引言

霾是一种大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10.0km的空气普遍混浊的天气现象^[1]。研究表明，霾中的物质成分除了细尘以外，还包括硫酸与硫酸盐、硝酸与硝酸盐、碳氢化合物、黑碳等粒子，因此其发生的频数与人类活动所造成的气溶胶污染密切相关^[2-3]。正是由于大量极细微的污染性气溶胶的存在，霾天气对人类的身体健康具有极大的危害性^[4]。

近几十年来，随着全球经济的发展，化石燃料的采掘和消耗量迅猛增加，使得大气中因油、煤、废弃物燃烧而产生的气溶胶粒子的总数量发生明显变化，与之相关联的霾灾害问题也日益受到了人们的关注。国外学者曾对霾的物化组分、物质来源、时空特征、气候致冷机制等进行了统计分析和模拟研究^[5-7]。国内针对霾的研究主要集中在以北京、广州为中心的两个城市群内，并就霾的物化组分、形成条件及危害等取得了一些有意义的成果^[8-12]。但是，对于中国霾天气的总体气候特征及演变趋势等问题，目前还很难从已有的研究中找到满意的答案。为此，本文基于全国高密气象观测站网(全国721个站)过去47年积累的霾观测资料，对中国的霾天气的时空分布特征及其演变趋势等进行归纳总结，以期得出更多认识。

1 资料

本文对霾的研究主要以气象台站实际观测的霾天气出现日数作为定量表征指标。使用的721个站资料均取自国家气象信息中心归档的原始气象记录月报表及其信息化产品，资料经过反复检查，质量和完整性很高。资料年代为1961—2007年，其中时间序列长度达47年的站有570个，占79.1%，时间序列长度达40年的站有639个，占88.6%。此外，通过对资料的考察发现，47年间记有霾天气的站共642个，占89.0%；1961—2007年47年平均霾天气日数≥1d的有299站，占41.5%。

2 霾天气的地理分布

对于霾天气的气候区划，目前尚没有统一的标准。为较准确地描述霾天气的全国分布，本文以1961—2007年47年平均的霾天气年总日数(记作d₄₇)为基准，暂定：1d≤d₄₇＜10d、10d≤d₄₇＜20d和d₄₇≥20d的地区分别为霾天气的偶发区、多发区和高频区，三者基本构成了中国霾天气的主体区域。

图 1绘制了1961—2007年47年平均霾天气年总日数的全国大致分布。可以看出，中国的霾天气主要分布在100°E以东、42°N以南地区，其中华北的中部和西部，西北的东南部，华中大部，华东大部，华南西部和南部地区d₄₇≥10d，是灰霾天气的多发区。d₄₇≥20d的高频区主要集中人口比较密集的大城市和煤矿基地，如环北京地区、山西中南部地区、陕西和河南局部地区、长江三角洲、珠江三角洲等地，在空间上形成多个离散的“浊岛”，其中陕西西安高达99.2d，为全国最高值，其次是山西临汾81.6d、河南新乡81.5d、河北石家庄71.7d、江苏南京65.7d、广西梧州63.6d、上海58.0d、山西太原57.8d、湖北老河口55.2d。此外，像北京、广州、郑州、合肥、南昌等大城市的霾天气也比较频繁，分别为24.5d、40.2d、39.5d、38.9d和38.3d。总之，中国中东部和南部霾天气较多，西部和东北部地区相对较少。在同一区域内，大中城市的霾天气较乡村明显偏多，“浊岛”现象非常明显。

3 霾天气的季节分布

由北京等8个代表站1961—2007年47年平均的霾日数的季节变化曲线(图 2)来看，霾天气的季节分布基本上是冬多夏少，这是因为我国大部分地区冬季受大陆高压控制，大气层结相对稳定，雨日雨量较少，易于低层大气中气溶胶粒子富集，并形成霾天气。而夏季的天气气候背景则正好相反，霾天气也相对较少。比较而言，各地区霾的季节分布又略有差异。例如梧州和南昌主要集中在10月至次年1月，期间霾日数分别占全年总出现日数的65.2%、60.9%；西安以11月至次年3月为高发期，霾日数占全年的57.4%；郑州和广州11月至次年1月霾天气较多，分别占全年的44.2%和41.9%，上海也大致类似，但在3月份有个明显的次高点；太原霾天气的四季变化不太明显，最多月份(12月)约为最少月份(6月)的2.4倍，相对较小；北京四季变化更不明显，且夏季略多于冬季(文献[13]也有同样的认识)，这在中国霾的季节分布中是极其特殊的。进一步考查北京地区近5年的空气质量报告、PM₁₀资料及其他气象资料，发现尽管北京冬季的空气质量略差于夏季，即气溶胶污染重于夏季，但是在局地的气候背景下，这种差异最终造成的是雾天气在冬季显著增多，而霾的观测记录并没有增加。天津地区也与此类似。

4 近47年霾天气的变化 4.1 年代际和年际变化

表 1是北京等8个代表站1961—2007年各年代平均的年总霾日数。统计结果表明，除西安2001—2007年的霾日数少于1960年代外，其他几个代表站2001—2007年的霾日数均多于1960年代，并且前后差异还相当明显，例如南昌、广州、上海和梧州2001—2007年的霾日数分别是1960年代的66.1倍、42.4倍、18.3倍和22.1倍。可见，我国东部和南部大中城市霾天气是在增多的，这可能与区域经济发展所引起的大气污染物排放显著增多有关。另外，考察发现西安霾日数的年代际变化与沙尘天气日数的变化有很好的一致性，1960年代到1980年代中期，西安的沙尘天气频发，霾日数也明显偏多，此后，沙尘天气减少，霾日数也显著减少。表明沙尘气溶胶粒子可能是西安霾天气的最主要物质源。

