STOTEN: 前期东北亚中高纬地区平流层中上层的显著增温可为早冬四川盆地霾污染提供次季节预报信号
发布时间: 2020-10-12


虽然,目前大气污染治理已取得明显成效,首要污染物细粒子PM2.5浓度显著下降。然而,气溶胶污染问题还没有完全解决,短期内由于排放源下降造成的气溶胶下降幅度还无法超越不利气象条件造成的上升幅度。如2020年春节期间,虽然受减排和疫情影响,京津冀及周边地区源排放量同比明显下降,但由于受区域内不利气象条件影响,长时间的霾污染天气频发,个别城市甚至多次出现了重度污染。因此,除了制定更有效的减排政策,越早地对未来霾污染形势进行精准的研判是当下国内环境气象研究者迫在眉睫的任务。

近日,我系常炉予博士生、吴志伟教授和长三角环境气象预报预警中心许建明研究员通过评估当下常用的霾污染指数对全国几大主要霾区地面细颗粒物(PM2.5)质量浓度多变率特征,发现基于日均能见度和相对湿度阈值法定义的指数可以很好地表征近几年我国地面细颗粒物(PM2.5)质量浓度的时空变化规律。基于该方法,课题组重构了长序列的霾污染指数,针对四川盆地霾污染频发季节(12-1月)的污染气候成因,强调了盆地特殊地形(西临青藏高原,南临云贵高原,北临大巴山,东临巫山)以及青藏高原的动力/热力过程在调控和预测该季节霾污染年际变率中起到了重要的作用。研究发现高原附近对流层低层水平方向上偏强(弱)的北(南)支绕流导致南方的水汽输送偏差,给四川盆地带来极少的降水以及干燥的空气,极不利于气溶胶的湿沉降。此外,垂直方向上的异常下沉运动则利于低空出现强逆温,可以抑制边界层的发展,进而带来不利的垂直扩散条件。以上是导致该季节霾污染在四川盆地频繁发生的关键不利气候因子。

前期东北亚中高纬地区平流层中上层的显著增温是上述不利气候异常信号的潜在次季节前兆大气信号。 该信号可能通过两条路径,在1-2个月内影响青藏高原和四川盆地附近的气候。首先,中高层的平流层变暖信号可向下传播,并在3-4周内到达平流层低层(图2A→B)。 然后,该异常信号通过经向倾斜的305K等熵面向南和向下传播,并在2-3周内到达对流层中低纬度,即青藏高原和四川盆地附近(图2B→C一方面,根据热成风原理,高原的异常偏暖会导致附近对流层低层水平方向上出现偏强(弱)的北(南)支绕流。另一方面,到盆地上空的反气旋式次级环流影响,异常的下沉运动在750hPa附近转向为异常偏西风,下沉增温的作用决定了该层异常偏暖,低层出现明显逆温。进一步基于前期(11月)东北亚中高纬地区平流层中高层的区域平均温度指数,建立了物理经验次季节预测模型,发现模型对四川盆地的霾污染年际变率具有较高的预测技巧。

以上研究于2020先后发表在《Science of The Total Environment》期刊上。

Chang, L. Y., Z. W. Wu* and J. M. Xu, 2020: Contribution of Northeastern Asian stratospheric warming to subseasonal prediction of the early winter haze pollution in Sichuan Basin, China. Science of The Total Environment, 751:141823. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.141823

Chang, L. Y., Z. W. Wu* and J. M. Xu, 2020: A comparison of haze pollution variability in China using haze indices based on instrumental observations. Science of The Total Environment,715:136929.DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.136929



1 1980-2015年早冬(12-1月)四川盆地霾污染年际变化序列与700 hPa风场和纬向风(左图)、盆地所在纬度带内(26°N-34°N)平均温度和风场(右图)的相关分布图(打点区域和黑色箭头分别表征纬向风和风场的相关系数通过95%信度检验,黑色五角星为四川盆地大致位置)

2 60°E -115°E经度带平均温度与污染序列的高度-纬度相关图。打点通过95%信度检验,黑色实线为气候态等位温线(305K加粗),绿色线表征动力对流层顶,即位涡=2PVU1 PVU = 10-6m2Kkg-1s-1),A→BB→C代表信号可能传播路径