引言

随着我国城市化和工业化进程的快速发展, 空气质量日趋恶化导致了许多新的气象问题, 在空气污染地区霾天气频繁发生即为其中之一。霾又称大气棕色云，是悬浮在大气中的大量细微的尘粒、烟粒或盐粒使空气混浊，水平能见度降低到10km以下的一种天气现象^[1]。霾不仅能使能见度降低，导致交通事故发生，而且还能诱发呼吸道等多种疾病，危害人类的身心健康，同时对气候以及生态环境均会造成较大危害^[2]。如1997年东南亚地区就发生了世界污染事件中最严重的霾天气, 为此，批准了区域性的霾行动计划(ASEAN 2001)^[3]。目前我国很多大城市霾天气明显增多, 并且开始影响和危及到人们的生活和健康。因此，提高对霾天气的认识，探讨其成因，从而做好它的预报和服务，这对于减轻城市的空气污染，保护人类赖以生存的环境具有重要的现实意义。

早在我国古代就有霾的记载，但是鉴于观测和认识能力的局限性，至今国内外对霾的研究尚不多^[4]。形成霾天气的大气气溶胶主要源于自然排放和人类活动排放，大气气溶胶的组成粒子粒径很小(≤0.5μm), 对于它的形态和形成机理的研究具有很大难度，但是在一定时间内气溶胶粒子总量大致上是稳定的，因此霾天气能否出现，强度如何则与气象条件密切相关。因此，霾天气的研究主要注重于类似天气现象的差别、监测结果以及其形成的气象条件等方面。当前霾与轻雾、浮尘和烟尘较难辨别，在实测中往往会引起一些争议^[5-8]。为了减小人为因素影响，必须确定一些量化指标来鉴别。我国地域宽广，天气气候复杂，霾形成的气象条件也存在着显著的地域差异，而过去关于我国霾的研究多侧重于一些城市或局部地区^[9-11]，对于全国霾天气气候特征的研究工作甚少。观测结果表明，霾主要在10月至次年2月的秋冬季节频繁发生，因此，我们对2006年10月至2007年2月我国出现的霾天气过程进行统计，分析其时空分布、环流形势特征和天气要素场的差异，探讨霾天气形成的天气学条件，从而提高对我国霾天气的认识，为进一步研究霾的形成机理及寻求预报线索提供一些科学依据。

1 霾的天气气候特征

利用2006年10月至2007年2月的常规气象观测资料和NCAR/NCEP提供的再分析资料(2.5°×2.5°), 进行霾天气气候特征统计分析。其中地面观测资料为3小时一次，高空观测资料为12小时一次，NCAR/NCEP再分析资料为一日4次。

霾在一天中的任何时候都可出现，但查阅资料发现11时和14时霾分布范围最广，强度最强。据此，技术规定在11时和14时，我国有20个或以上的台站出现霾天气，且其中至少有5个及以上台站相邻成片，则定为一次霾天气日。按照此标准, 2006年10月至2007年2月共5个月中我国出现了63天霾天气, 其中，2006年10月发生17天，11月6天，12月12天, 2007年1月和2月分别为18天和12天。由此可见，该冬半年的10月、12月、1月和2月是霾天气频发的月份。

1.1 霾月际分布

图 1给出2006年10月至2007年2月逐日14时出现霾的台站数量。由图 1可见, 10月至次年2月霾出现的台站呈增多趋势。2006年10月、11月中旬出现霾天气的台站相对较多，12月下旬至次年2月中旬，尤其是1月10日之后至2月15日之间是霾天气高发时段，其中，1月18日在江淮与江南东部就有82个台站出现霾，为该冬半年霾发生范围最大，影响最严重的一天。

1.2 霾的日变化

普查每次霾天气的日变化发现，在霾大范围出现之前，国内多先出现大范围的雾天气，08时之后，雾开始逐渐转变为霾，到了上午11时和14时出现霾的站点达最多，此后便逐渐减少。图 2是2006年10月至次年2月5个月出现霾站点数的日变化。由图可见，每天11—17时霾出现站数明显多于其他时次，到了晚上霾发生几率较小。除2月外，其他月份均在14时出现霾的站数最多。1月和2月霾站数在各时刻均多于其他月份，尤其是在1月11时。

以2006年10月至2007年2月霾天气平均的能见度的日变化来表示霾天气强度的日变化特征(图 3)。如图 3所示，由于多数台站的霾天气都是由雾转变而来，故逐时能见度都不太大，均在8.2km以下。10月和11月在08时能见度最小，其中10月平均只有4.5km，此后随着气温升高，空气越来越干燥，能见度明显增大。在霾频发的冬季3个月中，11时的能见度较08时能见度改善不明显，其中1月和2月在11时能见度较08时还有所减小。由此可见，霾强度的日变化因季节变化而有所不同。此外，从图 3中还可看出，霾主要发生在11—14时，在该时段各月的平均能见度较其他时刻差别并不明显，这也说明了霾在主要发生时段强度差异并不大。

