天津市東麗區低能見度事件特征分析

史 珺，張嘉霖

(1. 天津市東麗區氣象局 天津300310；2. 天津市津南區氣象局 天津300350)

0 引 言

能見度是反映大氣透明度的一種指標，指視力正常的人在當時天氣條件下，從天空背景中看到和辨認出目標物(黑色，大小適度)輪廓的最大水平距離，夜間是指中等強度的發光體能被看到和識別的最大水平距離[1]。能見度的變化一方面會受到天氣現象的影響，例如降水、霧、沙塵暴、浮塵、揚沙等天氣現象；另一方面隨著社會經濟發展以及城市化進程不斷加劇，污染物排放日益增多，大氣排放的污染物會產生遮光效應，使空氣變得渾濁，進而導致本地能見度不斷惡化。因此，能見度也會作為反映本地空氣質量的指標之一，也是空氣污染最顯著的標志。低能見度的出現不僅影響到正常社會生產活動，也會對人體健康產生負面影響，因此備受重視。有研究表明[2-4]，氣象條件以及空氣污染物排放是造成低能見度出現的最主要原因。姚青等[5]對天津一次持續低能見度事件分析認為，細粒子質量濃度是影響大氣能見度的主要因素，西南暖濕氣流控制下的靜穩天氣有利于污染物聚集。多名專家對廣州[6]、閩南[7]和河北省[8]等地區低能見度的年、月、日變化特征進行分析。劉兆東等[9]分析認為京津冀及周邊地區PM2.5濃度與環境濕度是導致出現低能見度最關鍵的影響因素，平均風速較小、平均風向為東南風，往往有利于低能見度出現。低能見度與空氣質量指數呈負相關，且與PM2.5濃度的相關性最大。

目前能見度數據的獲取是通過能見度自動測量儀器進行測量。采用的前向散射能見度儀的最終測量結果是通過計算儀器中發射器和接收器之間的消光系數推算出氣象光學視程，其結果雖然被認定能夠避免人工誤差，更加客觀[10]，但是由于發射器和接收器距離很近，實際上測量的是儀器附近的大氣能見度，其結果必然會受到儀器周邊小環境的影響，會造成能見度數據波動，難以達到短時間穩定，因此短時間的低能見度下降不能真正代表本地區出現低能見度現象。本文參考《地面氣象觀測業務技術規定實用手冊》對于霾日的定義，認為本地區6 h(含)以上時次能見度低于7 500 m可以作為一次低能見度事件出現。此外，前人有關氣象要素對于能見度的影響研究基本是從出現低能見度現象階段與對應氣象要素之間關系方面進行研究，缺少對于低能見度出現前和結束階段對應氣象要素變化的分析。因此，研究本地區低能見度事件的變化特征，了解區域低能見度事件變化規律以及氣象要素對低能見度事件出現前和結束階段的影響，對本地區低能見度的預報預測有著重要的指示意義，為本地區環境保護和綜合治理提供參考。

1 資料與數據

天津市東麗區2017—2019年逐小時大氣能見度以及地面氣象要素常規觀測資料來自天津市氣象局氣象信息中心。

2 結果與分析

2.1 低能見度事件變化特征

從圖1可以看出，10月是出現低能見度事件小時數最多的月份，共732 h，其次是11月和9月，分別有719 h和673 h，低能見度事件小時數較少月份是4～6月。9月份出現低能見度事件頻率最高，共出現48次，其次是7～8月，均出現40次，5月份出現低能見度事件頻率最低，僅出現17次。

2.2 低能見度事件氣象影響因素分析

通過表1可以發現，低能見度事件中能見度與相對濕度呈負相關，與風速呈正相關。低能見度出現時，能見度與相對濕度的相關系數明顯大于其與風速的相關系數，因此相對濕度對低能見度的影響更加明顯。

表1 低能見度事件階段能見度與相對濕度、風速的相關性Tab.1 Correlation of visibility with relative humidity and wind speed during low visibility events

通過圖2可以發現，低能見度事件出現前3 h到出現前1 h，對應60%～70%相對濕度出現頻率最多。低能見度出現時對應80%～90%相對濕度頻率最多。低能見度事件出現前3 h到出現時，隨著低能見度事件的臨近，60%以下的相對濕度出現頻率逐漸減小，而60%以上的相對濕度出現頻率則逐漸增多；尤其是80%～90%，事件出現前1 h出現頻率為55次，出現低能見度事件時出現頻率則上升到72次；90%～100%的相對濕度在低能見度事件出現前1～3 h僅出現不足20次，而當低能見度事件出現時，出現頻率增加到41次。

