引言

根据气象观测规范^[1]的定义，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 km，造成空气普遍浑浊的天气现象。霾使远处光亮物体微带黄、红色，使黑暗物体微带蓝色。研究表明^[2-3]，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。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]。而雾是指大量微小水滴浮游空中，常呈乳白色，使水平能见度小于1.0 km的天气现象^[1]。吴兑^[2]指出，都市霾的出现有重要的空气质量指示意义，而雾或轻雾与特定的天气系统相联系，霾与雾的区别在于发生霾时相对湿度不大，而雾中的相对湿度是饱和的。频繁出现的大雾天气不仅对交通、航运等有严重影响，其伴随的稳定层结大气也使城市污染加重，给经济建设和人民生活带来重大损失^[5-6]，因此霾和雾是科学界、公众和政府广泛关注的灾害天气。

气象学者对全国或区域的霾、雾气候特征和成因的研究，取得很有意义的成果。如胡亚旦等^[7]利用1961—2007年全国721个气象站的霾天气观测资料，分析了中国大陆地区霾天气的时空分布特征，指出中国霾天气显著增多的区域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的地区，特别是近5年霾天气显著增多。高歌^[8]对1961—2005年中国霾的时空气候分布特征、变化趋势进行了详细分析，并探讨了霾变化的可能原因及其与太阳总辐射、日照时数变化的关系，指出全国平均年霾日呈明显增加趋势，而年平均日照时数呈减少趋势。刘小宁等^[9]分析了1950年以来我国大雾时空分布的基本气候特征后指出，我国大雾分布呈现东南多西北少的特点，且区域差异明显，我国大部分地区大雾日数呈减少趋势。王丽萍等^[10]利用1961—2000年全国604个气象站的雾天气观测资料，分析了中国雾区的分布和季节变化，指出我国有6大雾区，大多数区域雾日年际变化有下降的趋势，特别是1980年以来下降趋势更明显。魏文秀^[11]分析了河北省霾时空分布特征，发现河北霾频数具有显著的地域性和月际分布特征。饶晓琴、周宁芳等^[12-13]对我国发生大范围霾的天气成因进行分析，指出前倾槽和逆温层是灰霾形成的有利天气学条件，秋、冬季节是我国霾频发时期。针对华南的不同地区，刘爱君、许嘉玲、蒋珍姣、江崟、胡天玉等^[14-18]分别分析了广州、柳州、桂林、深圳、雷州半岛的不同时期霾日特征及成因。李生艳，邓英姿、王婷等^[19-21]分别分析了广西、广西沿海以及珠江口大雾天气环流形势特征。吴兑等^[22-25]对珠江三角洲霾天气的成因和形成条件进行了大量研究，指出细粒子污染形成灰霾天气，导致该地区能见度下降。

华南地处热带、亚热带季风气候区，近年来，随着城市规模的不断扩大和城市化进程的迅速发展，灰霾现象急剧增多，2006、2007和2008年的华南平均年霾日是近48年来最多的3年。霾及雾、霾结合物已经成为城市发展过程中影响城市环境的重要因素。由于霾和雾受地理位置、环境因素等影响，地域差异很大。华南也不在王丽萍等^[10]划分并详细研究的中国六大雾区之内。对于华南霾日和雾日的总体气候特征及演变趋势等问题, 目前还难从已有的研究中找到详细的答案。为此，本文利用华南所有192个站1961—2008年霾和雾的观测资料，对华南霾日和雾日的时空分布特征及其演变趋势等进行研究，以期得出更多认识。

1 资料与方法 1.1 资料

本文所用资料是华南区域气候中心归档整理的华南全部192个地面气象观测站的霾和雾实际观测资料，资料年代为1961—2008年，观测记录中出现霾或雾现象，即记为一个霾或雾日。其中时间序列长度达48年的测站有167个，占总测站(192个)的86.98%；时间序列长度达40年的站有189个，占总测站(192个)的98.4%。统计表明，48年来，有183个站出现过霾天气，有146个站48年的年平均霾日 > 1天，占76.0%；有37个站48年的年平均霾日≤1天。48年来，192站中除海南三亚未有雾记录外，其余191个站都出现过雾。文中华南区域平均是指有资料的站点年霾日或雾日的平均。

1.2 方法 1.2.1 计算趋势系数和回归系数

为了解气象要素的长期趋势变化，根据文献[26]的方法，计算气象要素的时间序列与自然数数列之间的相关系数(称为气候趋势系数), 并进行统计检验。本文在对华南霾日和雾日的长期趋势变化特征进行讨论时，还计算了华南地区平均和单站的线性回归系数。

