引言

大雾是一种灾害性天气，凡是大气中因悬浮的水汽凝结，能见度低于1km时，气象学称这种天气现象为雾；它虽不像台风、暴雨、冰雹等其它气象灾害那样会直接导致人员伤亡和财产损失，但它是交通事故、电力安全以及疾病爆发的诱因，加之其表象“温柔”，往往被忽视，以致于每年因大雾引起的“追尾”恶性交通事故屡屡出现，随着高速公路建设的迅猛发展，大雾对高速公路运营的影响愈加严重。研究还表明^[1-3], 形成大雾时，大气层结是稳定的，常有逆温出现，可致使空气污染严重，易形成酸雾等, 对人体健康极为不利，对建筑物等设施也有严重的腐蚀作用，电力部门因“污闪”引起的掉闸断电的主要原因也是雾。近年来由于人类活动造成低能见度的天气频繁出现，社会对大雾的关注度也迅速提高, 大雾已成为高影响天气气候事件，大雾的监测和预报越来越重要。经验正交函数展开(EOF)方法^[4-5]在气象科研中有许多新的研究与应用，本文采用EOF方法分析了河南省大雾日数的时空分布特征，也对典型多雾年和少雾年500hPa高度距平场进行了分析，以便为今后大雾形成机理的进一步研究以及大雾的短期预报、气候趋势预测和专业气象服务提供帮助。

1 资料与方法

在20—20时的观测时段内只要出现过能见度低于1km的现象即定为一个雾日。全省大雾日平均值资料采用106个代表站的1971—2000年30年平均，由于河南全省资料长度不同，进行正交函数展开(EOF)时，选用河南省40个代表站的1961—2005年45年的大雾资料进行分析，将年大雾日数资料分解成空间函数和时间函数, 其基本公式: X=VZ，其中X为气象要素场, V为空间函数, Z为时间函数。经过经验正交函数展开(EOF)分解得到空间函数, 即各个模态(或称为主分量、特征向量等), 取累积方差贡献率大的前几位模态, 可以很好解释原始序列的大部分方差和表示气象要素场的空间分布。各模态对应的那部分时间函数, 即时间系数, 可看成各个模态在时间上的权重, 也就是各模态在时间上的变化。经过经验正交函数(EOF)展开, 对方差贡献率大的模态对应的第一时间系数进行小波分析, 通过小波分析得到时间系数的不同时间尺度的详细结构和变化规律。本文选用106个站统计了河南大雾季节分布特征，又通过对40代表站的45年大雾日数进行经验正交函数(EOF)展开得到河南大雾的空间分布, 对时间系数进行小波分析得到大雾的时间分布特征，同时又将各站年大雾日数序列与自然数列1，2，3，…，求相关系数，通过相关系数绝对值大小看全省大雾的增加或减少趋势。最后选取大雾最为集中的时段(11月至翌年1月)，对1961—2005年期间的典型多雾年和少雾年500hPa高度距平场进行了分析。

2 河南省大雾的气候特征 2.1 河南省大雾季节分布特征

河南省年平均大雾日数21.9天，一年12个月中均可出现，秋冬季多，春夏季少，以冬季最多占36%，夏季最少占15%，秋季多于春季，分别占31%和19%。从分月来看，雾日主要集中在11月到翌年1月，其中12月份最多，11月、1月份次之，6月份最少(详见图 1)。

2.2 河南省大雾的空间分布特征

从全省大雾日的统计来看(见图 2)，其区域分布极不均匀，总体来说是东多西少，平原和盆地多山区明显少，雾日最多地区位于豫东平原的宁陵年平均51.4天，最少的位于豫西山区的栾川年平均只有1.6天。全省大雾有5个多发区和一个少发区，第一个多发区位于豫东的尉氏-宁陵-虞城一线，第二个位于豫西南的南阳-新野一线，第三个位于豫南的上蔡-正阳-光山一线，第四个位于豫西的偃师附近，第五个位于豫北的辉县附近；少发区位于豫西山区。5个多发区中代表站宁陵、尉氏、偃师、新野、辉县出现雾日最多的年份与最少年份之差宁陵达118天，尉氏66天，偃师和新野57天，辉县60天。

