霾也称灰霾^[1]，在中国气象局《霾的观测和预报等级》^[2](2010)规范中，霾的天气定义是：“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10.0 km的空气普遍混浊现象. 霾使远处光亮物体微带黄、 红色，使黑暗物体微带蓝色. ”霾的成因比较复杂^[3]，霾天气中的气溶胶除了因消光引起视程障碍外^[4,5]，其中含有的大量有毒有害物质^{[6, 7, 8, 9, 10]}还会危害人体健康，引起呼吸系统及心脑血管疾病的发生^[11].

国内外许多学者都对霾的气候特征进行了相关研究^{[12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20]}: 高歌^[12]研究认为，我国年和四季霾日的空间分布均呈东多西少分布，且全国霾日呈明显增加趋势. 孙彧等^[13]研究1971~2010年我国霾日气候特征发现，霾主要集中于华北、 河南以及珠三角和长三角地区. 我国华东地区^{[22, 23, 24, 25, 26]}、 京津冀地区^{[27, 28, 29]}和珠三角地区^{[30, 31, 32, 33, 34]}经济发展迅速，城市化水平较高，但大气污染也最为严重. 而Vautard等^[35]分析发现，1980~2009年欧洲在过去30 a中低能见度天气(如雾、 轻雾、 霾)呈下降趋势，认为这与二氧化硫等污染物排放量的下降具有一致性，说明了空气质量提高的显著贡献.

随着经济和城市化的发展，近年来江苏省气候特征也出现了较大变化，包括霾在内的灾害性极端天气频发^[36,37]，毛宇清等^[38]、 童尧青等^[39]分析了南京地区霾气候特征及影响要素. 由于以上对霾气候研究都是根据观测员记录所得，标准不一致，因此科学性不够高，另外，对霾连续性和区域性特征及成因也没有进行相关分析. 为分析近年来江苏省霾日气候特征，本研究在文献^[2]的基础上略作修改，重建了江苏省城市霾日气候特征，对江苏省城市霾日时空分布特征进行讨论，并利用经济发展统计数据和污染物排放量数据分析霾日变化成因. 1 材料与方法 1.1 资料

本研究选取江苏省13个地级市国家基准或基本气象站观测数据，从1980～2012年共计33 a，包括08:00、 14:00和20:00的天气现象、 能见度、 相对湿度、 气温、 降水量等气象要素. 13个站点中，苏州在1994年，常州在1999年，淮安在2001年，盐城在2003年，南京、 南通、 无锡在2008年出现了迁站，连云港2010年出现迁站，经过对比校验，迁站前后的资料和数据具有一致性和连续性.

本文还使用了1994～2011年《江苏省统计年鉴》资料，主要包括全建成区面积、 燃煤量、 工业废气排放量、 汽车拥有量等经济发展资料.

研究中还使用了欧盟委员会大气研究排放数据库提供的1980～2008年区域大气污染物数据，研究范围为116°E～122°E和30°N～35°N. 本研究中以10 a为一个年代，分别统计了NO_x、 SO₂和PM₁₀的年代平均排放的区域分布. 1.2 分析方法

目前对于霾的界定方法各异，许多学者对霾的研究标准也有差别，本文在吴兑所用方法^[40,41]基础上略作修改，选取1980～2012年的逐日气象资料，对每天08:00、 14:00、 20:00这3个时次的能见度、 相对湿度进行判断，当满足任一时次能见度<10 km，且相对湿度<90%，并排除降水、 吹雪、 雪暴、 扬沙、 沙尘暴、 浮尘和烟幕等其他能导致低能见度事件的情况为一个霾日. 根据不同能见度将霾分为4个等级^[2]，5 km≤vis<10 km轻微霾，3 km≤vis<5 km为轻度霾，2 km≤vis<3 km为中度霾，vis<2 km为重度霾.

为研究霾区域性特征，借鉴周自江等^[42]对区域性浓雾的判定方法，选取淮河以南8个城市，以相邻3个站点在同一天都出现霾，覆盖3个地级市时，统计为区域性霾，由于能见度在5000 m以下霾影响较大，所分析区域性霾能见度均在5000 m以下. 而区域性连续霾则选取3个站以上连续天数超过3 d的霾日作为统计对象. 2 霾日时空分布特征 2.1 年际年代际变化

20世纪80年代以来，全省霾日总体呈增加趋势，重度和中度霾日也呈增加趋势(表 1).

从区域分布来看，20世纪80年代苏中地区城市霾日不到80 d，苏南和苏北城市都超过了110 d. 90年代沿海3个城市霾日下降，而苏南和沿江霾日都出现不同程度增加，其中南京增加最快，达到154 d. 90年代以后，苏北地区霾日增加较快，苏西南和苏南地区霾日变化不大(图 1).

