中國東部AOD等級變化及與東亞夏季風(fēng)的聯(lián)系

馬奮華,管兆勇

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中國東部AOD等級變化及與東亞夏季風(fēng)的聯(lián)系

馬奮華,管兆勇*

(南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210044)

利用2000年3月～2017年1月Terra衛(wèi)星反演的最新版本C06的MODIS氣溶膠光學(xué)厚度(AOD)、NCEP fnl全球業(yè)務(wù)分析數(shù)據(jù)、CMAP降水、CERES SYN1deg Ed4月平均資料、NCEP/NCAR再分析資料等,依據(jù)區(qū)域平均AOD距平的顯著年際變化特征,將歷年AOD劃分為5個(gè)不同的污染等級,并探討了不同污染等級的局地成因及其與季風(fēng)環(huán)流的聯(lián)系.結(jié)果表明,夏季中國東部地區(qū)AOD異常偏大與地面風(fēng)速小、中高層季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)不利于氣溶膠擴(kuò)散有關(guān).氣溶膠污染最重(最輕)時(shí),氣溶膠與到達(dá)地面的太陽短波輻射、地面氣溫、風(fēng)速及降水存在密切聯(lián)系;在其他污染等級下,除了與到達(dá)地面的短波輻射有密切關(guān)系外,與其他量的聯(lián)系并不明顯.氣溶膠污染嚴(yán)重時(shí),到達(dá)地面的太陽短波輻射相對減小,地面氣溫異常偏低,低層大氣冷卻,地面風(fēng)速減小,地面降水呈現(xiàn)南多北少的變化特征;反之,氣溶膠污染較輕時(shí),到達(dá)地面的太陽短波輻射相對增加,地面氣溫異常偏高,低層大氣加熱,地面風(fēng)速增大,地面降水呈現(xiàn)南少北多的變化特征.

中國東部地區(qū)；AOD；東亞夏季風(fēng)

近幾十年來,中國東部氣溶膠污染日趨嚴(yán)重[1-4],城市地區(qū)氣溶膠排放濃度最高達(dá)偏遠(yuǎn)地區(qū)排放的2.5倍[5],東部站點(diǎn)AOD是西部站AOD的2倍[6]. PM2.5與PM10[7]、黑碳[8-9]、礦物沙塵[10]等污染物的濃度亦均呈現(xiàn)較高的態(tài)勢,嚴(yán)重影響了大氣環(huán)境.同時(shí),中國東部受季風(fēng)的影響,季風(fēng)活動異?？稍斐蓢?yán)重的氣象災(zāi)害,影響人們的生產(chǎn)活動和日常生活[11].因此,氣溶膠與季風(fēng)被認(rèn)為是影響中國東部氣候環(huán)境的兩大重要影響因子[12-14].

研究表明,氣溶膠可影響季風(fēng)變動.氣溶膠通過對輻射強(qiáng)迫產(chǎn)生影響[15-18],致使海陸熱力差異改變,從而影響季風(fēng).20世紀(jì)70年代以來,東亞夏季風(fēng)減弱,長江中下游地區(qū)降水偏多、華北地區(qū)降水偏少,出現(xiàn)南澇北旱的年代際變化現(xiàn)象[19-23].吸收性氣溶膠增加可能是導(dǎo)致中國中東部夏季氣候產(chǎn)生突變的原因[24-25],而散射性氣溶膠(硫酸鹽氣溶膠)的直接氣候效應(yīng)顯著地減少了到達(dá)地面的太陽輻射,導(dǎo)致海陸溫差縮小,使東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度減弱[26],也可能是各種氣溶膠綜合作用的結(jié)果[27].數(shù)值模擬結(jié)果也表明,如果模式同時(shí)考慮散射性氣溶膠與吸收性氣溶膠,結(jié)果也顯示出氣溶膠增加可使東亞夏季風(fēng)減弱[28-29].