低能見度事件結束前3 h至2 h，對應90%～100%相對濕度出現最多，結束前1 h出現頻率最多的相對濕度范圍在80%～100%之間。當低能見度事件結束時，出現頻率最多的相對濕度下降至70%～80%。80%以下的相對濕度隨著低能見度事件趨于結束，出現頻率逐漸增多，而相對濕度80%以上的出現頻率隨著低能見度事件的結束而逐漸減少。

低能見度事件出現前3 h到出現時，1～2 m/s風速出現最多(圖3)。隨著低能見度事件臨近，0～1 m/s和1～2 m/s出現頻率逐漸增多。低能見度事件結束前3 h至結束時，出現最多的風速均在1～2 m/s之間。隨著低能見度事件的結束，0～2 m/s的風速出現頻率逐漸減少，而2～6 m/s的出現頻率逐漸增多。低能見度事件出現前1～3 h對應的風速范圍在0～8 m/s之間，而在低能見度事件出現時對應的風速范圍縮小到0～6 m/s之間。

從圖4可以發現：低能見度事件出現前3 h到出現時，偏南風的出現頻率逐漸增多；在低能見度事件出現時風向集中在南到東南風；低能見度事件結束前3 h到結束時，可以發現西北風的出現頻率逐漸增多。

箱線圖是利用統計數據中的5個統計量：最小值、下四分位數、中位數、上四分位數與最大值來描述數據的一種方法，可直觀表達數據的對稱性及分布特點。十字符號代表數據的異常值。上下四分位數范圍為主要數值出現的范圍。從圖5可以發現，隨著能見度下降，相對濕度中位數呈現上升趨勢，并且對應的相對濕度變化范圍明顯變窄，上下四分位數明顯增大。能見度在3 000～7 500 m階段相對濕度主要集中在60%～85%，當能見度下降到1 000～3 000 m時相對濕度集中在79%～95%，能見度繼續下降到750～1 000 m時相對濕度集中在90%～99%，當能見度下降到750 m以下時，相對濕度主要集中在99%以上。

從圖6可以發現，隨著能見度的下降，對應的風速變化范圍逐漸變窄。能見度在3 000～7 500 m階段風速主要集中在0.9～2.0 m/s，當能見度下降到1 000～3 000 m時風速范圍縮小到0.8～1.7 m/s，能見度下降到750～1 000 m時風速范圍縮小到0.6～1.5 m/s。能見度在750～7 500 m階段，隨著能見度下降中位數逐漸減小。能見度在500～750 m階段對應風速范圍主要集中在0.7～1.3 m/s之間，中位數相對增大。能見度繼續下降到200～500 m階段對應的風速主要集中在0.8～1.3 m/s，中位數略有減小。能見度下降到200 m以下，對應上下四分位數則明顯增大，主要風速范圍上升到1.7～1.9 m/s，中位數同樣明顯增大。

從圖7可以發現，能見度在3 000～7 500 m階段，出現頻率最多的風向為南到西南風；能見度下降到1 000～3 000 m階段，出現頻率最多的風向為南風和北風，并且隨著能見度范圍不斷降低，出現最多的風向逐漸轉為北到西北風。當能見度下降到200 m以下時，出現最多的風向再次轉為南風。

3 結論與討論

秋季是低能見度事件持續時間和出現頻率最多的季節，春季和夏季低能見度持續時間最短，春季出現低能見度事件頻率最少。

低能見度與相對濕度呈現負相關關系，與風速呈現正相關關系。相對濕度對低能見度事件影響更大。從低能見度事件出現前3 h到低能見度出現時，60%以上的相對濕度、0～1 m/s的風速以及偏南風出現頻率逐漸增多。從低能見度事件結束前3 h到結束時，80%以下相對濕度、2 m/s以上風速以及西北風的出現頻率則逐漸增多。

隨著低能見度不斷下降，相對濕度和風速的變化范圍不斷變窄。隨著能見度下降對應相對濕度中位數與上下四分位數均呈上升趨勢，當能見度下降到750 m以下時，相對濕度主要集中在99%以上。能見度在200 m以上階段，對應風速上下四分位值隨著能見度下降而減小，主要風向頻率從偏南風逐漸轉為北到西北風。而當能見度下降到200 m以下時，出現最多的風向為南風，對應風速的上下四分位值和中位數均明顯增大。這與前人研究能見度與風速對應關系結論不同[11-12]，這是因為當相對濕度基本達到飽和后，在一定小風速內，風速略有增大，更有利于氣溶膠在小范圍內輸送吸濕增長，進而導致能見度下降。由此可見，99%以上的相對濕度，一定數值范圍內的風速增大，以及偏南風，有利于本地區能見度低數值的出現?！?/p>