中国东部夏季雾霾年际变化及影响因子贡献研究

Haze-fog influences not only the air quality, human health and environment, but also the moment new normal construction of ecological civilization with improved quality and efficiency in China. But our knowledge of the long term variation and the influencing mechanism of persistent haze-fog is still very limited. In order to study the inter-annual variation of haze-fog, especially explore the increase of summertime haze-fog days in north east China since 2000, and explain the contribution of natural and human factors to persistent haze-fog, the program intends to research the following contents by data analysis and numerical simulation: the temporal and spatial distribution characteristics of haze-fog days in east China to find its inter-annual and intra-seasonal variations; the relationship between circulation anomaly and the variation of haze-fog days to explore the physical mechanism by which the general circulation impact on the annual cycle of haze-fog; simulation of the physical and chemical processes during haze-fog under typical abnormal circulations with different concentration of pollutants emission levels to explain the pathway of synoptic and climate signal influence on the regional haze-fog, and the contribution of main influencing factors. The purpose of the program is to expound factors that control the inter-annual variation of summertime haze-fog in China and the contributions of synoptic weather, climate and pollutants emissions, to provide scientific reference for making air pollution prevention and control plan.

雾霾不仅影响空气质量、人类健康和环境，而且影响我国当下增效提质的生态文明建设“新常态”发展要求。但是对雾霾的长期变化规律和持续性雾霾的影响机制，我们的认识还非常有限。为了研究我国雾霾年际变化，特别是2000年以后我国北方夏季雾霾增多的原因，阐明导致夏季持续性雾霾的自然和人为贡献， 拟用1980-2015年气象观测资料和污染源强资料，采用数据分析和数值模拟方法，研究中国东部夏季雾霾的时空分布特征，找出其季节内和年际变化规律；分析环流异常与雾霾时空变化的关系，揭示大气环流影响雾霾年循环的物理机制；模拟典型异常环流条件下雾霾发生的物理、化学过程，结合不同污染物浓度排放水平的对比分析，说明不同强度的天气和气候信号对区域性雾霾的影响机理、以及影响雾霾的主要因子的贡献。 通过本课题的研究旨在说明我国夏季雾霾年际变化的控制因素，天气、气候和污染排放对其的贡献，为科学合理地制定大气污染防治计划提供参考。

为揭示2000年以后我国北方夏季雾霾年际变化原因，区分持续性雾霾的自然原因和人为贡献，利用1980-2015年气象观测资料和污染源强资料，采用统计分析和数值模拟方法，研究了中国东部夏季雾霾的多尺度时空特征，夏季风强度对雾霾的影响，并利用WRF-CHEM 模式模拟了一定排放背景下雾霾发生的物理、化学过程，区分了不同过程对地面PM2.5浓度的贡献。研究首次提出中国东部夏季雾霾具有约50天的季节内振荡（CISO）现象。CISO对雾霾总变异的平均方差贡献率为37%。在某些年份，甚至可以达到55%。在雾霾条件下，CISO的方差贡献远高于降水等其他天气现象。CISO有三个明显的周期，其强度表现出年际变化。初夏（5-7月）CISO振幅最大，表现出由南向北的传播特征。相应地，雾霾多发区的位置存在南北摆动，与季风副热带锋区的移动是一致。这是因为东亚夏季风与雾霾的CISO具有很好的对应关系，夏季风较强（弱）的位相，对应雾霾较少（多）的位相。 ENSO事件也是区域性雾霾年际变化的重要原因：在强拉尼娜事件的衰减年，华北平原偏东风异常容易形成雾霾多发的气象条件。通过气溶胶采样和化学分析，发现污染物传输过程中老化现象，特别是在江淮气旋的约束控制下，从西北方向输入的沙尘粒子与东部人为排放的污染物接触时间长，加上南方输送的暖湿气流影响，导致空气质量在短时间内迅速恶化。通过控制排放源，对比分析污染物局地排放与远距离输运对当地PM2.5浓度的贡献。发现偏南风输送对京津冀PM2.5浓度的贡献可占到70%，传输通道位于逆温层以上0.5km 到1.5km高度以内，当南风减弱，逆温层抬升，远距离传输的污染物下降至近地面造成重污染。本项目建立了夏季风这一大尺度气候系统对雾霾天气影响的机制，可为中国东部地区雾霾大范围预报提供经验预测因子。 同时说明了二次污染和区域传输对本地空气质量的贡献，说明局地调控减排措施不能减少当地雾霾的发生，需要联防联控。