氣溶膠時(shí)空變化也受季風(fēng)影響.模式研究結(jié)果表明,夏季風(fēng)能夠影響氣溶膠的濃度及空間分布[30-35].模式模擬結(jié)果表明,夏季風(fēng)是氣溶膠濃度變化的主要影響因子[30],而不是氣溶膠的局地排放[31]. PM2.5的濃度在弱夏季風(fēng)年要高于強(qiáng)夏季風(fēng)年[32],對南亞夏季風(fēng)而言,也有類似的結(jié)論[31].由季風(fēng)環(huán)流變化引起的風(fēng)場變化是氣溶膠遠(yuǎn)距離輸送的主要?dú)庀笠蜃覽35-36],而季風(fēng)帶來的濕空氣也是氣溶膠濃度下降的主要原因[34],夏季風(fēng)的季節(jié)進(jìn)程對氣溶膠的再分布也產(chǎn)生影響[37].

盡管上述有關(guān)氣溶膠與季風(fēng)的關(guān)系有了大量研究,但不同條件下氣溶膠污染的程度是不同的.如果將污染分成若干等級,這些不同等級與季風(fēng)環(huán)流異常是什么關(guān)系,目前尚不是非常清楚.由于氣溶膠光學(xué)厚度表征了大氣柱中氣溶膠對光的消散作用,其量值在一定程度上反映出大氣中氣溶膠濃度的大小,且有研究表明,AOD的變化特征基本上與氣溶膠排放源的年(代)際變化相一致[38-41].因此,AOD被用來分析氣溶膠與季風(fēng)變化的聯(lián)系是一較好的選擇.本文將對AOD進(jìn)行分級,并分析其與季風(fēng)環(huán)流異常的聯(lián)系,旨在認(rèn)識氣溶膠與季風(fēng)相互作用.

1 資料與方法

為了研究中國東部夏季AOD的分布特征及其與季風(fēng)環(huán)流異常的聯(lián)系,本文選取2000年3月~2017年1月的數(shù)據(jù)資料.

AOD資料:搭載于Terra衛(wèi)星上的中分辨率成像光譜儀(MODIS)是美國地球觀測系統(tǒng)(EOS)計(jì)劃中用于觀測全球生物和物理過程的重要儀器.它具有36個(gè)中等分辨率水平(0.25um~1um)的光譜波段,每1~2d對地球表面觀測一次.本文選取MODIS最新版本C06的大氣三級產(chǎn)品中的月平均資料,空間分辨率為1°×1°. C06資料較C05資料在地面反照率估計(jì)、氣溶膠模式選擇及云篩查方案等方面均有所改進(jìn)[42-43],尤其是植被與非植被地表混合的地表反照率估計(jì)得到改進(jìn),使氣溶膠數(shù)據(jù)集的覆蓋范圍從干旱半干旱地區(qū)擴(kuò)展到整個(gè)大陸地區(qū),且與地表觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)集(Aerosol Robotic Network,簡稱AERONET)比較,氣溶膠的反演誤差減小.本文基于其中的550nm波長范圍的深藍(lán)與暗目標(biāo)算法相結(jié)合反演的AOD進(jìn)行分析.

由于上午星MODIS/Terra與下午星MODIS/ Aqua過境時(shí)間不同,所測得的AOD可能不同.本文分別對MODIS/Terra與MODIS/Aqua夏季區(qū)域平均AOD的歷年變化分析時(shí)發(fā)現(xiàn),兩星的年際變化一致,且兩者差異不大.由于Terra衛(wèi)星觀測時(shí)間序列相對長了2a,因此本文分析時(shí)選用了Terra衛(wèi)星的數(shù)據(jù)資料.

美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)提供的業(yè)務(wù)全球分析資料:空間分辨率為1°×1°,為6h一次的逐時(shí)資料,垂直方向?yàn)?1層,分析時(shí)將逐時(shí)資料處理為月平均數(shù)據(jù)資料.本文主要利用地面10m處的風(fēng)速、地面2m處氣溫,等壓面風(fēng)場等物理量進(jìn)行分析.

云地球輻射能量系統(tǒng)(Clouds and the Earth’s Radiant Energy System,簡稱CERES)CERES SYN1deg Ed4月平均資料,空間分辨率為1°×1°.

CMAP降水資料[44],空間分辨率為2.5°×2.5°.

NCEP/NCAR再分析月平均資料[45],空間分辨率為2.5°×2.5°,垂直方向?yàn)?7層,主要用于計(jì)算東亞夏季風(fēng)指數(shù).

