一 引言

霾是自然界的一种天气现象，是气溶胶和光化学烟雾的混合物。一般公众感到的雾霾天气过程是一种重要的气象灾害，大都是霾和雾同时存在，其发生和演变离不开适合的气象条件^[1][2]。地面气象观测规范中规定的灰霾（霾）是指大量极细微的颗粒物均匀地浮游在空中使水平能见度小于10千米的空气普遍混浊现象^[3]。极细微颗粒物是指干气溶胶粒子，主要来自自然界以及人类活动排放。霾能使远处光亮的物体微带黄、红色，使黑暗物体微带蓝色。气象行业标准中对霾的技术性判识条件为：当能见度小于10千米，在排除了降水、沙尘暴、扬沙、浮尘等其他天气现象造成的视程障碍，空气相对湿度小于80%时，判识为霾^[4]。在一定气象条件下，霾和雾随着相对湿度的变化有时会相互转化。霾的厚度可达1～3千米，且其日变化不明显。霾粒子的分布比较均匀，灰霾粒子的尺度比较小，从10^-3微米到10微米，平均直径为1～ 2微米。霾污染发生时，细粒子浓度增加，能见度下降显著，空气质量恶化。细粒子可通过呼吸道直接吸入肺部，并进入血液循环，对人体构成严重危害^[5]。近年来，我国中东部霾出现的频数大幅增大，尤其是2013年1月京津冀地区持续遭遇雾霾笼罩，敲响了治理大气污染环境的警钟。由于形成霾天气的气溶胶组成非常复杂，霾引发的环境效应问题和气溶胶辐射强迫引发的气候效应问题引起科学界、政府部门和社会公众的广泛关注而成为热门话题^[6]。

中国霾观测/监测业务在20世纪50年代就已开始，而2002年5月气溶胶研究第183次香山科学会议、2002年12月国家区域性灰霾形成机理及气候影响科学研讨会在霾研究领域具有划时代和里程碑标志意义^[7]。在此之前，我国东部霾年平均日数不足8天，霾天气气候学研究相对薄弱，主要研究集中在气溶胶光学特性和大气物理理论研究方面^[8][9][10]。随着霾日数的快速增长和霾气象环境灾害的加剧，霾气候长期变化特征研究和霾气候影响研究已取得重要成果^{[11][12][13][14][15][16]}。2006年，我国专家围绕中国气溶胶物理、化学特性及区域灰霾的观测，中国气溶胶光学特性的观测，气溶胶生成、输送与清除过程及区域灰霾形成机制，气溶胶直接辐射效应、气溶胶间接辐射效应、气溶胶气候效应及未来的情景预估等内容展开深入研究^[17]。黑炭气溶胶既可污染空气，又具增温效应；硫酸盐和硝酸盐气溶胶虽然可以污染空气，但能冷却大气，减少温室效应。监测表明：PM2.5是雾霾天气形成的根本原因，而导致PM2.5的主要因素是二次粒子，即由可挥发的物质经过氧化变成的小粒子。目前，我国存在4个霾天气现象相对比较严重地区：京津冀地区、长江三角洲、四川盆地和珠江三角洲。

本文基于中国气象局和国家环境监测总站的大气环境资料和气象资料，结合霾解析和成分监测结果，利用气溶胶密度变化的理论方程和全球再分析资料，研究了霾气候变化特征，分析比较了城市化对大气环境质量的可能影响，并通过对京津冀冬季3次重大污染事件进行动力诊断和机理分析，最后提出霾治理的对策和相关建议。

二 霾气候与气候变化监测

中国气象局建立常规雾和霾天气网络化监测体系，主要包括能见度、相对湿度、雾和霾天气现象等观测，近些年来也开展对雾霾有重要影响的大气气溶胶的观测和大气环境质量PM2.5等的监测，基于风云3气象卫星的霾监测和面积估计等产品得到广泛应用。图1给出了2013年中国气象局霾和PM2.5观测站空间分布概况，目前有2419个国家气象观测站可提供霾的实时观测和112个PM2.5监测站可提供空气污染监测。国家环保总局于2013年提供京津冀、长三角、珠三角等重点区域以及直辖市和省会城市总计74个城市共496个国家环境空气监测网站监测点。从气象部门和环保部门PM2.5观测覆盖情况的对比分析发现，二者具有互补性，目前气象系统大气环境质量观测站有43%以上为国家级观测站；环保系统的观测主要反映城市大气环境质量的真实情况，以及城市化和人类活动的影响，因此，两者的资源互补和数据共享对大气环境质量监测具有深远意义。

图1 中国气象局霾监测站和PM2.5观测站（△）空间分布概况

2013年是对中国大气环境质量监测和关注度具有特殊意义的一年。一方面，霾严重程度和出现频次显著增加；另一方面，霾污染问题和治理关注度加大。从霾空间分布（图