(jí)，即≥20km、10～20km、5～10km、3～5km、2～3km、1～2km、<1km，分別統(tǒng)計(jì)出一年中對(duì)應(yīng)等級(jí)的能見(jiàn)度日數(shù)及其百分比（表1），顯示1981-2013年間關(guān)中地區(qū)日平均能見(jiàn)度以10～20km最多，占總數(shù)的54.6%，年均約198.5d；其次為5～10km，占總數(shù)的23.3%，年均約84.7d；≥20km的能見(jiàn)度占14.9%，年均54.0d；而2～5km的低能見(jiàn)度相對(duì)較少，能見(jiàn)度<1km的低能見(jiàn)度最少，年平均僅0.6d，占0.3%，10km以下低濃度事件約占30.5%。

2.2低能見(jiàn)度時(shí)間分布特征

2.2.1低能見(jiàn)度年變化特征關(guān)中地區(qū)1981-2013年平均發(fā)生低能見(jiàn)度事件110.9d，其中興平、寶雞發(fā)生低能見(jiàn)度事件多于其他縣市。從圖1看出，關(guān)中地區(qū)20世紀(jì)80年代初到80年代中期能見(jiàn)度上升明顯，以后有明顯的下降趨勢(shì)，90年代以后能見(jiàn)度持續(xù)降低，1997年后各年能見(jiàn)度低于多年平均值，2000年后關(guān)中地區(qū)能見(jiàn)度明顯惡化。其中1986年能見(jiàn)度最好8站平均達(dá)16.67km，2000年能見(jiàn)度最低僅12.28km，多年平均能見(jiàn)度約14km。各月平均能見(jiàn)度6月最高，7月次之，1月和12月分別為最低和次低。從圖2可以看出各站各月低能見(jiàn)度日數(shù)分布呈明顯的單谷型，6月低能見(jiàn)度出現(xiàn)最少僅3.7d，12月最多達(dá)14.1d，1月、10月和11月低能見(jiàn)度日數(shù)均超過(guò)10d。可見(jiàn)夏季能見(jiàn)度最好，冬季最差，冬半年能見(jiàn)度明顯低于夏半年，低能見(jiàn)度日數(shù)明顯高于夏半年，可能由于關(guān)中地區(qū)冬季風(fēng)速小、靜穩(wěn)天氣多造成霧、霾多發(fā)引起的。

2.2.2日變化特征根據(jù)能見(jiàn)度觀測(cè)的結(jié)果，關(guān)中地區(qū)1981-2013年日平均能見(jiàn)度變化非常大，日平均能見(jiàn)度最小僅0.07km，最大可達(dá)63.33km，低于1km的日數(shù)出現(xiàn)1.0d•a-1。統(tǒng)計(jì)分析有觀測(cè)的各日3次能見(jiàn)度，關(guān)中08時(shí)出現(xiàn)低能見(jiàn)度頻率為39.8%，14時(shí)出現(xiàn)頻率為20.5%，20時(shí)出現(xiàn)頻率為20.8%，可見(jiàn)低能見(jiàn)度多生成于夜間，清晨是能見(jiàn)度最低的時(shí)段。持續(xù)小時(shí)分布來(lái)看，多年來(lái)08時(shí)出現(xiàn)低能見(jiàn)度143d•a-1，08時(shí)到14時(shí)持續(xù)出現(xiàn)低能見(jiàn)度日為63.2d•a-1，08時(shí)持續(xù)到20時(shí)的低能見(jiàn)度天氣30a出現(xiàn)48.1d•a-1，可見(jiàn)低能見(jiàn)度從清晨開(kāi)始逐漸減少一般維持到中午前后即可好轉(zhuǎn)，夜間逆溫層的存在抑制污染物的垂直擴(kuò)散和清晨人類(lèi)活動(dòng)比較集中增大了污染源的排放，可能導(dǎo)致了夜間至清晨能見(jiàn)度較低，而日出后太陽(yáng)輻射加強(qiáng)，大氣不穩(wěn)定性增加有利于大氣中微粒的擴(kuò)散，能見(jiàn)度轉(zhuǎn)好。

