海冰及海温外强迫在中国冬季严重雾和霾天气形成中的作用研究

发布时间：2020-09-21 16:22

　　采用1981年1月-2017年2月国家气象信息中心雾、霾数据集资料、同期NCEP/NCAR再分析资料以及哈德来中心的海冰和海温资料,分析了秋冬季喀拉海和巴伦支海海冰与前期秋季海温两大外强迫因子与中国东部冬季雾和霾日数变化特征之间的关系。喀拉海和巴伦支海海冰对亚洲区中高纬纬向环流有重要影响,秋季海冰异常偏少是冬季亚洲区中高纬异常纬向环流形成的诱因之一。该地区秋季海冰偏少年,冬季亚洲中高纬地区纬向环流异常偏强,东亚大槽偏弱,影响我国东部地区的东亚冬季风减弱,这为大气污染物在水平方向上的聚集提供了有利条件,同时对流层从中层向下均为正温度距平,与地表温差减小,不利于对流发展,使得大气的状况变得更加稳定,不利于大气污染物在垂直方向上的扩散,水平和垂直方向上的共同作用导致中国东部地区易发生霾天气过程。虽然喀拉海和巴伦支海海冰是影响中国东部地区冬季霾过程发生的重要因子之一,但其对冬季中国东部雾天气发生日数多寡的影响并不显著。亚洲区纬向环流指数相比经向环流指数更能反应中国东部地区冬季雾-霾日数的变化,冬季亚洲中高纬纬向环流越强,中国东部地区雾-霾日数越多。在海温方面,雾和霾与海温的SVD分解结果表明,当海温处于第一模态正位相时,在中南半岛和南海存在异常西南风和南风向中国南方输送暖湿水汽。在中南半岛和南海存在异常西南风和南风向中国南方输送暖湿水汽,相比南海上的异常南风,偏强的中南半岛的异常西南风输送了气溶胶,为中国南方霾日数增多提供了条件。当海温处于第二模态正位相时,即ENSO和IOD正位相时,赤道太平洋中东部与热带印度洋西部海温偏高,热带太平洋和西太暖池海温偏低,中国南海以南及菲律宾以北上空存在菲律宾异常反气旋向中国南方输送水汽。由于异常气流以海上暖湿气流为主,同时南海海温偏低,中国南方湿度相比北方较高,暖湿气流使得南方的霾向雾转变,故中国南方的霾日数减少,雾日数增多。海温的这两种模态对中国东部的雾和霾会产生不同的影响,与海温第一模态时间系数对应的回归拟合风场上的印度洋偶极子向中国内陆的暖湿空气输送对中国东部雾和霾的形成至关重要。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P461.2
【部分图文】：

站点,台站,资料,日数

次内的能见度满足小于 10km，相对湿度小于（大于）90%[33,34]则定义为一个霾(雾)日；后者的方法是：在有雾、霾天气现象记录时且日最小能见度小于 10km，日平均相对湿度小于（大于）90%[33,34]，则定义为一个霾（雾）日，并且二者在进行订正时均不考虑轻雾。由于业务观测中容易将霾判断为轻雾，从而导致霾日数比实际情况偏少，并且雾和霾在一天内可能存在转换，所以本文认为在进行雾、霾日数数据集资料订正时不考虑轻雾，必然会造成雾和霾日数的缺失，故本文中进行资料订正的方法为：保留原始记录中原有的轻雾、雾、霾天气现象，借鉴 Chen 等[22]的方法对 1981 年 1 月至 2017 年 2 月的雾、霾日数数据集进行重新订正。对订正处理后的资料进行统计，得出 1981-2016 年冬季资料连续的基本、基准站点个数为 633 个,其分布如图 2.1a 所示。利用气象要素变化具有时空连续性的特点，对偶有缺测的台站资料进行时间和空间上的一次插补，插补之后资料连续的站点个数为 814 个，其分布如图 2.1b 所示。本文中的月雾、霾日数是该月的雾、霾日数累加值，不是月平均值。ab

序列,日数,序列,冬季雾

图 2.2 中国东部地区冬季平均（a）及 12 月-次年 2 月（b、c、d）雾和霾日数序列横坐标为时间（单位：年），纵坐标为雾或者霾的月累计天数，其中蓝线为雾日数，橙线为霾日数，灰线雾-霾日数京津冀地区冬季雾、霾日数在 2011 年之前在 25 天左右变动，在 2012 年开始异常增多，并且近 5 年来维持在较高水平，冬季雾、霾日数达到 38 天以上（图 2.3）。冬季雾、霾日数的异常增加主要是由于霾日数的增多造成的，雾日数基本维持在 10 天上下的一变化范围内。在冬季的三个月中，12 月与次年 1 月的雾、霾日数相比次年 2 月更多，12 月的雾、霾日数从 2014 年 12 月开始大幅度增加，2015 年与 2016 年 12 月的雾、霾日数达到 20 天以上，占该年冬季雾、霾日数的大部分。2014 年 2 月雾、霾日数达到 1981年以来 2 月的最高值，在 2014 年之后 2 月的雾、霾日数有所回落但仍然较多，维持在10-15 天之间。2013-2017 年 1 月份雾、霾日数均超过 15 天，相比 12 月和 1 月来说天数变化较小。

序列,日数,序列,雾日

图 2.3 京津冀地区冬季平均（a）及 12 月-次年 2 月（b、c、d）雾和霾日数序列横坐标为时间（单位：年），纵坐标为雾或者霾的月累计天数，其中蓝线为雾日数，橙线为霾日数，灰线为雾-霾日数长江三角洲地区的冬季雾日数和月霾日数在 1981-2010 年数值变化相比京津冀地区较小，在 30 天左右波动，雾日数和月霾日数数值相近，京津冀地区霾日数大致为雾日数的两倍（图 2.4）。从 2011 年冬季开始，霾日数异常增多导致冬季雾-霾日数增多，低能见度天气增多，霾日数的异常增多的情况在冬季各月均有体现，其中 12 月和次年 1月最为明显，次年 2 月的霾日数自 2006 年开始缓慢增多。雾日数的变化存在一定的周期性，变化幅度逐渐增大，其中以 12 月和次年 1 月最为明显。

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