本文所用主要方法包括距平分析、相關(guān)分析及檢驗(yàn)等.夏季定義為6~8月,而夏季平均指6~8月平均.

2 結(jié)果與討論

2.1 夏季不同污染等級劃分與AOD分布特征

2.1.1 AOD變化與風(fēng)速的關(guān)系 夏季中國東部處于污染物濃度高值區(qū).從近17a夏季平均AOD分布可看出,中國東部包括山東、京津冀以南、山西、江蘇、安徽、河南、湖北、浙江以及江西與湖南北部,AOD值均在0.6以上,AOD呈西南-東北向帶狀分布,且一直延伸到山東沿海.此時(shí),地面上10m處風(fēng)速在1.5m/s以下,比周圍及東南沿海風(fēng)速均偏小.對流層低層850hPa風(fēng)場由冬季盛行的偏北風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄募臼⑿械哪巷L(fēng),越赤道西南氣流從孟加拉灣流經(jīng)南海時(shí)風(fēng)速減小,同時(shí)由西南氣流轉(zhuǎn)變?yōu)槟巷L(fēng)氣流,從華南經(jīng)江淮流域到達(dá)華北時(shí)風(fēng)速逐漸減小,尤其是在AOD大值區(qū),風(fēng)速達(dá)到最小,在2m/s以下.同時(shí)低層印度西南季風(fēng)攜帶水汽經(jīng)南海輸送至華南,水汽通量減弱,在黃河流域以北水汽通量減小到2g/s,達(dá)到最小.

圖1 2000~2016年多年平均的夏季各變量分布

方框表示中國東部地區(qū)

較大的AOD可能使到達(dá)地表的太陽輻射減小,并減小海陸溫差,因而不利于夏季風(fēng)增強(qiáng)(如孫家仁等[26,28]).而弱的地面風(fēng)速亦不利于污染物的擴(kuò)散,導(dǎo)致AOD增大(如Yan等[32]).進(jìn)一步分析AOD與地面及850hPa風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)分布(圖2),發(fā)現(xiàn)中國東部地區(qū)AOD與地面及850hPa風(fēng)速大小呈負(fù)相關(guān)關(guān)系.尤其是AOD與地面風(fēng)速的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖2a)在江蘇大部分地區(qū)及山東西南與河南接壤處很強(qiáng),相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.60(通過0.05置信水平檢驗(yàn)).說明AOD異常偏高,地面風(fēng)速小;AOD異常偏低,地面風(fēng)速大;反之亦然.這從觀測資料分析的角度進(jìn)一步說明風(fēng)速越小,越不利于氣溶膠等污染物擴(kuò)散.

圖2 2000~2016年夏季平均AOD異常與地面及850風(fēng)速異常的相關(guān)系數(shù)分布

方框表示中國東部地區(qū),黑點(diǎn)通過0.05置信水平檢驗(yàn)

上述分析表明,AOD變化與地面和對流層低層風(fēng)速變化關(guān)系密切.但在不同AOD大小的變化情況下風(fēng)速及大氣環(huán)流則不能很好地刻畫.為此,首先依據(jù)AOD數(shù)值變化劃分污染程度等級.

2.1.2 污染程度的等級劃分 對中國東部地區(qū)[110~121°E,27.5~40°N]求AOD歷年夏季區(qū)域平均值(記為[AOD]),并給出歷年[AOD]的距平變化(圖3).從歷年AOD變化特征看,[AOD]距平分布總體呈現(xiàn)先增長后下降的趨勢,但年際變化也很明顯.有些年份如2007、2008、2010、2011、2014年,[AOD]值比平均值高出0.1以上,甚至個(gè)別年份高出平均值0.2以上;有些年份如2000、2013、2016年,[AOD]值比平均值低0.1,尤其是2016年夏季比平均值低0.2以上.這說明近17a,中國東部區(qū)域平均AOD值的年際差異比較大.