通过对全省40个代表站1961—2005年45年间年大雾日数资料进行经验正交函数(EOF)展开分析, 前三个模态的积累方差贡献率为76.5%(表 1), 其余的贡献率都比较低，所以取前三个模态进行分析。

第一模态空间分布特征:从全省大雾日数的第一模态分布图(图 3)看, 全省均为正值, 反映了全省大雾日数具有较好的一致性, 豫东的尉氏—宁陵—虞城一带为高值区, 高值中心在宁陵附近, 这表明上述地方是大雾变率最大的地方，也是大雾的多发区；低值区在豫西山区、豫北的北部、豫南的东部，特别是豫西山区是大雾变率最小的地区，也是大雾日最少的地区。由于第一模态方差贡献率为60.0 %, 故河南大雾大多数年份呈第一模态的分布形式。

第二模态空间分布特征:从第二模态分布图(图 4)可看出, 全省除豫东的尉氏-宁陵-永城一线为正值区(中心仍然在宁陵)外，其它地区大部分为负值区，负值中心在河南中部的郑州-新郑-鄢陵一线以及豫南的罗山附近，这说明河南大雾日数在总趋势一致的情况下, 上述正负区之间的雾日呈反相关趋向。这也表明河南雾日有除豫东多其它均少的分布特征，豫东宁陵附近是一个大雾多发区，但同时也表示会出现它的反向分布即豫东少而其它均多特征。由于第二模态方差贡献率为9.8%, 故河南大雾日数在前述主要分布型的基础上, 部分年份还呈第二模态这种分布特征。

第三模态空间分布特征:从第三模态分布图(图 5)上看, 整个河南正、负连片分布, 其中正值区基本在中部地区，位于偃师-许昌-宁陵一线, 中心在偃师附近; 负值区主要在豫东北和豫东南, 其中心在长垣附近，这也表明河南大雾日数有呈中部多、东北、东南部少的分布特征，但同样也会出现它的反向分布。由于第三模态方差贡献率更小，只有6.6%, 故河南雾日的这种分布型只在极个别年份发生。

2.3 河南省大雾的时间分布特征 2.3.1 河南省大雾的时间演变趋势

通过对全省40个代表站1961—2005年45年间年大雾日数资料进行经验正交函数(EOF)展开分析，得到第一模态的方差贡献率为60%, 在所得模态中贡献率最大, 所以取第一模态所对的时间系数(图 6)进行分析。第一时间系数的变化等同于各站平均雾日的变化，大值对应该年雾日多，小值对应该年雾日少。从第一时间系数演变来看，存在明显的年际和年代际变化；线性趋势表示，全省大雾日数呈显著增加的趋势；二项式趋势为波浪势分布。整个来看全省大雾是1960年代少，1980年代至1990年代多，特别是1986—1998年雾日最多，1993年达到峰值，1999—2005年又逐渐呈减少的态势。

通过对第一模态的时间系数进行小波变换, 可得到不同时间尺度的结构和变化规律, 由第一模态的时间系数变换后的实部图(图 7)可以看出:在2~4年、8~10年和19~22年的尺度都存在周期变化。

2.3.2 河南省大雾变化趋势空间分布

为了清晰看出全省各地雾日气候趋势的变化，这里又将各站年大雾日数序列与自然数列1，2，3，…，求相关系数，相关系数正负表示增加或减少，相关系数绝对值越大则说明雾日增加或减少趋势越明显，查表^[6]可知，通过α＝0.01的显著性检验其相关系数绝对值≥0.37，通过α＝0.05的显著性检验的其相关系数绝对值≥0.29。从(图 8)相关系数区域分布来看，全省大部分地区雾日呈增加趋势，相关系数较大的地区在沿黄河一带以及淮河的上游，最大为0.8，出现在豫东的睢县；负相关的区域较少，最小为-0.38，出现在豫南的潢川，仅潢川、淅川、镇平3站通过了α＝0.05的显著性检验。

