中國(guó)東部持續(xù)性環(huán)流過(guò)程及其對(duì)秋季氣溶膠時(shí)空分布的影響.pdf

1、氣溶膠是懸浮在大氣中的微小顆粒物，其主要來(lái)源包括沙塵、海鹽粒子、生物質(zhì)燃燒和工業(yè)活動(dòng)等。氣溶膠通過(guò)直接效應(yīng)和間接效應(yīng)影響著地氣系統(tǒng)輻射收支和全球氣候，導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降并對(duì)人類(lèi)健康構(gòu)成威脅，相關(guān)科學(xué)問(wèn)題是目前國(guó)際研究的熱點(diǎn)。近幾十年來(lái)，中國(guó)東部(28°-40°N，110°-122°E)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市化進(jìn)程迅速推進(jìn)，工業(yè)、交通等產(chǎn)生大量的污染排放，使得區(qū)域環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重。而最新的研究表明，氣候變化對(duì)空氣污染也有重要貢獻(xiàn)和影響，從這一層

2、面上可以看出排放是空氣污染問(wèn)題的內(nèi)因，氣象是外因。
　　本文基于衛(wèi)星遙感氣溶膠光學(xué)厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)產(chǎn)品、再分析氣象場(chǎng)數(shù)據(jù)和氣團(tuán)后向軌跡模式，從氣象條件的角度出發(fā)研究中國(guó)東部的空氣污染問(wèn)題，首先定義了衛(wèi)星遙感觀測(cè)的區(qū)域性氣溶膠污染過(guò)程和持續(xù)性環(huán)流過(guò)程，并利用環(huán)流相似性計(jì)算指標(biāo)，主要針對(duì)以下兩個(gè)方面展開(kāi)系統(tǒng)研究:第一，研究了中國(guó)東部地區(qū)氣溶膠和大氣環(huán)流的氣候態(tài)特征及其季節(jié)差異，并分析了氣溶膠和

3、持續(xù)性環(huán)流過(guò)程的年際變化特征;第二，以秋季為例研究大尺度環(huán)流形勢(shì)對(duì)區(qū)域污染/潔凈天氣的影響以及不同環(huán)流類(lèi)型的氣候變化趨勢(shì)。本文的主要成果如下:
　　(1)揭示了最近15年中國(guó)大陸AOD的季節(jié)和年際變化特征
　　AOD高值中心主要位于經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的人口密集區(qū)，主要有中國(guó)東部、四川盆地和華南珠三角地區(qū)，其數(shù)值范圍約在0.8-1，而在高原和東北地區(qū)的AOD值偏低，約為0.1-0.3。它的分布形態(tài)在各個(gè)季節(jié)相差不大，但春、夏季節(jié)的A

4、OD高值范圍明顯要大于秋、冬季節(jié)。此外，在污染問(wèn)題顯著的中國(guó)東部，春、夏季AOD基本表現(xiàn)為年際減小的趨勢(shì)，而秋冬季節(jié)為年際增加，趨勢(shì)值約為0.1 decade-1。
　　(2)闡明了最近65年中國(guó)東部持續(xù)性環(huán)流過(guò)程的季節(jié)和年際差異特征
　　場(chǎng)相似指標(biāo)的綜合篩選結(jié)果表明，夏、秋兩季的環(huán)流相對(duì)穩(wěn)定少變且持續(xù)性天氣的天數(shù)多，而冬、春兩季，尤其是春季的持續(xù)性環(huán)流天數(shù)相對(duì)較少。在70年代末期，作為氣候轉(zhuǎn)折調(diào)整期，持續(xù)性過(guò)程的發(fā)生頻次也

5、存在一個(gè)明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在此之前的頻次要顯著高于之后的年份。在1951-1978年間，四季的持續(xù)性過(guò)程均表現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，持續(xù)總天數(shù)由多至少依次為夏、秋、冬、春。而在1979-2015年，秋季的總天數(shù)要略高于夏季，且兩者轉(zhuǎn)變?yōu)槟觌H增加的趨勢(shì)，春季和冬季的遞減趨勢(shì)強(qiáng)度相對(duì)前一時(shí)間段有所降低。除了冬季，其他季節(jié)的變化趨勢(shì)并不依賴于臨界值的設(shè)定而變。四季持續(xù)性環(huán)流過(guò)程的時(shí)長(zhǎng)均集中在2-4天，連續(xù)5天以上的過(guò)程比例很低，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的樣本最容易在夏季

6、出現(xiàn)。此外，近年來(lái)持續(xù)性過(guò)程的變化特征為時(shí)長(zhǎng)在縮短，即持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為2天的環(huán)流過(guò)程頻率在增加，而持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的過(guò)程頻率減小。
　　(3)給出了秋季中國(guó)東部氣溶膠污染和清潔天氣的主要環(huán)流概念模型
　　秋季主要受高壓控制，盛行下沉氣流。十月份的日均AOD在0.3-0.9之間，同時(shí)AOD值越高的區(qū)域方差也越大，即年際波動(dòng)更劇烈。AOD與大氣在水平和垂直方向上流動(dòng)性密切相關(guān)，大氣環(huán)流參數(shù)的年際變化對(duì)東部高污染區(qū)域的氣溶膠方差具有重要貢獻(xiàn)

7、。本文統(tǒng)計(jì)歸納出秋季中國(guó)東部地區(qū)6種持續(xù)性污染(AOD＞0.6)天氣和3種潔凈(AOD＜0.4)天氣的環(huán)流概念模型，這些類(lèi)型在天氣系統(tǒng)的位置、強(qiáng)度以及高低空環(huán)流配置方面均表現(xiàn)出了不同特征:總體來(lái)看，中國(guó)東部地面均壓場(chǎng)，對(duì)流層下層的反氣旋控制以及對(duì)流層中層穩(wěn)定偏西氣流對(duì)污染性天氣的發(fā)生有良好的指示意義，而當(dāng)高低空出現(xiàn)一致的北方強(qiáng)冷空氣南下時(shí)通?？諝赓|(zhì)量較好。此外，定量地比較了發(fā)生污染/潔凈天氣時(shí)大氣擴(kuò)散條件的差異，結(jié)果表明當(dāng)整層大氣的平均

8、下沉速度大于2.56×10-2Pas-1，且對(duì)流層低層輻散強(qiáng)于1.79×106s-1時(shí)，更傾向?yàn)闈崈籼鞖忸?lèi)型。
　　(4)揭示了中國(guó)東部秋季持續(xù)性污染/潔凈過(guò)程的年際變化趨勢(shì)
　　整體來(lái)看，污染類(lèi)型天數(shù)明顯多于潔凈類(lèi)型天數(shù)。在三種不同的臨界值設(shè)定條件下，本文篩選得到的污染和潔凈天氣過(guò)程的變化基本一致，即持續(xù)性天氣隨著時(shí)間呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，但是污染型過(guò)程的回歸系數(shù)要大于潔凈天氣。這意味著雖然秋季持續(xù)性天氣過(guò)程總體上表現(xiàn)為年代際增