依據(jù)[AOD]距平值的不同大小范圍,將近17a氣溶膠的污染程度劃分為5級(表1),即污染嚴(yán)重、污染重、污染較重、污染輕、污染較輕,相應(yīng)地定義污染等級為Level-Ⅴ、Level-Ⅳ、Level-Ⅲ、Level-Ⅱ、Level-Ⅰ,并對應(yīng)相應(yīng)的年份.本文從這5個(gè)等級出發(fā),研究季風(fēng)環(huán)流對氣溶膠的影響.

按照5個(gè)不同等級的年份,合成分析了不同污染等級下中國東部夏季AOD距平分布(圖4).由圖4可以明顯看出,隨著AOD從Levlel-Ⅰ變化到Level-Ⅴ,中國東部區(qū)域尤其是北京、天津、河北南部以及山東半島以西AOD距平從負(fù)值逐漸變?yōu)檎?且距平值越來越大,到Level-Ⅴ級時(shí),整個(gè)中國東部及周邊地區(qū)均為正距平區(qū),AOD北高南低,與Wang等[45]分析結(jié)果一致.Level-Ⅴ與Level-Ⅰ相比,AOD距平差達(dá)到0.6(均通過了0.10置信水平距平差值檢驗(yàn)),說明中國東部AOD在不同分級之間不僅區(qū)域平均差異大,而且區(qū)域分布特征也明顯不同.

圖3 2000~2016年中國東部夏季區(qū)域平均值距平的逐年變化

直線為線性趨勢,曲線為二次擬合分布,2稱為決定系數(shù),表示二次曲線的擬合程度高低

表1 中國東部氣溶膠污染分級

圖4 不同污染等級下中國東部夏季AOD距平的分布

方框表示中國東部地區(qū),黑點(diǎn)表示通過0.10置信水平檢驗(yàn)

2.2 不同等級污染的局地成因及可能影響

中國東部污染不同等級與地面10m處風(fēng)速距平大小有關(guān).由圖5可見,污染較輕時(shí)(Level-Ⅰ),整個(gè)中國東部地面風(fēng)速距平值為正,最大正距平達(dá)到0.3m/s.隨著污染的加重(Level-Ⅱ到Level-Ⅳ),風(fēng)速距平分布變化明顯,但變化規(guī)律不明顯.到污染最重時(shí)(Level-Ⅴ),除津京冀一帶整個(gè)中國東部風(fēng)速距平變化為負(fù)值,尤其是東部沿海地區(qū)風(fēng)速距平變化最大,與歷年平均風(fēng)速相比減小最明顯.對比Level-Ⅴ與Level-Ⅰ兩級地面風(fēng)速距平分布可以說明,中國東部地區(qū)AOD異常偏高時(shí),對應(yīng)地面風(fēng)速小,AOD異常偏低時(shí),對應(yīng)地面風(fēng)速大.反之也說明,地面風(fēng)速大,AOD小;地面風(fēng)速小,AOD大.地面風(fēng)速大小,是AOD異常分布的影響因子之一,風(fēng)速大,氣溶膠容易擴(kuò)散;風(fēng)速小,氣溶膠容易積聚.但在津京冀一帶,污染較輕與污染較重的情況下,地面風(fēng)速距平大小與其他區(qū)域表現(xiàn)出相反的變化特征,即污染較輕時(shí),地面風(fēng)速距平值為負(fù),污染較重時(shí),地面風(fēng)速距平值為正,這說明尚有其他原因?qū)е翧OD的異常.

圖5 不同污染等級下中國東部夏季地面10m處地面風(fēng)速距平的分布

方框表示中國東部地區(qū),黑點(diǎn)表示通過0.10置信水平檢驗(yàn)

圖6 不同污染等級下中國東部夏季晴空地面向下的短波輻射距平的分布

方框表示中國東部地區(qū),黑點(diǎn)表示通過0.10置信水平檢驗(yàn)