2.3能見(jiàn)度空間分布特征圖3為關(guān)中主要代表城市1981-2013年逐年低能見(jiàn)度日數(shù)分布曲線(xiàn)，可以看出，關(guān)中西部城市寶雞多年平均低能見(jiàn)度日數(shù)最多139.2d•a-1，其次是關(guān)中中部西安96.1d•a-1，東部韓城最少為63.2d•a-1。從變化趨勢(shì)看出：寶雞、西安1981-2013年年平均低能見(jiàn)度日數(shù)呈減少趨勢(shì)，西安減少趨勢(shì)明顯，韓城低能見(jiàn)度日數(shù)則呈明顯的增加趨勢(shì)，東、西部低能見(jiàn)度日數(shù)差異顯著減少。可見(jiàn)，關(guān)中西部和中部能見(jiàn)度趨于好轉(zhuǎn)而東部能見(jiàn)度有降低趨勢(shì)，由于關(guān)中地區(qū)近年來(lái)城市發(fā)展所規(guī)劃的大氣污染在關(guān)中地區(qū)東部比較集中，加上特殊地形和特定盛行風(fēng)的影響，導(dǎo)致的城市氣溶膠聚集造成污染堆積，使得關(guān)中東部大氣能見(jiàn)度降低，低能見(jiàn)度日數(shù)增多。

2.4低能見(jiàn)度的持續(xù)特征從日平均低能見(jiàn)度持續(xù)時(shí)間來(lái)看，33a來(lái)最長(zhǎng)出現(xiàn)持續(xù)27d的低能見(jiàn)度事件（寶雞，1988年12月14日～1989年1月9日），另外單日低能見(jiàn)度事件約占低能見(jiàn)度事件的16.8%，持續(xù)2d以上的低能見(jiàn)度事件約占低能見(jiàn)度事件的83.2%，持續(xù)5d以上低能見(jiàn)度事件約占42.6%，關(guān)中地區(qū)持續(xù)性低能見(jiàn)度日數(shù)明顯大于單日低能見(jiàn)度日數(shù)，低能見(jiàn)度狀況具有明顯的延續(xù)性，可能因天氣系統(tǒng)具有延續(xù)性造成，而低能見(jiàn)度事件持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，出現(xiàn)次數(shù)越多，對(duì)人民生活和日常交通影響越大，越應(yīng)該引起重視。

3低能見(jiàn)度的影響因素

影響大氣能見(jiàn)度的因素包括自然和人為的兩種原因。前者是指影響大氣能見(jiàn)度的天氣現(xiàn)象，如降水、霧、大風(fēng)、沙塵暴等，后者指由于人類(lèi)活動(dòng)排放進(jìn)入大氣的污染物［11］。

3.1低能見(jiàn)度與天氣現(xiàn)象的關(guān)系眾多學(xué)者大量的研究工作表明降水、揚(yáng)沙特別是霧、霾、降水、揚(yáng)沙等天氣現(xiàn)象都是可能產(chǎn)生低能見(jiàn)度的天氣現(xiàn)象。表3為關(guān)中地區(qū)低能見(jiàn)度與天氣現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，關(guān)中地區(qū)與霧有關(guān)的低能見(jiàn)度事件占低能見(jiàn)度總數(shù)的91.7%，和雨、霾有關(guān)的低能見(jiàn)度事件所占比例分別為次多和第三，其中由霧單獨(dú)引起的占34.8%，單獨(dú)雨引起的低能見(jiàn)度約占2.1%，單獨(dú)因霾引起的低能見(jiàn)度事件約占1.7%，由霧和雨引起的低能見(jiàn)度事件約占30.6%，由霧和霾引起的低能見(jiàn)度事件約占26.3%。霧、霾造成的低能見(jiàn)度事件主要出現(xiàn)在冬季，并以1月、12月最多，夏季較少。因此霧、霾等天氣現(xiàn)象是造成低能見(jiàn)度事件的主因，降水是低能見(jiàn)度事件的另一主要因素，揚(yáng)沙、沙塵暴等引起低能見(jiàn)度事件次數(shù)較少，主要發(fā)生在春季。

