1950-1997年英国的能见度变化趋势外文翻译资料

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1950-1997年英国的能见度变化趋势

Martin Doyle*, Stephen Dorling

School of Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich, East Anglia, UK

摘要：本文统计了英国8个地面气象站，用了四种不同的统计方法构建：ridit分析，累计百分位数，“非常好”能见度以及年度和季节平均来分析这8个站点1950年至1997年的能见度变化趋势。在所研究的大多数地点能见度都有提高。1973年后许多地方的能见度都出现了很大的提高，这是由于70年代，特别是1973年石油危机后个人行为、燃料使用和汽车燃油效率的改变。所研究的苏格兰观测站的能见度提高远远低于其他场所，因为测站位于人口较少和污染较少的地区。北爱尔兰Belfast附近的Aldergrove，与其他地点相比，能见度的改善也较小。

关键词：能见度; 气溶胶; 空气污染; 趋势分析; 空气质量

Visibility trends in the UK 1950–1997

Martin Doyle*, Stephen Dorling

School of Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich, East Anglia, UK

Abstract: Visibility data have been examined for eight UK Meteorological Office surface network sites. Trends from 1950 to1997 have been constructed using four different statistical methods ; ridit analysis, cumulative percentiles, frequency of lsquo;very goodrsquo; visibility and annual and seasonal means. Improvements in visibility have been experienced at the majority of the sites studied. Major improvements can be observed at many of the sites after 1973 and this is attributed to changes in personal behavior, fuel use and vehicle fleet efficiency during the 1970s and especially after the 1973 oil crisis. Improvements in visibility at the Scottish sites studied are much less than at the other sites due to their locations in less populated and less polluted areas. Aldergrove, near Belfast in Northern Ireland, has also experienced less improvement in the visibility distance than the other sites. r 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Keywords: Visibility; Aerosols; Air pollution; Trend analysis; Visual air quality

1.前言

众所周知，大气污染会导致大气能见度下降，能见度的定义是目标轮廓能够被从背景里识别的最大距离（Horvath，1981）。在无污染的大气中，能见度将在250公里左右（Leavey and Sweeney，1990）。在1952年的伦敦雾霾期间，由于在城市上空积聚了污染的气团，能见度降至接近零（Brimblecombe，1987）。甚至在19世纪英国之前，英国议会才通过法案来具体解决雾霾问题。 近些年来，人们越来越多地使用大气能见度测量值作为空气污染物浓度的替代指标。在美国进行的研究（如NAPAP，1990）已经将颗粒浓度（PM2.5，硫酸盐和硝酸盐）与美国连续性能见度下降联系起来。Sloane（1982a，b）的大量工作研究了用于确定由于空气污染导致能见度下降的趋势的方法，本文中大部分研究都是依据这些研究工作进行的。Sloane（1983,1984）也深入研究了气象条件对能见度趋势的影响，并从这些数据中提取了有效的与空气质量相关的结论。Husar等人还对美国境内的雾霾状况进行了详细的长期研究。 （1979年，1981年）和Schichtel和Husar（2001年）。

在美国，专用的能见度和颗粒物监测网络已经存在超过15年（能见度环境的跨机构监测计划——IMPROVE）。 考虑到可视空气质量的重要性，美国国会1977年通过了清洁空气法案，来对国家公园和荒野地区现有的污染损害进行预防和补救。区域性的雾霾法规于1999年在美国实施，法规要求各州制定目标，以提高国家公园和荒野地区的能见度，并制定减少造成会造成能见度损害的空气污染物排放的长期战略（http://www.epa.gov/oar）。但是，英国没有这种法规和协调监测。Lee（1983年，1988年，1990年，1994年）、Gomez和Smith（1984年）研究了几年内的英国能见度观测数据，发现其中能见度的变化与燃料消耗和气象条件的变化相关（Lee，1994）。Lee的研究没有足够长的数据，来捕捉到1952年伦敦的“大烟雾”的影响，以及1956年英国试图控制家庭取暖污染物的排放以及工业来源而制定的“清洁空气法案”（Brimblecombe，1987）。

在这项研究中，我们获得了八个分散的英国气象局（UKMO）观测站的小时能见度测量的长期记录。尽管最初获得了50年的记录，但由于1997年以后的数据收集方法存在不确定性（见第2.1节），本文只采用了截至1997年的数据。这里用了几种从原始数据中提取趋势的方法进行详细分析。在这47年的时间里，在大多数观测站都可以看到能见度的提高。从数据中可以明显看出来导致大气污染物环境浓度减少的几个事件，其中最引人注目的是1973年的石油危机，影响了所有研究的八个地点。

英国有许多壮丽的景观，但是雾霾污染会通过变色、质地损失和难以从远处区分而减少景观的视觉舒适度。英国的许多景点都将这种视觉舒适度作为其营销方法的一部分。 例如，英国航空公司伦敦眼（世界上最大的摩天轮）为游客提供了“英国首府城市的美景”，在晴朗的日子里观看距离为40公里（http://www.british-airways.com/londoneye/）然而，在雾霾污染严重的日子里，能见度会低很多，有些游客可能会因此而感到失望。

良好的能见度是一种不容忽视的舒适享受，这也是公众所重视的。美国大峡谷国家公园的一项研究对1800名游客进行随机抽样，并询问他们是否知道有雾霾，如果是的话，他们认为雾霾有多严重。结果显示，随着能见度的下降，游客对雾霾的意识增强。随着人们对能见度降低的认识增加，对景观的欣赏，对公园的享受以及对“干净，清新空气”的满意度都不如从前了（NAPAP，1990）。

