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本文通过中国地区681个地面台站近50年(1957-2005)来水平大气能见度的研究,获得了中国地区水平大气能见度的长期变化趋势,并分析了导致这种变化的可能原因,根据中国681个地面台站近7年(2000-2006)大气能见度、地面气象要素和天气现象,提出了区分霾和轻雾的判别方法,并结合近7年来中国75个主要城市的PM10浓度,提出了一种新的判别灰霾天气的方法,希望通过本文的工作,对改善中国大气环境质量有一些新的认识,具体如下:
1.为了研究由于空气污染对大气能见度所造成的影响,本文将对能见度有影响的天气现象,包括降水、雾、轻雾、大风、沙尘暴、扬沙、浮尘等气象因素去掉。从大气能见度的长期变化序列来看,中国地区大气能见度呈现明显的下降趋势,能见度最大值为34.0 km,最小值为24.5 km,平均值为29.5±3.2 km。
2.为了更进一步认识我国大气能见度的长期变化趋势,选取了有代表性站点进行了分析。这些站点在中国地区内分布较为均匀,能够大体反映中国地区有代表性区域的大气能见度变化情况。北京:平均值为18.8±5.5 km;沈阳:平均值为10.3±2.8 km;上海:平均值为17.5±3.8 km;武汉:平均值为20.2±6.7km;西安:平均值为13.6±1.7 km;广州:平均值为20.9±8.1 km;成都:平均值为14.7±3.7 km;乌鲁木齐:平均值为32.0±4.1 km;拉萨地区大气能见度较为特殊,近50年来大气能见度没有明显的变化。
3.中国东北、华北、华中、华东、华南、关中平原、四川盆地及新疆西北部地区大气能见度都呈现明显的下降趋势,新疆西北部、甘肃、宁夏、陕西及山西的大部分地区也出现了不同程度的能见度下降趋势,而中国西北、西南及华中的部分地区都呈现了能见度有所增加的趋势。在中国东北、京津冀、黄淮流域、关中平原、四川盆地及西南的部分地区形成了多个能见度低值区,而新疆西北部地区则形成了一个较大的低值中心。在我国青藏高原东部地区形成了一个能见度高值区,在新疆东部地区为能见度高值区。新疆西北部地区出现的较大的低值区,而中国东部地区(105°E以东,包括东北、华中、华东、华南、关中平原及四川盆地等地区)存在明显的能见度低值区。
4.中国地区近50年来大气能见度的月变化特征为,6、7、8、9月份大气能见度较高,而12、1、2、3月份大气能见度相对较低,其最大值出现在7月份,为32.0 km,最小值出现在1月份,为26.5 km,年平均值为29.3±1.9 km。季节变化特征为:冬季平均值为27.0±3.0 km;春季平均值为28.6±2.9 km;夏季平均值为31.5±3.2 km;秋季平均值为30.0±3.4 km。
5.利用三种统计方法对大气能见度的变化趋势进行研究和分析,这三种方法分别是Ridit分析法、累计百分率法和“非常好”能见度出现频率法。Ridit中值降低的区域基本都位于中国环境敏感带的东南部,一般位于中国东北部分地区、华北、华中、华南、西南的部分地区及新疆西北部。而环境敏感带西北部的Ridit中值大都处于增加的趋势,这些区域为内蒙古地区、中国西北及西南的部分地区。利用中国地区681个站点大气能见度的日平均数据,经过累计百分率统计分析后整理成累计百分率的年平均数据。1980年之前,能见度出现在35 km的累计百分率最高(67.6%),而1980年之后,能见度出现在30 km的累计百分率最高(22.0%)。近50年来“非常好”能见度出现的天数,在辽宁、京津冀、关中平原和四川盆地平均不到60天。在中国东北的部分地区、华北、华中、华东及新疆的西部地区,“非常好”能见度出现的天数平均小于180天,而在我国东北的大部分地区、内蒙古地区、西北、西南及华南的部分地区,“非常好”能见度出现的天数较多,尤其在青藏高原东部和新疆北部地区,“非常好”能见度出现天数最多,年平均超过270天。
6.利用中国地区681个地面台站2000-2006年的大气能见度资料,2000-2006年的天气现象资料及相同时间段内中国75个主要城市的PM10浓度数据,本文提出了轻雾和霾的区分方法,结合PM10日平均浓度数据进行统计分析,给出了一种新的方法来判别灰霾天气,即当能见度小于10 km,相对湿度小于80%,所出现的天气现象为霾,当PM10日平均浓度达到130μg m-3以上时出现的天气现象为灰霾天气,此数值与我国空气质量二级标准相呼应;而能见度为1-10 km,相对湿度大于80%时出现的天气现象为轻雾天气。灰霾天气在各季节出现的频率依次为冬季最高,秋季和春季相当,而夏季最低。灰霾天气最为严重的地区位于华中、华东及华南地区。
7.利用1957-2005年能见度的月平均数据及地面气象要素的月平均数据。给出不同季节的分析结果,其中采用1、4、7和10月分别代表冬、春、夏和秋季。冬季共提取了4个因子,基本反映的是气温、水汽压、总云量、低云量、日照时数、相对湿度和降水;春季共提取了3个因子,基本反映的是相对湿度、总云量、低云量、日照时数、气压、气温和水汽压;夏季共提取了3个因子,基本反映的是相对湿度、总云量、低云量、日照时数、气压、气温、水汽压和风速;秋季共提取了4个因子,基本反映的是相对湿度、总云量、低云量、日照时数、气压、气温、水汽压和风速。