1.3 霾区域分布

从2006年10月至2007年2月5个月和平均14时出现霾天气日数的区域分布中(图 4)可以看到，10—12月我国霾主要出现在西北地区东部、华北西南部、黄淮西部、江淮东部、江南以及华南地区。就各月而言，10月和1月相对其他3个月霾的出现日数多一些，11月相对较少。华南中西部和江南东部出现霾的日数各月有所差异，但是出现霾的范围明显多于其他区域，因此霾天气的影响更加显著。华北西南部霾天气日数虽然很多，但是主要集中出现在侯马、安阳和郑州等地，尤其是侯马，5个月中出现了99天霾。西北地区只有榆次等少数几个站出现霾天气。因此就2006/2007年秋冬5个月的霾天气空间分布间来看，华南中西部、江南中东部和华北西南部出现霾的天数较多，四川盆地霾的发生相对上述区域较少。

2 霾天气过程的环流特征

霾天气过程发生在一定的大尺度环流形势下，对其环流演变特征进行归纳，寻找霾天气过程发生时所具有的共有特征，这对霾的预报很有意义。实践经验通常是采用500hPa和地面的天气系统来分类，主要依据低槽的源地、路径和低槽、地面高压形成及分布的形势等。将2006/2007年冬半年我国63天的霾天气进行归纳，可分为中阻塞型、南支槽型和纬向型三种类型。各类过程的环流演变特征分别概述如下：

2.1 中阻塞型

霾天气发生前24小时开始，在500hPa上(图 5a)，欧亚中高纬度是两槽一脊经向环流形势，两个长波槽分别位于西西伯利亚平原到东欧和贝加尔湖到我国华北和东北以东地区，中西伯利亚到我国黄河中上游地区是阻塞高压或长波脊。高压脊底部至脊前的中高纬环流较为平直，盛行一支西风气流。同时，从贝加尔湖以东的低涡中不断分裂短波小槽沿中纬度锋区东移。较为宽阔的南支槽位于孟加拉湾，槽前弱偏南气流与中纬度长波脊底部的偏西气流汇合。这支气流阻止了短波小槽中的冷空气南下势力，致使冷空气扩散南下，在低层有微弱的上升运动，冷锋后部的冷高压缓慢南移，与我国东部原地面高压融为一体，形成均压场，地面风速小于4m·s^-1，低层极易形成逆温层，上升运动卷起地表直径很小的污染物，污染物滞留空中，形成了霾。此型出现霾天气个例最多。

2.2 南支槽型

该型中，霾天气产生前24小时，在500hPa上(图 5b)，南支槽位于孟加拉湾或者在100~110°E之间，南支槽前为平浅的高压脊；而在欧亚中高纬环流为一槽两脊型，通常环流经向度不大。两个长波脊分别位于西西伯利亚及以西地区和贝加尔湖以东地区，两脊之间在中西伯利亚到我国黄河中上游地区是一长波槽。该槽与南支槽逐渐同位相叠置后，同步缓慢地向东移动。长波槽前的高压脊同南支槽前高压脊也合并，逐步控制我国东部地区。对应在地面图(图略)上，我国东部地区被变性大陆高压所占据，地面风速很小，大气层结稳定并出现逆温现象。漂浮在空中的尘埃、烟粒子等不能扩散或沉降，造成严重的空气污染，出现霾天气。此型下产生的霾天气个例次多，但是霾出现范围较大，持续时间长。此外，还有一种情况，当北支槽位置偏北，与南支槽未完全叠合时，南支槽前浅脊中的江南和华南出现霾，其范围较小，霾区偏南。

2.3 纬向型

霾天气出现前24小时开始，在500hPa(图 5c)上，欧亚高纬度为一近似东西走向的大极涡，其中心位于亚洲北部，极涡南侧地区中高纬度是两槽一脊纬向环流型。两个平浅的长波槽分别在欧洲西部和蒙古国中东部到我国黄河中下游地区；两槽之间西西伯利亚到中西伯利亚是弱长波脊；南支槽在孟加拉湾或略偏东，南支槽前弱偏南气流与中纬度槽前偏南气流在我国东部汇集，形成东高西低的形势，我国东部地区地面为均压场，大气层结稳定，有利于霾的产生。此型个例较少。