不考慮云的影響,氣溶膠污染明顯使得到達(dá)地面的太陽短波輻射通量減小.由圖6可見,污染較輕時(shí)(Level-Ⅰ),到達(dá)地面的太陽短波輻射通量距平值為正,正距平為8W/m2以上的區(qū)域幾乎覆蓋了整個(gè)中國東部地區(qū),與AOD負(fù)距平分布區(qū)域范圍幾乎一致(圖4,Level-Ⅰ).隨著污染的逐步加劇(Level-Ⅱ~Level-Ⅳ),到達(dá)地面的太陽短波輻射通量距平分布發(fā)生明顯變化,這種變化特征基本上與AOD距平分布呈一致的反相變化關(guān)系,即在AOD負(fù)距平區(qū),短波輻射通量為正距平,AOD正距平區(qū),短波輻射通量為負(fù)距平區(qū).達(dá)到污染最嚴(yán)重時(shí)(Level-Ⅴ),整個(gè)中國東部短波輻射通量為負(fù)距平區(qū),污染最重的北京、天津、河北南部及河南北部,短波輻射通量負(fù)距平值達(dá)最大,為-6W/m2.這種AOD與輻射異常的反相分布的相關(guān)關(guān)系很好地反映了氣溶膠對到達(dá)地面的太陽短波輻射通量的影響.但反過來,因短波輻射的減少而導(dǎo)致大氣層結(jié)穩(wěn)定度的改變進(jìn)而影響AOD變化的過程仍需深入探討.

不同污染等級下的輻射變化可影響中國東部夏季地面2m氣溫的距平分布.由圖7可見,氣溶膠污染較輕時(shí)(Level-Ⅰ),地面氣溫距平值為正.污染逐步加劇時(shí)(Level-Ⅱ到Level-Ⅳ),地面氣溫距平分布發(fā)生變化,但與AOD距平分布(圖4,Level-Ⅱ到Level-Ⅳ)變化對應(yīng)關(guān)系較差.當(dāng)氣溶膠污染嚴(yán)重時(shí)(Level-Ⅴ),中國東部地區(qū)除京津冀南邊小范圍為正距平外,其他地區(qū)地面氣溫距平均為負(fù)值.對比Level-Ⅰ與Level-Ⅴ等級下AOD與地面氣溫的距平分布特征發(fā)現(xiàn),AOD異常偏高時(shí),地面氣溫相對下降;AOD異常偏低時(shí),地面氣溫相對增高.這說明因氣溶膠污染,使到達(dá)地面的太陽短波輻射減小,造成地面氣溫降低.反過來也說明,當(dāng)?shù)孛鏆鉁鼐嗥街递^大,地面氣溫較高時(shí),地面邊界層內(nèi)對流容易發(fā)生,氣溶膠較易向高層擴(kuò)散,可能使區(qū)域氣溶膠濃度降低;當(dāng)?shù)孛鏆鉁鼐嗥街递^小,地面氣溫較低時(shí),地面邊界層內(nèi)對流不易發(fā)生,氣溶膠不易向高層擴(kuò)散,可能使區(qū)域氣溶濃度增加.同時(shí)從上述分析發(fā)現(xiàn),氣溶膠對地面氣溫的影響,取決于氣溶膠污染的程度.

圖7 不同污染等級下中國東部夏季地面2m處氣溫距平的分布

方框表示中國東部地區(qū),黑點(diǎn)表示通過0.10置信水平檢驗(yàn)

圖8 不同污染等級下中國東部夏季地面降水距平的分布

方框表示中國東部地區(qū),黑點(diǎn)表示通過0.10置信水平檢驗(yàn)

不同污染等級與地面降水距平分布亦存在一定聯(lián)系.由圖8可見,在污染較輕時(shí)(Level-Ⅰ),中國東部江淮流域?yàn)榻邓?fù)距平區(qū),江淮流域以北至京津冀陜一帶為降水正距平區(qū),降水呈現(xiàn)“南少北多”的分布特征.而污染嚴(yán)重時(shí)(Level-Ⅴ),中國東部長江流域?yàn)榻邓嗥絽^(qū),淮河流域及以北地區(qū)為降水負(fù)距平區(qū),降水呈現(xiàn)南多北少的分布特征,這種分布特征與Menon等[25]數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果一致,說明異常氣溶膠變化與降水異常存在著可能的聯(lián)系.但在其他污染等級下(Level-Ⅱ~Level-Ⅳ),AOD距平分布與降水距平分布關(guān)系不是很明顯.

