Analysis of the Climate Characteristics and Influencing Factors of Fog/Haze in Beijing AreaWeihua Cao, Qingchun LiInstitute of Urban Meteorology, CMA, Beijing 100089, China北京地区雾霾气候特征及影响因子分析曹伟华，李青春中国气象局北京城市气象研究所，北京100089, 中国AbstractThis paper analyzed the climate characteristic and influencing factors of fog and haze in Beijing area. The results showed that the variations of fog and haze days had obvious two-stage characteristics. Between 1980 and 1996, fog days varied with a significant upward trend, while between 1997 and 2010 were with significant downtrend. Haze days decreased in each of the two stages, but after 1997, the average haze days were still higher than that before 1996. Besides, monthly fog days changed significantly, highest from October to December, but monthly haze days were relatively uniform. From the view of spatial distribution, fog and haze had serious influence to the southeast of Beijing area, but had the least influence on the northwest. A case of a sustained fog and haze from November 3 to 8 2009 was examined for a detailed analysis of the influencing factors. The increase of PM2.5 concentration was the main factors reducing haze visibility at the beginning stage in which haze dominated; while relative humidity was the main factors leading to low visibility during the next stage when haze changed into heavy fog. Fog /haze dissipated due to the intrusion of northern cold air.Keywords: Fog and haze; Relative humidity;PM2.5; Climate characteristics 摘要雾霾天气是一种重要的城市气象灾害。
本文分析了北京地区雾霾天气的气候特征和影响因素。
研究表明，北京地区雾霾日数年际分布表现出显著的阶段性特点，大雾在1980—1996年呈显著的上升趋势，在1997—2010年呈显著的下降趋势，而霾在两个阶段均表现出下降趋势，并且1997年后的平均水平要明显高于1996年之前水平；从雾霾的月际分布来看，雾日的月分布不均，主要集中于10—12月份，而霾日的月分布均匀，各月霾日差异较小；从雾霾的空间分布来看，雾霾天气在北京东南及城区发生频率最高、强度最大，在北京西北部雾霾发生频率最低、强度最小。
2009年11月3—8日的一次持续性雾霾天气过程具有显著阶段性特征，在过程开始的霾天气阶段，PM2.5浓度增加是影响雾霾能见度降低的主要因素；在过程发展成熟的大雾天气阶段，相对湿度增大是导致能见度下降的主要因素；最后雾霾的消散则直接受到北方冷空气入侵的影响。
关键词：雾霾；相对湿度；PM2.5；气候特征1．引言北京雾霾天气频繁发生，对城市大气环境、群众健康、交通安全、农业生产等带来了的影响日益显著，极易酿成雾霾灾害。
同时，由于大部分严重的雾霾天气一旦形成往往很难消散（李江波，2010），此类持续性雾霾天气对城市环境的危害往往尤其严重，并容易带来较强的社会负面影响。
在2011年，雾霾天气第一次入选中国十大天气气候事件，反映出社会公众对雾霾天气关注程度的进一步提高。
与此同时，人们对雾霾灾害风险认知意识正逐渐提高，初步开展了针对城市承灾体的大雾灾害风险评估研究（扈海波，2010）。
雾霾气候特征和影响因素是雾霾灾害风险评估的基础性工作，对于雾霾防灾减灾和雾霾风险防范具有重要意义。
目前雾霾气候特征相关研究已取得了不少进展，主要通过历史资料揭示雾霾气候特征与规律（王丽萍，2005；刘小宁，2005；陈潇潇，2008；史军，2010），统计分析雾霾天气的主要影响因素（王淑英，2002; 张丽娜，2008）。