3 霾天气的气象要素分析 3.1 风场

选取出现霾最多的10个站作为代表站，统计这些站14时出现霾天气时地面风向，并给出不同风向所占的比例，结果列于表 1中。由表 1可见，江南的代表站风向较为相似，出现霾时各站东北风所占比例最大，其中南京为32%，杭州42%，衢州57%，南昌62%，而长江以北的侯马、安阳和襄樊以及华南地区的南宁、梧州和深圳风向无规律可循，这可能与所选站的地理条件有关。此外，地面风速基本小于4m·s^-1，其中风速小于3m·s^-1的占76%。

3.2 气压场和温度场

霾天气的产生具有显著的区域性，为了便于分析和比较，将我国中东部地区划分为3个区域进行讨论，它们分别是华南地区(20~26°N、106~117°E)、长江中下游地区(26~33° N、114~121°E)和华北地区(33~38°N、110~118°E)。统计这3个区域出现霾天气14时的地面24小时变压(ΔP₂₄)、24小时变温(ΔT₂₄)(表 2)。

霾的发生与气压场密切相关，从表 2中可以看出上述3个区域ΔP₂₄小于零时，即地面气压减小时，霾的发生几率比较大，分别为54%、59%和71%，这揭示了气压场的减弱有利于霾的形成，尤其是华北地区。(ΔT₂₄存在着区域差异，华南与长江中下游地区出现正变温，华北地区出现负变温时容易产生霾天气，这与霾出现时的地面形势有一定的关系，华北地区的霾多发生在弱冷锋后部，故多为负变温。

3.3 相对湿度场

目前在实际观测中，除按照地面观测规范来区分霾与轻雾之外，许多台站也使用相对湿度作为辅助判据来区分它们，而相对湿度的标准因地而异，因此对霾天气14时的相对湿度进行了统计(表 3)，以了解相对湿度与霾的关系。统计结果表明，华南地区14时发生霾的相对湿度在50%~59%时所占几率最大，达到38%，而相对湿度小于30%时，未出现霾。长江中下游地区相对湿度为40%~49%时，发生的霾占到43%，同样，相对湿度小于30%时无霾发生。华北地区相对湿度在30%~39%，霾的发生几率最大，而当相对湿度小于30%时，霾的几率也占到10%。以上可以反映霾的发生区域位置越偏北，相对湿度下限会相应减小。由此可知当我们用相对湿度作为判据来识别霾时，要充分了解相对湿度的区域性差别，相应制定预警标准。

3.4 气象要素极值分析

霾的界定要综合考虑能见度、湿度、影响天气系统及其持续时间等，同时还要考虑台站的地理位置等区域特征。为了减少人为因素影响，需要确定一些量化指标来判定。图 6给出2006年10月至次年2月中共63天霾天气14时的相对湿度、露点温度差以及能见度等要素的极值分布情况，以利了解这些变量的变化范围和区域分布特点以及与霾形成的关系。

霾较为集中分布在华南和江南，其次是华北。各气象要素对比发现，相对湿度最大值的区域差异最为显著，华南地区相对湿度最大值为80%左右，长江中下游地区为70%，而华北区域只有60%。华南与江淮地区的温度露点差最大值的差别不明显，基本都在低于2.0℃，而华北地区温度露点差最大值基本大于2.0℃，最大可达2.6℃。能见度最大值在各区域基本相同，差别不明显，而最小值的分布表明在广东、黄淮等部分地区发生霾时能见度更小，只有2km左右。

4 结论

对2006年10月至2007年2月我国霾天气特征进行了天气学分析，得到了以下一些主要结论：

(1) 2006/2007年冬半年我国共出现63天大范围的霾天气, 其中10月、12月、1月和2月是霾频发时期。霾产生在中阻塞、南支槽和纬向型3种不同的环流形势下。

(2) 霾多由轻雾转变而来，1天中11—14时达最多。霾天气能见度的日变化因季节不同而变化，10—11月08时和1—2月11时能见度为最小。

(3) 选取的代表站统计结果表明，华北与华南出现霾时，地面风向有所不同，而江南地区的代表站有规律可循，霾产生时各代表站多吹东北风。此外，风速基本都小于4m·s^-1，其中风速小于3m·s^-1时占到76%。

(4) 24小时变压的减小有利霾的发生，尤其在华北地区。华北地区24小时负变温，而长江以南地区正变温时，霾更容易发生。

(5) 霾天气时的气象要素分布存在南北区域性差异，其中湿度的差别最为显著。14时华南地区相对湿度最大值为80%左右，长江中下游地区为70%，而华北地区只有60%，而当相对湿度小于30%时，长江以南地区不会出现霾天气。华南与江淮地区的温度露点差最大值的差别不明显，基本都在低于2.0℃，而华北地区温度露点差最大值基本大于2.0℃，最大可达2.6℃。能见度最小值的分布表明，广东、黄淮等部分地区发生霾时能见度较其他区域更小，只有2km左右。这些对于了解霾的发生规律和预报具有重要意义。