2.数据

UKMO地面台站数据由英国大气数据中心提供（HTTP://www.badc.rl.ac.uk）。数据包含了英国14个台站，但根据现有记录的连续性和可靠性，只有8个台站被用于进一步分析。 这8个站点的分布以及每个站点的数据集长度可以在图1中看到。

图1.本研究中使用的UKMO台站的位置和每个台站的数据集的长度（N.B.数据获得到2000年，但由于2.1中提到的问题，未进一步分析）

收集每个台站的几个气象变量，包括风向，风速，当前天气编码（PR），能见度距离，气温，露点温度和湿球温度。 干球温度和露点温度用于计算相对湿度，然后将其应用于2.1中的详细分析。

2.1.分析

这项研究的主要目的是观察气溶胶在大气中的含量随时间的变化。但是，能见度距离也会因为大气降水和相对湿度较高（gt; 90％）而降低（Malm and Day，2001）。通过使用世界气象组织（WMO）天气编码系统（http://www.zetnet.co.uk/sigs/weather/Met Codes/ wwcode.htm）中的当前天气编码来去除降水时的能见度测量值。现在天气代码00-05代表没有降水且有雾霾的天气。之前的研究（ETSU，1999）没有考虑到雾霾的影响（即使用现在天气代码00-04的数据用于分析，因为它们通常代表视觉障碍较少的大气环境），但雾霾（代码05）与大气二次气溶胶含量有关，因此我们在此分析中保留了它。06-09的代码涉及观测站或其附近的沙尘暴。这些数据在分析中被剔除了，因为这些事件在英国的自然情况下非常罕见。我们在这里更关心的是二次气溶胶的人工生产和长距离的运输，以及它们降低空气质量的能力。表1显示了分析中使用的WMO定义的现在天气代码。

表1.分析中使用的现在天气代码

在90％相对湿度下，硫酸铵颗粒的光散射截面可以比干颗粒的光散射截面增加一倍或更多（Malm and Day，2001）。 颗粒越大，它们降低视觉空气质量的能力就越强（Tang等，1981）。 之前的许多关于大气能见度的研究排除了所有在相对湿度gt;90％时的能见度观测结果（例如Craig和Faulkenberry，1979）。这只是一个通过天气的粗略排除，由于我们主要关心的是硫酸盐和硝酸盐的排放和环境中的浓度对能见度的损害，而不是因为其他因素造成的能见度的降低现象。在这项研究中，我们研究了相对湿度为90％时的能见度趋势。

从干球温度和露点温度计算相对湿度Rh

其中T是干球温度（℃），Td是露点温度（℃）（Linsley等，1986; Murphy，2001）。

大多数台站的能见度观测资料是逐小时的。由于测量的夜间能见度有较大差异性（使用灯来判断而不是较大的可见标志），这些测量值在进一步的分析中被剔除。我们把趋势分析基于UCT12时度量。午间值更加适合分析，因为它们更能代表区域能见度水平。因为早晨的辐射雾和高相对湿度，测量数据可能只反映测站当地的情况，大多在中午时雾会消散（Lee，1990） 。 敏感性分析（由于空间限制，此处未显示）表明，选择不同的观察时间，例如上午10点，下午2点或下午4点，对所得结论没有影响。

在使用1950年至2000年的数据完成初步分析后，从结果中发现，从1997年起所有地点都可以观察到能见度的显著减少。经过调查发现，缺少现在天气编码是造成这一问题的主要原因。从1950年到1997年，现在天气编码（包括许多其他变量）由观察员每小时记录一次。从1950年到1997年，缺少现在的天气代码的情况很少（见图2）。 从1997年起，UKMO开始在本次分析中的观测站使用SAMOS（半自动气象观测系统）。 在这个系统内需要人为干预，以强制记录在“重要天气”条件之外的现在天气代码。所以我们只能假设，从1997年起，在本分析所用的大部分地点人为干预都很少。目前还不清楚自动能见度观测是否也可能影响这一趋势分析。

在我们筛选当前天气代码lt;06的能见度数据时，也会筛选出代码缺失记录的能见度数据。 因此，当前天气代码的缺失会影响我们使用能见度数据的能力。

我们对筛选之后的能见度数据（UCT12时，lt;06现在天气代码）和被筛去的数据（UCT12时）之间进行了比较以确定当“重要天气”被排除在分析之外时，数据是否存在显着差异。Lee（1990）也研究了从1966年到1979年的英格兰南部地区的降水日和非降水日的能见度趋势。能见度绝对值发生了变化（虽然不明显），但趋势没有改变。从作者进行的初步分析中发现了类似的结果。然而，其他研究（例如Sloane，1982a）已经表明，使用gt;90％相对湿度和某些天气条件相结合来进行筛选确实是消除天气现象影响数据的最佳方法。因此，由于我们感兴趣的是人为因素引起的能见度变化，我们使用了90％相对湿度来过滤UCT12时观测值，并且要求现在天气编码为05或更小时的数据。但是，如果在UCT12时进行的年度能见度测量总量lt;300天，那么该年将被排除在进一步分析之外。

由于1997年以后现在天气编码较少的问题，我们决定将这些数据排除在分析之外，直到我们解决了有关自动获取能见度和目前天气测量值的问题。

3.方法

作为这项研究的一部分，使用了研究能见度历史趋势的四种方法进行研究。其中有累积百分比法（中值能见度法），统计“非常好”能见度的频率以

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