针对北京地区，王继志等（2002）对1980—2000年北京能见度和雾的时空演变特征进行了分析。
以上研究增进了我们对雾霾灾害的气候特征及规律的认识，但目前对北京地区大雾和霾的时空演变差异研究仍然缺乏，这制约了人们对于该地区雾霾灾害的深刻认识。
鉴于目前的研究现状，本文采用1980—2010年逐日气象资料对北京地区的雾霾时空特征进行分析，揭示大雾和霾的气候特征，并进一步通过选取北京一次典型的持续性雾霾天气作为研究个例，对北京地区持续性雾霾的影响因素进行细致剖析。
本文的研究结果将为雾霾灾害风险评估和预警提供依据。
2．资料及处理本文采用的观测资料包括：1)1980—2010年北京地区20个常规气象站的逐日能见度、温度、湿度、风速资料；2） VAISALA的ROSA道面气象自动站能见度、相对湿度、温度、风速资料（VAISALA，2002）；3）北京海淀区北洼路宝联体育公园内宝联站的PM2.5资料。
雾日和霾日的提取遵从如下规则：采用逐日能见度、温度、湿度、风速资料，提取满足08时能见度小于等于1km，同时08时湿度大于等于90%且当日无降水作为一个雾日；提取满足08时能见度小于等于10km，同时08时湿度小于90%，且当日无降水作为一个霾日。
3．雾霾的时空特征3.1. 雾霾日数年际变化图1给出了1980—2010年北京年平均雾日和霾日的时间变化序列。
可以看出，北京年平均雾日和霾日的时间变化特征不同。
雾日具有显著的二阶趋势特征，1996年之前雾日呈增加趋势，1996—2010年雾日呈下降趋势。
而就霾日而言，1996年之前呈显著减少趋势，1997年后霾日出现跳跃式的增加，在1997—2010年霾日整体上呈下降趋势，然而从霾日平均水平来看，1997—2010年间平均每年霾日数是75.6，超过前期（1980—1996年）平均年均霾日数71.8，这反映出1996年后的霾天气要比之前霾天气发生频繁，说明霾天气整体上有所增加。
1997年后霾日下降幅度最大、下降速率最快的时期是在2006—2009年期间，霾日图1. 1980—2010年雾、霾年日数变化序列（a.雾日数，b.霾日数）迅速从2006年的84.4天下降至2009年的60.5天，这期间恰逢北京举办2008年北京奥运会，由于2008 年奥运会前后北京市政府采取的一系列大气污染控制措施，促进北京市的空气质量得到改善，这与期间雾霾日数减少关系密切。
3.2. 雾霾日数月际变化在年均雾霾日数分析的基础上，进一步通过累年月平均雾日数和霾日数来分析雾霾变化，图2给出了北京1980—2010年期间平均雾日、霾日的逐月分布。
图2 1980—2010年月平均雾霾日数分布可以看出，月平均雾日月际变化明显，在10—11月份最雾日最多，说明北京雾天气主要发生在秋冬季节，从5月至11月雾日具有显著的上升趋势；而霾的月平均日数月分布相对均匀，平均每月有5—7个霾日。
月平均雾日和霾日对比发现，北京大雾天气发生日数少、季节分布不均，且主要集中在秋季；而霾天气各月出现频繁，且霾日月分布相对均匀，季节差异较小。
3.3. 雾霾日数空间分布采用年平均雾霾日数作为雾霾发生频繁程度的度量指标，进一步分析雾霾频数的空间特征。
图3中阴影表示1980—2010年北京年平均雾日和霾日。
可以看出，北京雾日空间分布呈东南向西北递减趋势（图3a），东南及城区是大雾高发区，随着向西北方向推进，雾日随之逐渐减小，在北京东北的密云县至西南的房山门头沟一带是大雾天气的低发地区，而延伸至西北部的延庆和怀柔地区大雾日数反而又有所增加。
大雾天气在北京东南地区及城区频发，大雾日数整体分布趋势与北京西部和北部山区形成的马蹄形地形有密切关系（王继志，2002）。
北京霾日的空间分布与雾日分布类似但有所区别（图3b），霾日更加集中于北京东南地区，在北京东南的大兴、通州及北京城区是霾日的高发区，而北部和西南的郊区霾日相对较少，这点与雾日分布类似，但霾日分布随地形变化不显著，而在城郊之间表现出明显的差异。
综上所述，北京霾天气的空间分布更集中于东南及城区，在东北、西北和西南郊区的霾日较少；而大雾天气空间分布与地形关系密切，东南城区高发，西北部山区相对较少。
北京东南及城区始终是大雾和霾的高发地区，这一带经济、人口及交通运输更加发达，一旦出现雾霾天气，将更容易对人们的生产生活产生严重的影响，酿成重大城市灾害。
3.4. 雾霾的能见度空间分布图3中等值线表示1980—2010年雾霾期间能见度分布情况，从图3（a）可以看出，大雾的平均能见度空间分布不均匀，与大雾日数的空间分布趋势明显不同，500m以上的大雾能见度主要集中在城区以及怀柔顺义的狭长带区，500m以下的大雾在城区西北部的昌平、城区西南的房山东部和城区东部的通州北部较为明显，可见大雾的低能见度（500m以下）多发生在北京城区的近郊地区（城区北部顺义除外）。
这说明，城区大雾更加频繁但平均能见度相对偏高（接近1km），而近郊区大雾强度相对更大，能见度较差。
霾的能见度平均强度与大雾分布又有所不同（图3（b）），可以看出，霾日数最高的东南向西北推进一带同时也是霾能见度最小的一带，这包括东南大兴和城区和昌平，而在北部的怀柔和顺义不仅霾日较少，同时其霾天气的能见度水平也相对较好，这表明该地区受霾天气影响较小；而西部门头沟和房山地区尽管霾日较少，但是其能见度水平相对较低，说明该地区出现的霾天气强度较大。