采用Mann-Kendall(M-K)方法对华南平均年霾日和雾日的时间系列进行突变分析，具体方法见参考文献[27]。

1.2.2 相似系数

为了定量地表示两张空间分布图(如平均霾日图与平均雾日图)的相似程度，根据文献[28]的方法，计算相似系数。它由下式计算：

$ \cos \theta = \frac{{\sum\limits_{i = 1}^m {{x_i}{y_i}} }}{{\sqrt {\sum\limits_{i = 1}^m {x_i^2} } \sqrt {\sum\limits_{i = 1}^m {y_i^2} } }}, m = 192({\rm{站}}) $

其中，cosθ是两幅图相似程度的定量指标，x_i、y_i分别是第i站(空间点)在两幅图的要素值。相似系数等于1.0或-1.0，为完全相同(相反)，等于0.0时表示完全不相似，正值越大图形越相似，负值越大图形越相反。

2 华南年霾日、雾日的平均特征和变化 2.1 多年平均的空间分布特征

图 1a为华南192站1961—2008年有资料时段年平均霾日的空间分布图，可见，华南各地霾日存在明显差异。根据各站48年平均霾日的多少，可将华南划分为4个影响区。(1) 多霾区：包括珠江三角洲、广东西北部和广西东北部，年发生霾日20.0~64.5天；(2) 次多霾区：包括两广的中部偏北的部分地区，年发生霾日10.0~19.9天；(3) 少霾区：广西中部以西、广东西南部和东南部地区，年发生霾日1.0~9.9天；(4) 极少霾区：海南。海南共18个站，有9个站(东方、临高、澄迈、儋州、琼中、定安、屯昌、乐东、通什)未观测有霾天气，其余9站的48年平均霾日≤1天。年平均霾日排名前十位的站点见表 1，最大在广西梧州(64.3天)，前10位中有6个站点位于珠江三角洲，其余位于广西东部。与胡亚旦等^[7]统计的1961—2007年全国年霾日最高中心陕西西安99.2天相比，华南霾中心(梧州)的霾日要少约30天。统计站点霾日逐年变化得出，年霾日最多为广东东莞(242天，2007年)，其次是广东深圳(241天，2008年；232天，2007年)。这与珠江三角洲和广西东部地区经济快速发展密切相关。

图 1b是华南192站1961—2008年有资料时段年平均雾日空间分布图。可见，华南有三个多雾区，分别位于以白沙为中心的海南中部以西地区，年平均雾日在40~127天；以三江、资源、西林为中心的广西西北部地区，年平均雾日在20~73天；以连山、封开为中心的广东西北部地区，年平均雾日在20~64天；其余地区年平均雾日在0~20天，其中华南沿海和海南部分地区是少雾区，年平均雾日在0~10天，海南三亚48年没出现过雾日。两广雾日呈由内陆向沿海递减的趋势。

在1961—2008年华南全部192个站的观测资料中，189个站有1966—2008年完整资料，只有广东茂名、广西防城和防港是1972年以后建站的，资料少，但3站都是处于华南西南沿海的少雾和少霾区，所以资料长度不一对多年平均的空间分布形势产生影响。

华南年平均雾日排名前十位的站点见表 1，前三名为：白沙(126.5天)、保亭(87.4天)、通什(83.5天)，都出现在海南。由表 1得出，华南雾日最多的10个城市，其霾日都是处于少或极少区。

计算图 1a和图 1b的相似系数为0.295，可见两幅图大部分是不相似的，这表明霾与雾的分布特征大部分不相似，仅在两广的西南部存在相似，都是少霾和雾出现的地区。可见，霾与雾是两种灾害性天气现象，有明显差异。

2.2 区域平均的霾日和雾日时间变化特征 2.2.1 霾日的长期变化

图 2a是华南站点平均后霾日的逐年变化，它可以反映华南霾日的总体变化。可见，48年来华南年平均霾日为9.1天，2007年最多(52.0天)，1964年最少(0.98天)。年霾日以5.8天/10年的速率显著增加(趋势系数为0.74)，通过了0.001显著性水平检验，增加趋势非常明显，增加幅度明显高于全国平均霾日的增长速率(3.19天/10年)^[7]。图 2b是站点逐年最多霾日的时间演变。图 2b与图 2a很相似，都可以说明华南霾日在显著增加。逐年站点最多年霾日以32.2天/10年的速率显著增加(趋势系数为0.87)，也通过了0.001显著性水平检验，增加趋势非常显著。可见，站点年最多霾日在1964年最少(26天，广西桂平)，到2007年最多(242天，广东东莞)，增大了9倍多，次多年是2008年(241天，广东深圳)，第三是2006年(192天，广东东莞)。由图 2a和2b可见，2003年以来，霾日增加最为明显。统计华南平均霾日的年代际变化得出，20世纪60—80年代，华南平均霾日处于缓慢上升时期，从60年代的2.1天、70年代3.4天缓慢上升到80年代的5.3天，90年代后明显增加，为10.2天，2001—2008年快速上升，达到28.2天，霾日是20世纪60年代的14倍。

