秋季北极海冰对华北后冬季霾年际变化的影响和机理

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华北地区霾污染十分严重,损坏人的身体健康,给生活带来不便。本文利用霾日重建数据、再分析数据、CESM_LE数据等多种数据和CAM大气环流模式、GEOS-Chem化学传输模式研究了东西伯利亚海和楚科奇海海冰对华北后冬季霾污染的影响机制和影响程度,为进行霾污染的短期气候预测、制定合适的减排措施提供依据。华北地区前冬季和后冬季霾日数在水平分布和年际变化趋势上都有较大不同。在水平分布上,前冬季的霾日数大值区集中在燕山山脉的南侧,而太行山脉的东侧污染日数较少。后冬季霾日数大值区域沿燕山南侧和太行山东侧呈带状分布。水平分布差异主要由近地面的风场差异导致。前冬季的霾日数与近地面偏南风异常有明显的相关关系,后冬季的霾日数与近地面东南风异常有密切的联系。前冬季的霾日数在2010年之前的下降阶段和2010年之后的上升阶段变化趋势显著,后冬季则变化平缓。华北平原地区后冬季霾日数的年际变化与10月份东西伯利亚海和楚科奇海海冰密切相关,太平洋海面温度在传递海冰对霾天气影响过程中起到重要的作用。当东西伯利亚海和楚科奇海海冰在10月异常增大时,南鸟岛和中途岛海域10月和11月海温受大气环流的影响会降低。该区域降低的海温会导致夏威夷群岛西北侧1月和2月的海温降低。夏威夷群岛西北侧附近较低的海温异常会通过改变大气环流,影响到华北地区后冬季近地面的扩散条件和水汽条件,使其向有利于污染物的生成和积累的方向变化。使用CESM_LE的数据进行集合分析,并用CAM4进行敏感性实验,验证了东西伯利亚海和楚科奇海海冰影响上述地区海温,海温降低影响华北平原后冬季气象条件的过程。使用GEOS-Chem模式,对不同海冰背景下气象因素的改变进行了量化。在多海冰条件下华北地区的风速整体较小,在燕山以南太行山以东形成风向辐合带,比湿比少海冰条件增高0.5g/kg,边界层高度降低58m,使得PM2.5的浓度升高,当处于高排放条件下时,PM2.5平均浓度将从70.51μg/m3增加到104.18μg/m3,在低排放条件下,平均浓度将从47.38μg/m3增加到66.57μg/m3。不同的海冰背景下,污染物对排放的敏感性也不同。排放从低排放情景上升到高排放情景,少海冰条件下,PM2.5区域平均的浓度升高了23.13μg/m3,多海冰条件下,区域平均浓度升高37.61μg/m3。本次实验中,排放情景的改变对区域平均浓度的贡献更为突出,而气象因素的贡献会随着ΔPM2.5浓度的增大而增大。
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