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华北前冬霾污染与波弗特海海冰的联系及相关机理
作者:尹志聪               发布时间:2019/6/24 9:18:21              浏览量:756

人类活动是霾日数快速增加的基本驱动因子,而有利的大气环流则为霾天气的发生提供了至关重要的背景环境。王会军院士团队在此前一系列研究中发现了有利于华北地区霾天气发生的环流背景和局地气象条件,并指出前期秋季北极海冰减少会导致冬季东亚急流北移,东亚冬季风减弱,中国东部存在更加稳定的大气层结,从而导致霾日数增多。

我院尹志聪副研究员和王会军院士在Atmos. Chem. Phys.上的最新研究指出华北地区前冬和后冬霾污染的变化存在显著地不同,而前期秋季波弗特海域的海冰正异常和华北地区初冬霾日数的增加密切相关。前秋海冰正异常,通过辐射冷却作用,在波弗特海两侧激发出正反气旋,使得波弗特海和阿拉斯加湾的地面风速降低,引起次月阿拉斯加湾和白令海域洋面温度升高。这种暖洋面通过加热大气,容易在对流层中高层形成有利于霾天气发生的大气环流(例如,弱的西风急流,以及从华北和日本海,到白令海和阿拉斯加湾、科迪勒拉山脉的罗斯贝波波列)。在近地面,海平面压力梯度的减弱使得中国沿海地区有异常南风出现,为污染物粒子的吸湿增长构造静稳、潮湿的环境,使得霾天气易发,频发。此外,垂直下降运动的减弱,限制了高层干洁大气的动量下传作用,更是进一步促进霾天气的发生。

那么基于前期的一系列研究,我们能否找到一些有效的预测因子,进而对霾日数进行季节性预测呢?当预测会出现较差的气候条件时,是否可以通过提前采取额外的限排措施来抵消气候变化的影响呢?尹志聪博士和王会军院士在开展华北冬季霾日数的预测工作中发现,以前期秋季波弗特海海冰作为预测因子建立的预报模型,能很好地预测冬季霾日数。该模型不但具有良好的稳定性和准确度,还能捕获对流层两年振荡特征和2010年以来急剧增加的趋势,并模拟出冬季霾日数的长期趋势和转折点,同号率高达91.7%,为华北地区霾日数季节-年际预测提供了可能性,为防灾减灾的应对提供理论依据和科学支撑。

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图1. 1979-2015年12-1月华北地区霾日数与9-10月北极海冰密度的相关系数图。黑点表示相关系数超过95%的置信水平(t检验)。黑色框为波弗特海海域。


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图2. CESM-LE数值实验合成图。其中(a) 9-10月海冰浓度、(b) 11月海面温度、(c) 12-1月500 hPa位势高度(等值线)、850 hPa比湿(阴影)、(d) 12-1月边界层高度(阴影)和850 hPa风场。

 

参考文献:

Yin, Z. C., Li, Y. Y., and Wang, H. J. 2019.Response of early winter haze in the North China Plain to autumn Beaufort Sea ice, Atmos. Chem. Phys., 19, 1439-1453, https://doi.org/10.5194/acp-19-1439-2019

Wang, H. J., Chen, H. P., and Liu, J. P. 2015. Arctic sea ice decline intensified haze pollution in eastern China, Atmos. Oceanic Sci. Lett., 8(1), 1-9, doi:10.3878/AOSL20140081

Yin Z. C., Wang H J. 2017. Statistical Prediction of Winter Haze Days in the North China Plain Using the Generalized Additive Model. Journal of Applied Meteorology and Climatology. 56: 2411–2419

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