表 2是华南8个代表站1961—2008年各年代年平均霾日数。统计结果表明，除海口几乎没有霾，其他7个代表站2001—2008年的霾日均是1961年以来各年代中最高的，并且除南宁是在2000年以后上升明显外，其余6站在20世纪90年代后上升很明显，特别是2000年以来，深圳、汕头、南雄、梧州的年平均霾日数都已超过100天，深圳已达158天，是8个代表站中最多的。各年代前后差异还非常明显，例如广州、深圳、汕头、桂林2001—2008年的霾日数分别是20世纪60年代的46.3倍、395.0倍、532.0倍和17.9倍。说明广东和广西大中城市霾天气明显增多，特别是在珠三角及周边地区、粤东南沿海及粤北增多最显著，这与区域经济发展所引起的大气污染物排放显著增多有关。

2.2.2 雾日的长期变化

图 3a为华南站点平均后雾日的逐年变化。可见，华南48年的年平均雾日为14.5天，最多雾日出现在1978年，为20.6天；最少雾日发生在2007年，为10.7天。48年来，年平均雾日以-0.79天/10年的速率明显减少(趋势系数为0.50)，并通过0.001显著性检验，减少趋势非常明显，这与王丽萍等^[10]研究指出的我国大多数区域雾日的年际变化有下降的趋势相一致，但华南平均雾日减少幅度要远低于长江中下游减少的幅度(13天/10年)。从多项式曲线看，20世纪60年代中期到80年代初期是相对多雾期，80年代中期以来雾日减少非常明显。统计华南平均雾日的年代际变化得出，20世纪70年代最多(17.8天)，其次是60年代(14.8天)和80年代(14.5天)，最少为2001—2008年(13.0天)和20世纪90年代(13.1天)，2001—2008年的平均雾日比20世纪70年代少4.7天。可见，华南雾日的变化比霾日的变化相对要小得多。

图 3b是华南站点年最多雾日的时间演变。可见图 3b与图 3a差异大。华南多年平均年最多雾日为113.3天，站点年最多雾日以16.6天/10年的速率明显增加(趋势系数为0.47)，通过了0.001显著性检验，增加趋势非常明显，这与平均雾日是显著减少有区别。站点年最多雾日1995年最少(79天)，2004年最多(286天)。1981年以来，华南年雾日最多的站均是出现在海南白沙，说明其雾日增加非常明显。从多项式曲线看，1960—2000年华南站点年最多雾日处于波动，2000年以来，增加非常明显。

从上分析可以看到，华南平均霾日和雾日的年际变化有明显差异，以下是一点初步解释：霾日的年际变化主要由人类活动所造成。近年，由于经济规模的迅速扩大和城市化进程的加快，大气气溶胶污染日趋严重，造成华南平均年霾日呈明显增加趋势。而雾的年际变化是大气、环境、生态综合变化的结果^[29-30]，刘小宁等^[9]研究表明：雾日的变化与最低气温、相对湿度等有密切相关，同时与森林覆盖率、城市热岛效应等的变化有关，而这些因素是在不断变化的，因此雾日也在不断的波动变化。

表 3是华南8个代表站1961—2008年各年代年平均雾日。统计结果表明，除海南白沙的年平均雾日在2001—2008年增加非常明显外，其余代表站都是20世纪70年代最多。广州、深圳、汕头在2001—2008年的雾日均是1961年以来各年代中最少且雾日减少明显，而广东连山、广西南宁和桂林雾日处于波动，海南雾日变化存在明显地区差异，保亭从20世纪70年代的120.5天减少到2001—2008年的56.4天，而白沙从1971—1980年的95.1天增加到2001—2008年的226.9天，增加很明显。

以上分析了华南平均年霾日和雾日的时间变化，那么这种变化是否发生突变，有必要进行分析比较。

2.2.3 霾日和雾日的突变分析

图 4是对1961—2008年华南站点平均年霾日和雾日的时间序列进行Mann-Kendall突变检验的结果。由图 4a可见，1973年以后，霾日有增加的趋势，1978年以后，增加趋势均超过0.05显著性水平临界线，在1989年发生突变，并且增加趋势大大超过0.001显著性水平(u_0.001=2.56)，增加趋势非常明显。由图 4b可见，华南平均年雾日在1995年发生减少突变，特别是1998年以来，雾日减少明显。

3 华南站点年霾日和雾日的变化

对华南192站的年霾日、雾日的时间序列逐站地计算趋势系数得到其长期趋势变化的空间分布如图 5。图 5a和图 5b的相似系数是-0.038，说明年霾日和雾日的长期变化的空间分布完全不相似，这与它们本身数值的空间分布的相似程度(相似系数为0.295) 明显降低。可以看出，华南年霾日的变化趋势系数比年雾日的大，并且范围广。