图 1

Fig. 1

图 1 1980~2012年不同年代霾日时空分布特征 Fig. 1 Spatial and temporal distribution of haze days from 1980 to 2012

表 1(Table 1)

表 1 不同等级霾年代际变化 /d ·(a ·站)-1 Table 1 Decadal changes of haze/d ·(a ·station)-1 时间 重度霾 中度霾 霾日 1980年 3.8 5.4 100.3 1990年 4.8 6.9 94.4 2000年 6.1 9.9 115.2 2010～2012年 6.3 8.9 122.4

表 1 不同等级霾年代际变化 /d ·(a ·站)-1 Table 1 Decadal changes of haze/d ·(a ·station)-1

根据霾日变化特征及区域性差异，将全省13个地市分为4个区域：苏南(苏州、 无锡和常州)、 沿海(连云港、 盐城和南通)、 苏西南(镇江、 扬州、 泰州和南京)、 苏北(徐州、 淮安和宿迁)(图 2)：苏南三地霾日在1980年后基本维持在90~150 d之间，33年内起伏不大； 苏西南4个城市33 a霾日也基本持平； 沿海三地霾日在1995年前后达到最低值，而后出现增长，尤其近3年来霾日数达到近33年来的最大； 苏北三地霾日1980年后在100 d左右，1990年下降到90 d左右后，2000年后又呈上升趋势，这种增加趋势与沿海三地类似.

图 2

Fig. 2

图 2 霾日的年际变化 Fig. 2 Changes of haze day

表 2(Table 2)

表 2 霾季节变化 /d ·a-1 Table 2 Seasonal changes of haze/d ·a-1 季节 重度霾 中度霾 霾日 春季 9.2 15.7 305.0 夏季 9.3 16.4 273.1 秋季 17.9 29.8 393.8 冬季 18.4 31.3 393.8

表 2 霾季节变化 /d ·a-1 Table 2 Seasonal changes of haze/d ·a-1

图 3

Fig. 3

图 3 1980~2012年全省4个季节霾日的空间分布 (33 a平均值) Fig. 3 Spatial distribution of haze days in four seasons during 1980 and 2012

全省13个城市霾日数的月变化中(图 4)，10月~次年1月霾日较多，其中无锡、 苏州、 南京、 泰州、 扬州、 徐州、 宿迁霾日较多，7~8月霾日最少，除了苏州、 无锡、 常州这3个城市外，其他城市6月霾日数出现一个峰值，主要因为6月为夏收夏种期间，秸秆焚烧所产生污染造成空气质量恶化形成霾.

图 4

Fig. 4

图 4 1980~2012年全省13个城市霾月变化特征 (33 a平均值) Fig. 4 Monthly changes of haze days during 1980 and 2012

表 3(Table 3)

表 3 全省13个城市连续多日霾 (次) Table 3 Continuous haze day distribution (time) 城市 持续时间 霾天 3~7 d >8 d >12 d >3 d 南通 137 6 1 143 1785 镇江 262 7 2 269 2915 淮安 209 11 3 220 2576 连云港 490 14 4 504 3542 徐州 367 16 3 383 3655 盐城 312 21 4 333 3085 常州 299 22 4 321 3041 扬州 458 22 0 480 3966 泰州 403 22 2 425 3626 苏州 402 31 5 433 3673 宿迁 449 36 9 484 4137 无锡 490 45 7 535 4413 南京 526 48 12 574 4653 全省 4804 301 56 5104 45067

表 3 全省13个城市连续多日霾 (次) Table 3 Continuous haze day distribution (time)

图 5

Fig. 5

图 5 泰州及南京霾及连续性霾的年际变化特征 Fig. 5 Continuous haze days in Taizhou and Nanjing

不仅连续性霾日增多，区域性霾也逐年增多(图 6). 以相邻3个站点在同一天都出现霾统计为区域性霾，由于能见度在5000 m以下霾影响较大，本部分选取能见度在5000 m以下的霾. 1980年代区域性霾较少，在10~20 d间； 1990年代区域性霾增多，基本在20~30 d，2000年代区域性霾日增加较快，大部分城市均多于30 d，其中泰州最多为542 d. 2010～2012年仍然维持在30 d左右.

图 6

Fig. 6

图 6 淮河以南地区年代际区域霾的时空分布特征 Fig. 6 Spatial and temporal distribution of continuous haze days in the south of the Huaihe River 单位: d ·a-1

图 7

Fig. 7

图 7 淮河以南地区区域性霾月变化 (33 a总和) Fig. 7 Monthly changes of regional haze day in the south of the Huaihe River

前面讨论了能见度5000 m以下的不同城市霾的连续性特征和不同城市霾的区域性特征，以下讨论淮河以南8个城市能见度在5000 m以下的连续多日霾的区域性特征. 同样选取3个站以上连续天数超过3 d的霾作为统计对象，从表 4可以看出，连续3 d的出现站点超过3个的区域性霾1980~2012年间共出现了71次之多，4 d的出现了31次之多，5 d的出现了11次，而连续6~11 d的区域性霾在淮河以南地区共计出现了12次，对于连续6 d以上的区域性霾，站点个数非常多，基本苏南城市无一遗漏.

从以上分析可以看出，连续多日的霾具有非常强的区域性特征. 且连续多日的区域性霾基本出现在10月~次年2月.