在全省范围分别选取相关系数较大和较小的作为典型代表站，从代表站的雾日曲线演变来看(图略)：在豫东地区，雾日明显增加，睢县增加趋势为11.3d/10a，1993年达最大值；豫南地区，雾日有增有降，新县雾日增加趋势明显，为4.3d/10a，1985年达最大值，潢川为下降的趋势，速度为-2.1d/10a；豫北地区，大部分地区雾日增加趋势明显，辉县为7.2d/10a，1990年达最大值；豫西和豫中地区均呈增加趋势，代表站偃师、郑州和禹州增加趋势分别为3.3d/10a、2.2d/10a、6.4d/10a，3站分别于1993年、1990年、1989年达到最大值；豫西南地区，雾日有增有降，桐柏呈明显增加趋势，速度为3.2d/10a，1997年达最大值，而淅川呈缓慢下降的趋势，速度为-0.3d/10a。

2.3.3 大雾增加成因简析

近年来，由于全球气候变暖，人类活动增加，大气污染严重，造成空气中悬浮的微粒增多，从而使能见度下降，大雾、霾等天气现象出现的几率增加^[6]。朱业玉^[7]对河南代表站郑州冬季温度进行分析，发现郑州冬季温度呈明显增加趋势，突变发生在1990年代，这和河南大雾偏多的年代相同，考虑大雾主要出现在秋冬季，以郑州为例，分析11月到次年1月多雾时段和同期平均温度、平均相对湿度的关系，从图 9a可以看出，大雾和温度变化都呈明显上升趋势，温度上升速度0.3℃/10a, 大雾上升速度1.7d/10a，虽然相对湿度(图 9b)上升趋势没有温度明显，但相对湿度和大雾的演变趋势非常相似，二者之间的相关系数达到0.7。

3 500hPa环流特征

因大雾多出现在秋冬季，雾日主要集中在11月到翌年1月，这3个月大雾日数占年大雾日数的42%。所以这里选取11月至翌月的典型多雾年份和少雾年份的500hPa高度距平场进行分析。

3.1 多雾年500hPa高度距平场

通过对10个典型多雾年的11月至翌年1月北半球500hPa高度距平场(图 10a)分析，发现有以下显著特点：欧亚中高纬度地区高度距平呈+－+分布，波罗的海一带为正距平中心，乌拉尔山到咸里海一带为负距平中心，我国东北地区到日本海一带为正距平中心。这表明多雾年份乌拉尔山高压脊和东亚大槽减弱，经向度减小，纬向环流加强，冷空气活动偏弱偏北。

3.2 少雾年500hPa高度距平场

通过对10个典型少雾年500hPa高度距平场分析，发现欧亚中高纬度地区高度距平与多雾年恰好相反，从图 9b可以看出，少雾年欧亚中高纬度地区高度距平呈－+－分布，波罗的海一带为负距平中心，乌拉尔山到咸里海一带为正距平中心，我国东北到日本海一带为负距平中心。这表明少雾年乌拉尔山高压脊偏强，东亚地区的低槽也偏强，表明经向环流偏强，冷空气易大举南下，在这种形势控制下河南省上空盛行西北气流，对应风大湿度小，不易形成大雾。

4 结论

(1) 河南省大雾全年每个月都能发生，年平均大雾日数21.9天，秋冬季多，春夏季少，雾日主要集中在11月到翌年1月，其中12月份最多，11月、1月份次之，6月份最少。

(2) 河南省大雾区域分布极不均匀，呈东多西少，平原和盆地多山区明显少的趋势，全省大雾有5个多发区和一个少发区，多发区分别位于豫东的尉氏-宁陵-虞城一线、豫西南的南阳-新野一线、豫南的上蔡-正阳-光山一线、豫西的偃师以及豫北的辉县附近；少发区位于豫西山区。

(3) 河南省大部分地区大雾日数呈增加的趋势，且存在2~4年、8~10年和19~22~年的周期变化。普遍是60年代少，80年代至90年代多，特别是1986—1998年雾日最多，1993年达到峰值，1999—2005年呈减少的态势。

(4) 气候变暖，大气污染严重，能见度下降是河南省大雾日数呈增加趋势的一个主要因素。

(5) 河南省多雾年欧亚中高纬度地区500hPa高度距平场呈+－+分布，纬向环流强，冷空气活动偏弱偏北；而少雾年欧亚中高纬度地区500hPa高度距平分布恰好相反，呈－+－分布，经向环流强，冷空气易大举南下，不易形成大雾。