图 5a是华南站点年霾日的趋势系数分布图。华南192个站点中，有146个站为增加的趋势，其中在广东的大部分地区和广西的中部及以东地区有120个站的趋势系数大于0.29，通过0.05显著性水平检验，增加趋势明显，特别是在珠三角、广东西北部以及广西中部和东北部有57个站趋势系数高达0.56~0.94，通过0.001显著性水平检验，增加趋势非常显著。除海南18个站几乎很少出现霾日，无变化或变化很小外，广西西部和广东西南部局地有28个站有减少的趋势，其中广西的靖西、隆安、鹿寨、平果、北流的趋势系数为-0.30~-0.46，通过0.05显著性水平检验，减少趋势明显。计算回归系数得出，霾日增加速率的前十位是:广东深圳(38.8天/10年)，新会(37.2天/10年)，广西梧州(31.0天/10年)，广东南海(29.6天/10年)，斗门(29.6天/10年)，顺德(26.3天/10年)，珠海(25.9天/10年)，东莞(25.3天/10年)，鹤山(25.2天/10年)，南雄(25.1天/10年)，这10站中有8站出现在珠三角地区，这与珠三角气溶胶污染日趋严重密切相关^[24]。

图 5b是华南站点年雾日的趋势系数分布图。192个站中，有119个站雾日趋势系数是负趋势，其中有75个站雾日趋势系数在-0.29~-0.90，通过0.05显著性水平检验，减少趋势明显，其主要位于广东东部和南部、广西的西部和北部边缘地区以及海南的大部分地区，减少有3个中心，分别位于广西龙胜、海南通什和广东惠阳。有73个站雾日趋势系数是正趋势，其主要位于广西大部和海南，其中有34个站雾日趋势系数在0.29~0.79，通过0.05显著性水平检验，增加趋势明显，中心位于海南白沙、广西上林和广东新兴。计算雾日的回归系数得出：雾日减少速率最大的三个站是海南保亭(-16.8天/10年)、通什(-15.2天/10年)和广西龙胜(-13.4天/10年)。雾日增加最大的前五位是:海南白沙(20.7天/10年)，广东新兴(8.1天/10年)，云浮(7.2天/10年)，广西三江(4.5天/10年)和上林(4.3天/10年)。

以上分析说明除海南和广西西部地区的霾日变化不明显外，华南大部份地区霾日增加明显，特别是在珠三角及附近地区，这与这些地区经济快速发展有关。相对霾日的变化幅度，雾日要小很多。

4 结论

(1) 1961—2008年华南站点平均霾日和雾日存在明显地区差异，珠江三角洲、广东西北部和广西东北部为多霾区，海南为极少霾区；华南有三个多雾区，分别位于以白沙为中心的海南中部以西地区，以三江、资源、西林为中心的广西西北部地区和以连山、封开为中心的广东西北部地区；两广雾日呈由内陆向沿海递减的趋势。最多年霾日出现在广西梧州(64.3天)，最多年雾日出现在海南白沙(126.5天)，最少霾日和雾日均出现在海南。

(2) 就多年平均来说，华南年霾日和雾日的空间分布大部分不相似，仅在两广的西南部存在部分相似，该地区出现霾和雾天气较少。年霾日和雾日的长期变化的空间分布完全不相似，说明霾与雾是两种灾害天气现象，其变化趋势有明显差异。

(3) 华南平均年和站点年最多霾日分别以5.8天/10年、32.2天/10年的速率显著增加，明显高于全国平均霾日的增长速率(3.19天/10年)。华南平均霾日在20世纪90年代后明显增加，特别是2003年以来上升非常明显。华南平均雾日以-0.79天/10年的速率明显减少，在20世纪60年代中期到80年代初期是相对多雾期，80年代中期以来雾日减少非常明显。而站点年最多雾日以16.6天/10年的速率显著增加，海南白沙雾日增加最显著。华南平均年霾日在1989年发生增加的突变，而雾日在1995年发生减少突变。

(4) 华南年霾日长期趋势变化有明显的空间差异，在珠江三角洲、广东西北部以及广西中部和东北部增加最为显著，速率高达20~39天/10年，中心在广东深圳(38.8天/10年)。华南年雾日在广东东部和南部、广西西部和北部边缘地区以及海南大部分地区减少趋势明显，雾日减少最大在海南保亭(-16.8天/10年)。而在海南的部分地区和广西大部分地区以及广东北部，雾日有增加趋势，增加中心在海南白沙(20.7天/10年)。

(5) 华南霾日快速增长的地区，也是气溶胶污染严重的区域，这与珠江三角洲城市群、经济等的快速发展密切相关。