3.2低能見(jiàn)度與相對(duì)濕度的關(guān)系相對(duì)濕度對(duì)能見(jiàn)度也有一定的影響［12］。根據(jù)計(jì)算所得到的相對(duì)濕度和能見(jiàn)度日均值統(tǒng)計(jì)，1981-2013年關(guān)中地區(qū)相對(duì)濕度和大氣能見(jiàn)度存在較好的負(fù)相關(guān)，相對(duì)濕度的升高往往對(duì)應(yīng)能見(jiàn)度的降低。將日均相對(duì)濕度RH分成八級(jí)，再挑選出各級(jí)相對(duì)濕度范圍對(duì)應(yīng)的低能見(jiàn)度的日數(shù)，計(jì)算各級(jí)的日數(shù)在總的低能見(jiàn)度日數(shù)中所占的比例（圖4），顯示33a來(lái)關(guān)中地區(qū)低能見(jiàn)度事件日平均相對(duì)濕度（78.1%）遠(yuǎn)大于未出視程障礙現(xiàn)象日平均相對(duì)濕度（63.1%）。低能見(jiàn)度事件日平均相對(duì)濕度在80%<RH≤90%范圍內(nèi)發(fā)生最多，出現(xiàn)概率約為33.3%，其次占有較高比例的為70%<RH≤80%和RH>90%兩個(gè)等級(jí)，即關(guān)中地區(qū)的低能見(jiàn)度事件在中高相對(duì)濕度（RH>70%）范圍內(nèi)，且有隨濕度降低而減少的趨勢(shì)，RH<50%低相對(duì)濕度時(shí)則發(fā)生低能見(jiàn)度事件很少，RH<30%幾乎未發(fā)生低能見(jiàn)度事件。可能由于較高相對(duì)濕度下消光系數(shù)較大，從而影響大氣透明度造成能見(jiàn)度較差，另外較大相對(duì)濕度不利于污染物擴(kuò)散，易加重空氣污染，而污染物濃度的增加也會(huì)降低大氣能見(jiàn)度。

3.3低能見(jiàn)度與風(fēng)的關(guān)系許多研究表明地面風(fēng)速是影響大氣能見(jiàn)度的關(guān)鍵因子［13］。計(jì)算33a來(lái)關(guān)中地區(qū)低能見(jiàn)度事件日平均風(fēng)速1.2m•s-1小于未出視程障礙現(xiàn)象日平均風(fēng)速1.8m•s-1，可見(jiàn)風(fēng)速小是造成低能見(jiàn)度的一個(gè)重要因素。將低能見(jiàn)度事件日平均風(fēng)速分成7級(jí)，再挑選出各級(jí)風(fēng)速范圍對(duì)應(yīng)的日均能見(jiàn)度的日數(shù)，計(jì)算各級(jí)的日數(shù)在總的低能見(jiàn)度日數(shù)中所占的比例（表4、圖5），由于風(fēng)使大氣中的污染物和水蒸氣遷移和稀釋能力增強(qiáng)從而增大能見(jiàn)度，33a來(lái)關(guān)中地區(qū)低能見(jiàn)度事件在靜風(fēng)和小風(fēng)范圍內(nèi)發(fā)生最多，出現(xiàn)概率達(dá)80%以上，風(fēng)速增大的同時(shí)，能見(jiàn)度增大。風(fēng)速>5.0m•s-1時(shí)出現(xiàn)低能見(jiàn)度事件的主要原因是大風(fēng)引起沙塵暴天氣從而造成顆粒物濃度急劇上升起大氣透明度降低。

