中国中东部秋冬季雾的长期变化特征及其影响因子研究

The fog frequently occurred in autumn and winter over mid-eastern China. Most of them are radiation fog, which formation and development were not only controlled by temperature and humidity, but also related to physicochemical properties of near surface condensation nucleus. Climatic and environmental changes influence the occurrence condition and frequency of fogs by the temperature, humidity and condensation nucleus. Some meteorologists studied the effects of temperature, humidity and condensation nucleus on fogs from the view of climate change, urbanization and air pollution, respectively. However, because there are different climate condition, urbanization level and air pollution condition in different areas, and even different responses to global warming, there are different climate characteristics of fogs in different areas, and even greater differences in characteristics. This study will analyse the long-term meteorological and environmental data at each representative station, and explore the relations between autumn-winter fog frequency of mid-eastern China and regional climate change, urbanization, air pollution. Based on the coupled model of weather-atmospheric chemistry, some typical fog-haze cases are simulated and analyzed, in order to study effects of urbanization and air pollution on evolution of fog-haze, and explore the mechanism of inter-actions among the factors(including temperature, humidity and condensation nucleus) influencing fog occurrence. The research results not only have scientific meaning for knowing the relation between fog and climate and environment changes, but also provide the direct proofs for theoretical research on aerosol -cloud interactions.

我国中东部地区雾多发生在秋冬季，且以辐射雾为主，其形成和发展不仅受气温、湿度控制，也与近地面凝结核的物理化学性质有关。气候与环境变化通过上述诸因子影响雾的发生条件与频次。有学者针对不同地区分别从气候变化、城市化和空气污染角度探讨了诸因子对雾的影响。但由于各地的气候条件、城市化水平和空气污染条件不同，甚至对全球变暖的响应也不同，所以各地雾的气候特征并不一致，甚至存在较大差异。本研究拟通过分析各代表性站点的长期气象（温湿风能见度等）与环境资料，揭示我国中东部地区秋冬季雾频次与区域气候变化、城市化和空气污染的关系；利用天气-大气化学耦合模式，模拟分析典型雾-霾个例，探讨城市化和空气污染对雾-霾演化的影响；揭示诸因子相互作用影响雾发生的机制。研究结果不仅对认识雾与气候环境变化的关系具有科学意义，也为气溶胶-云相互作用的理论研究提供直接证据。

我国中东部地区雾多发生在秋冬季，且以辐射雾为主，其形成和发展不仅受气温、湿度控制，也与雾凝结核的物理化学性质有关。气候与环境变化通过上述诸因子影响雾的发生。有学者针对不同地区分别从气候变化、城市化和空气污染角度探讨了诸因子对雾的影响。但由于各地的气候条件、城市化水平和空气污染条件不同，所以各地雾的气候特征并不一致。本研究通过分析中国中东部大量站点的长期气象（温湿风能见度等）与环境资料，揭示该地区秋冬季雾频次与区域气候变化、城市化和空气污染的关系；利用天气-大气化学耦合模式，模拟分析典型雾-霾个例，探讨城市化和空气污染对雾-霾演化的影响；揭示诸因子相互作用影响雾发生的机制。主要结果如下：.1）通过长期观测资料分析表明，京津冀、长三角、珠三角雾日呈先增后减趋势，转折点约为80年代，且大城市雾日下降的时间点早于小城市5~15年。进一步将雾日长期变化定量归因于气候变化、城市化、空气污染这三个影响因子，发现人为因素(城市化、空气污染)的贡献强于气候变化。在城市化发展初期，雾日增多主要由气溶胶增多所导致，而在城市化发展成熟期，雾日减少主要由城市热岛、干岛效应所导致。.2）通过WRF-Chem数值模式，进一步阐述了城市化、气溶胶对雾的影响机制，发现城市化抑制近地面雾，缩短雾的生命周期，减弱雾的强度，但有可能导致上层雾的增强；当前的气溶胶污染程度整体上对雾一直起促进作用，使含水量与雾滴数浓度增加；城市化对雾的抑制作用远强于气溶胶的促进作用。该发现与长期资料分析结果相互印证。.3）通过一次外场观测揭示了PM2.5垂直方向上浓度的变化与边界层、雾垂直结构的关系。起雾后，PM2.5从地面开始向上被清除，清除高度与雾顶高度、湍流发展高度具有良好的对应关系。.以上系列成果揭示了影响雾的诸因子相互作用、相互制约影响雾发生的机制，体现了人为活动（城市化、空气污染）对自然环境、云雾物理的深刻影响，为气溶胶-云相互作用的理论研究提供直接证据。