中國東部持續(xù)性環(huán)流過程及其對秋季氣溶膠時空分布的影響.pdf

1、氣溶膠是懸浮在大氣中的微小顆粒物，其主要來源包括沙塵、海鹽粒子、生物質燃燒和工業(yè)活動等。氣溶膠通過直接效應和間接效應影響著地氣系統(tǒng)輻射收支和全球氣候，導致空氣質量下降并對人類健康構成威脅，相關科學問題是目前國際研究的熱點。近幾十年來，中國東部(28°-40°N，110°-122°E)經濟高速發(fā)展，城市化進程迅速推進，工業(yè)、交通等產生大量的污染排放，使得區(qū)域環(huán)境問題日益嚴重。而最新的研究表明，氣候變化對空氣污染也有重要貢獻和影響，從這一層

2、面上可以看出排放是空氣污染問題的內因，氣象是外因。
　　本文基于衛(wèi)星遙感氣溶膠光學厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)產品、再分析氣象場數據和氣團后向軌跡模式，從氣象條件的角度出發(fā)研究中國東部的空氣污染問題，首先定義了衛(wèi)星遙感觀測的區(qū)域性氣溶膠污染過程和持續(xù)性環(huán)流過程，并利用環(huán)流相似性計算指標，主要針對以下兩個方面展開系統(tǒng)研究:第一，研究了中國東部地區(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)流形勢對區(qū)域污染/潔凈天氣的影響以及不同環(huán)流類型的氣候變化趨勢。本文的主要成果如下:
　　(1)揭示了最近15年中國大陸AOD的季節(jié)和年際變化特征
　　AOD高值中心主要位于經濟發(fā)展迅速的人口密集區(qū)，主要有中國東部、四川盆地和華南珠三角地區(qū)，其數值范圍約在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，在污染問題顯著的中國東部，春、夏季AOD基本表現(xiàn)為年際減小的趨勢，而秋冬季節(jié)為年際增加，趨勢值約為0.1 decade-1。
　　(2)闡明了最近65年中國東部持續(xù)性環(huán)流過程的季節(jié)和年際差異特征
　　場相似指標的綜合篩選結果表明，夏、秋兩季的環(huán)流相對穩(wěn)定少變且持續(xù)性天氣的天數多，而冬、春兩季，尤其是春季的持續(xù)性環(huán)流天數相對較少。在70年代末期，作為氣候轉折調整期，持續(xù)性過程的發(fā)生頻次也

5、存在一個明顯轉折點，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)性過程均表現(xiàn)出減少的趨勢，持續(xù)總天數由多至少依次為夏、秋、冬、春。而在1979-2015年，秋季的總天數要略高于夏季，且兩者轉變?yōu)槟觌H增加的趨勢，春季和冬季的遞減趨勢強度相對前一時間段有所降低。除了冬季，其他季節(jié)的變化趨勢并不依賴于臨界值的設定而變。四季持續(xù)性環(huán)流過程的時長均集中在2-4天，連續(xù)5天以上的過程比例很低，持續(xù)時間長的樣本最容易在夏季

6、出現(xiàn)。此外，近年來持續(xù)性過程的變化特征為時長在縮短，即持續(xù)時長為2天的環(huán)流過程頻率在增加，而持續(xù)時間更長的過程頻率減小。
　　(3)給出了秋季中國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AOD值越高的區(qū)域方差也越大，即年際波動更劇烈。AOD與大氣在水平和垂直方向上流動性密切相關，大氣環(huán)流參數的年際變化對東部高污染區(qū)域的氣溶膠方差具有重要貢獻

7、。本文統(tǒng)計歸納出秋季中國東部地區(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，這些類型在天氣系統(tǒng)的位置、強度以及高低空環(huán)流配置方面均表現(xiàn)出了不同特征:總體來看，中國東部地面均壓場，對流層下層的反氣旋控制以及對流層中層穩(wěn)定偏西氣流對污染性天氣的發(fā)生有良好的指示意義，而當高低空出現(xiàn)一致的北方強冷空氣南下時通?？諝赓|量較好。此外，定量地比較了發(fā)生污染/潔凈天氣時大氣擴散條件的差異，結果表明當整層大氣的平均

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