表 4(Table 4)

表 4 连续多日霾的区域性特征 Table 4 Regional characteristics of continuous haze days 连续天数/d 次数 日期(年-月-日) 站数 3 71 4 31 5 11 6 3 1994-07-24~1994-07-29 6 2002-02-03~2002-02-08 7 2004-12-12~2004-12-17 8 7 4 1990-12-04~1990-12-10 7 1992-01-22~1992-01-28 8 2003-01-08~2003-01-14 8 2008-01-04~2008-01-10 8 8 1 2006-12-20~2006-12-27 7 9 1 2006-10-28~2006-11-05 8 10 2 1999-12-26~2000-01-04 8 2001-11-16~2001-11-25 8 11 1 2006-10-04~2006-10-14 8

表 4 连续多日霾的区域性特征 Table 4 Regional characteristics of continuous haze days

从全省城市建成区总面积看，1994~2011年底增加了3.15倍(图 8). 全省工业废气排放总量2010年底则比1999年增加了2.74倍. 2011年底全省燃煤总量和汽车拥有量则分别比1995年增加了4.6倍和12.45倍，这与江苏省霾日的年际和年代际增加呈正相关关系.

图 8

Fig. 8

图 8 全省各项社会经济指标 Fig. 8 Socio-economic indicators in Jiangsu Province (a) 城市建成区面积和工业废气排放量； (b) 燃煤量和汽车拥有量

除了以上4项经济指标外，20世纪80年来以来，江苏省及周边地区包括NO_x、 PM₁₀和SO₂在内的污染物的年均排放量也与日俱增(图 9)：①自20世纪80年代以来，三类污染物在空间分布上都是苏南及沿江地区高于苏北和沿海地区，所以苏南及沿江地区霾日大部分时间内都较苏北及沿海高； ②2000年后，苏北及沿海地区污染物排放量增加较为显著，所以在近几年内苏北和沿海地区霾日增加显著； ③淮河以南地区高浓度污染物区域已连成一片，且范围逐渐增大，所以这一区域内连续性霾和区域性霾增多显著.

图 9

Fig. 9

图 9 江苏及周边地区NOx、 PM10和SO2年排放总量的年代际变化图 (年均值) Fig. 9 Decadal changes of the NOx,PM10 and SO2 emissions in Jiangsu Province and neighboring areas

霾的形成由多种气象要素和环境要素决定，且与气温和相对湿度这两类气象要素关系较为密切. 有研究认为气象条件变化、 区域城市化和土地利用变化会导致气温升高和相对湿度下降^[12,21,43]，从而霾出现频率增多. Li等^[26]分析了1978年后中国城市及经济发展后对雾的影响，其研究发现，随着城市建成区面积的扩大，城市植被覆盖率逐年下降，相对湿度减小，城市热岛相应越来越明显，城市雾日呈减少趋势. 可见，城市面积的扩大，工业废气排放量的增加及燃煤量的增加，导致了城市霾日增加.

1980~2012年江苏省4个区域年平均气温和平均相对湿度都出现了较大变化(图 10)，1980~2006年气温升高显著、 相对湿度则呈下降趋势，这一时段内，全省4个区域内的霾日呈上升趋势，2006~2012年4个区域的气温都又呈下降趋势，除了苏北三城市的相对湿度仍然下降外，其他地区基本保持不变，从而苏南及苏西南霾日数也出现了相应的下降. 另外，由于2000年以来苏北、 苏西南及苏南的相对湿度远远低于沿海地区，且苏南和苏西南气温高于沿海城市，所以内陆霾日数要高于沿海.

图 10

Fig. 10

图 10 全省13个城市年平均气温和相对湿度的逐年变化 Fig. 10 Average annual temperature and RH of Jiangsu Province

从以上分析可知，随着城市和经济发展，城市建成区面积扩大，工业废气及汽车尾气排放量增加，导致城市及周边气象环境出现变化，气温缓慢增高，空气相对湿度降低，从而形成城市热岛和干岛效应，雾形成条件逐渐减弱； 另外，污染物排放量的增加则增强了霾形成和维持条件，所以持续性霾、 区域性霾和持续性区域霾也增加较为显著.

4 结论

(1)1980~2012年间江苏省范围内霾日呈增加趋势，重度和中度霾增加显著，苏北和沿海城市霾日增加显著. 秋季和冬季节霾日最多，夏季最少. 秋、 冬季霾主要在内陆，沿海略少. 10月~次年1月霾日最多； 除苏南三城市，6月其他城市霾日都比较多.

(2)1980年代全省霾日较为均匀，1990年代苏南、 苏西南增加，2000年代江淮之间和苏北开始增加，2010~2012年苏北霾日增加显著，苏南地区霾日略有减少. 霾持续时间及区域性霾的日数与霾日数同步变化，霾日较多的城市连续霾出现的次数也比较多.

(3)城市建成区面积逐年扩大、 由工业及汽车尾气排放的污染物逐年增加，导致区域气温升高、 空气相对湿度下降，加上污染物的增多，增强了霾形成和维持的条件，持续性霾、 区域性霾和持续性区域霾也增加较为显著.