3.4低能見(jiàn)度與大氣污染物濃度的關(guān)系根據(jù)西安市環(huán)境監(jiān)測(cè)站網(wǎng)站提供的2002-2013年逐日污染物質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)計(jì)算影響大氣能見(jiàn)度的主要空氣污染物的平均統(tǒng)計(jì)特征（表5），能見(jiàn)度與污染物質(zhì)量濃度呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與瞿德業(yè)［14-15］等人的研究結(jié)果相一致，其中PM10質(zhì)量濃度與能見(jiàn)度相關(guān)系數(shù)達(dá)-0.4。從質(zhì)量濃度變化上看低能見(jiàn)度時(shí)間發(fā)生期間污染物質(zhì)量濃度顯著高于平均值，其中低能見(jiàn)度事件SO2平均質(zhì)量濃度0.053mg•m-3，NO2平均質(zhì)量濃度0.046mg•m-3，PM10平均質(zhì)量濃度0.184mg•m-3，PM10平均質(zhì)量濃度超過(guò)國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，SO2、NO2、PM10平均質(zhì)量濃度較未出視程障礙現(xiàn)象分別高出52%、32%和39%，比例上與能見(jiàn)度和污染物濃度的相關(guān)系數(shù)次序大體一致，低能見(jiàn)度事件PM10平均質(zhì)量濃度遠(yuǎn)大于未出視程障礙現(xiàn)象日PM10平均質(zhì)量濃度的0.121mg•m-3。表明氣溶膠能通過(guò)消光作用降低大氣的能見(jiàn)度，氣溶膠的質(zhì)量濃度直接影響了能見(jiàn)度的變化，是影響能見(jiàn)度水平的主要因素之一。

4結(jié)論與討論

（1）關(guān)中地區(qū)1981-2013年多年平均能見(jiàn)度約14.1km，日平均能見(jiàn)度以10～20km最多，10km以下低濃度事件約占31%，其中5～10km的低濃度事件約占23.5%，能見(jiàn)度<1km的低能見(jiàn)度最少。低能見(jiàn)度事件1981-2013年均約110.9d，6月低能見(jiàn)度出現(xiàn)最少，12月最多，冬半年低能見(jiàn)度日數(shù)明顯高于夏半年。一日里08時(shí)出現(xiàn)低能見(jiàn)度最多，14時(shí)最少，低能見(jiàn)度從清晨開(kāi)始逐漸減少一般維持到中午前后即可好轉(zhuǎn)。低能見(jiàn)度狀況具有明顯的延續(xù)性，持續(xù)低能見(jiàn)度日數(shù)明顯大于單日低能見(jiàn)度日數(shù)。（2）區(qū)域分布上關(guān)中西部寶雞市低能見(jiàn)度事件最多達(dá)139.2d•a-1，東部城市韓城最少為63.2d•a-1，從變化趨勢(shì)上看近年來(lái)關(guān)中西部和中部低能見(jiàn)度日數(shù)呈減少趨勢(shì)而東部增加趨勢(shì)，關(guān)中東、西部城市低能見(jiàn)度日數(shù)差異顯著減少。（3）低能見(jiàn)度事件的影響氣象因素很多，霧是造成低能見(jiàn)度事件的主要天氣現(xiàn)象，其次為降水，霾是影響低能見(jiàn)度的第三因子，其中霧、霾造成的低能見(jiàn)度事件主要出現(xiàn)在冬季，并以1月、12月最多，揚(yáng)沙、沙塵暴等引起低能見(jiàn)度事件次數(shù)較少，主要發(fā)生在春季。（4）相對(duì)濕度、風(fēng)速也是造成大氣低能見(jiàn)度事件的主要?dú)庀笠蜃樱?3a來(lái)關(guān)中地區(qū)低能見(jiàn)度事件日平均相對(duì)濕度>80%<RH≤90%范圍內(nèi)發(fā)生最多約占33%左右，RH<30%幾乎未發(fā)生低能見(jiàn)度事件，從風(fēng)速變化上看，風(fēng)速≤1.5m•s-1時(shí)出現(xiàn)低能見(jiàn)度事件達(dá)80%以上，風(fēng)速增大的同時(shí)，能見(jiàn)度增大。（5）氣溶膠的質(zhì)量濃度直接影響了能見(jiàn)度的變化，是造成低能見(jiàn)度事件的另一重要環(huán)境因素，SO2、NO2、PM10平均質(zhì)量濃度較未出視程障礙現(xiàn)象平均質(zhì)量濃度分別高出52%、32%和39%。

作者：胡琳 王琦 張文靜 陳建文 曹紅麗 單位：陜西省氣候中心 西安市氣象局