为概括出中国霾天气的总体变化特征，本文将图 1所示的偶发区、多发区和高频区(即d₄₇≥1d的霾天气主体区域)内共299个站逐年的霾日数进行算术平均，得到1961—2007年中国霾天气主体区域平均的霾日数时间序列(图 3)。曲线显示出1960年代至1970年代中期，中国霾天气总体较少，霾日数明显低于47年的平均值，对应的九点二次滑动平均值^[14]处于负位相。其后的二十多年(1976—2000年)霾天气变化趋势不明显，仅在很弱的正位相内振荡，但是最近5年霾天气却显著增多。中国霾天气47年的总体趋势为波动增多，线性倾向率为3.19d/10a。47年间，1964年平均每站仅出现2.6d霾，是历史最低值，而2007年却达到29.3d，是历史峰值，后者是前者的11.3倍。进一步利用Mann-Kendall法^[12](取显著性水平α＝0.05)和滑动t-检验法^[12](取显著性水平α＝0.01、子序列n₁＝n₂＝5)检测出中国霾天气序列有2次明显的突变，其一位于1970年中期，以1975年为突变点；其二位于2000年之后，但因2000年以后的序列过短，其突变点暂不能确定，需进一步观察研究。

中国霾天气显著增多(即线性拟合趋势b通过α=0.05的F检验)的区域大致对应着霾天气的多发区和和高频区，主要位于华北中南部、长江中下游和华南等经济发达或经济快速发展地区。这些地区霾天气的线性增多趋势普遍超过了3d/10a(图 3)，决定着中国霾天气的总体变化趋势，因此从防灾减灾的角度，这些地区需要给予重点关注。

4.2 风力条件的变化对霾天气增减趋势的影响

研究成果^[15]表明，霾天气的发生频数首先取决于其物质成分(大气污染物)的聚集强度，亦即在相同的天气气候背景下，大气污染的排放越少，霾天气发生的可能性就越小；反之，大气污染的排放越强，霾天气的发生频次就越高。这就是上述霾天气空间分布不均匀的主要原因。

同样，在大气污染的排放强度大致稳定的情况下，由于不同的天气气候形势，污染物的富集强度(或污染物浓度)可能相差几十倍以上，且污染物的滞留时间也相差悬殊，并最终表现出霾天气的强度和频次的差异。究其原因，主要是大气对污染物的稀释扩散能力随着气象条件的不同而存在差异。地面风力条件被认为是大气污染物稀释扩散的最直接因素之一。为考察年际尺度地面风力条件对霾天气增减趋势的影响，本文统计了上述霾天气主体区域内299个站平均的最大风速f≥5m·s^-1和f≥10m·s^-1的日数，发现两者均呈波动减少趋势(图 5)。将其与图 3的霾日数变化曲线对比，发现霾日数与风力条件具有很好的反相关对应关系。f≥5m·s^-1日数和f≥10m·s^-1日数与霾日数的相关系数分别为-0.809和-0.734，远远高于99.9%的显著性水平。如此高的相关关系表明风力条件的变化对霾天气增减趋势的影响非常显著，也进一步证明了风力条件是大气污染物稀释扩散的最主要动力源。其作用表现在两个方面^[13]：其一是风的水平搬运作用，排入到大气中的污染物在风的推动下，被输送到其他地区；其二是风对大气污染物的稀释作用，污染物随风移动并得到风的搅动，不断与周围相对干净的空气混合而最终稀释。

进一步考察发现，在上述的华北中南部、长江中下游和华南等经济发达或经济快速发展的地区，近5年风力f≥5m·s^-1日数显著减少，同时大气悬浮物浓度PM₁₀也有较明显的上升趋势，两者相叠加，共同导致了近几年霾日数的激增。

5 结论

通过以上分析，可以对中国霾天气的气候特征得出以下几点认识。

(1) 中国的霾天气主要分布在100°E以东、42°N以南地区，即中东部和南部较多，西部和东北部地区相对较少。在同一区域内，大中城市的霾天气较乡村明显偏多，“浊岛”现象明显。

(2) 霾天气的季节分布基本上是冬多夏少，这是因为我国大部分地区冬季受大陆高压控制，大气层结相对稳定，雨日雨量较少，易于低层大气中气溶胶粒子富集，并形成霾天气。

(3) 近47年中国霾天气的总体趋势为波动增多，线性倾向率为3.19d/10a，1960年代至1970年代中期处于少霾的负位相，1976—2000年在很弱的正位相内振荡，但近5年霾天气显著增多。47年间中国霾天气序列有2次明显的突变，其一位于1970年中期，以1975年为突变点；其二位于2000年之后。

(4) 在年际尺度上，霾天气与风力条件具有很好的反相关对应关系，f≥5m·s^-1日数和f≥10m·s^-1日数与霾日数的相关系数分别为-0.809和-0.734，表明风力条件的变化对霾天气增减趋势的影响非常显著，证明了风力条件是大气污染物稀释扩散的最主要动力源。

致谢：国家气象信息中心张强为本文绘制了图 1和图 4，特此致谢。