綜合以上分析可見,AOD異常偏高時(shí)(北高南低),氣溶膠污染使得到達(dá)地面的太陽短波輻射減小,地面氣溫下降,大氣冷卻,地面風(fēng)速減小,地面降水呈現(xiàn)南多北少的變化特征;AOD異常偏低時(shí)(北低南高),到達(dá)地面的太陽短波輻射增加,地面氣溫相對增高,大氣加熱,地面風(fēng)速增加,地面降水呈現(xiàn)南少北多的變化特征.這些結(jié)論從年際變化和觀測證據(jù)角度,進(jìn)一步說明氣溶膠直接效應(yīng)造成中國東部氣候變化的事實(shí).

2.3 氣溶膠不同污染等級與季風(fēng)環(huán)流的聯(lián)系

2.3.1 夏季風(fēng)強(qiáng)度與氣溶膠的聯(lián)系 為探討東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度與氣溶膠的聯(lián)系,計(jì)算了2000~2016年夏季反映東西海陸熱力差對照指數(shù)(施能等[47];趙平等[48]),緯向風(fēng)距平差指數(shù)(張慶云等[49];Wang等[50]),經(jīng)向風(fēng)距平指數(shù)(Wu等[51];Wang等[52]),既考慮海陸熱力對照又考慮緯向風(fēng)切變的指數(shù)(祝叢文等[53])以及風(fēng)速大小指數(shù)(Wang等[54]),并求歷年各指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化距平與歷年中國東部區(qū)域平均[AOD]標(biāo)準(zhǔn)化距平的相關(guān)系數(shù)(表2).由表2可見,這8種夏季風(fēng)指數(shù)與AOD的相關(guān),有4種為負(fù)相關(guān)關(guān)系,分別為SNZQYWB及WYF指數(shù),有4種為正相關(guān)關(guān)系,分別為ZPWAMZCW及WHJ指數(shù),且各指數(shù)與AOD的相關(guān)系性都不是很大,均沒有通過0.10置性水平檢驗(yàn).說明各指數(shù)在表征東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度方面雖然都有各自的優(yōu)勢,且能分析判斷東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)弱,但在判斷大氣環(huán)流場對AOD的影響方面卻不是最好的表征量.這也從另一方面說明,大氣環(huán)流對AOD的影響是多方面綜合作用的結(jié)果,影響比較復(fù)雜.

表2 各類夏季風(fēng)指數(shù)與AOD的相關(guān)系數(shù)

2.3.2 季風(fēng)環(huán)流與氣溶膠AOD變化的聯(lián)系 不同污染等級下850hPa與200hPa旋轉(zhuǎn)風(fēng)與輻散風(fēng)的距平分布呈現(xiàn)較為復(fù)雜的特征.由圖9可見,污染較輕時(shí)(Level-Ⅰ),中國東部低層850hPa受異常反氣旋式環(huán)流西側(cè)的異常東南氣流所控制,高層200hPa上受平直的異常西風(fēng)氣流控制,這樣低層利于暖濕氣流而高層利于干冷氣流存在,利于造成對流層中上層對流活動;污染嚴(yán)重時(shí)(Level-Ⅴ),對流層低層受氣旋式異常環(huán)流控制,高層受異常西南-南風(fēng)氣流控制,再加上地面風(fēng)速減小,氣溫降低,抑制了季風(fēng)區(qū)對流的發(fā)生,利于對流層低層污染的積聚.

注意到在Level-Ⅴ等級和Level-Ⅰ等級上環(huán)流異常的分布型并未明顯相反,這說明氣溶膠污染與季風(fēng)環(huán)流的關(guān)系并不是一種線性的變化關(guān)系,這也是為什么表2中各季風(fēng)指數(shù)與AOD相關(guān)系數(shù)較小的原因.

黑色(細(xì)灰)代表U,V風(fēng)場均沒通過(均通過)0.1置信水平檢驗(yàn),粗灰代表U,V其中一個(gè)量通過0.1置信水平檢驗(yàn)

2.4 討論

由于重污染與輕污染發(fā)生時(shí)季風(fēng)環(huán)流異常型并不完全相反,說明AOD變化與季風(fēng)環(huán)流變化并無顯著的線性關(guān)系,這也說明了雖然東亞夏季風(fēng)指數(shù)在表征東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度方面都有各自的優(yōu)勢,但在判斷環(huán)流異常對AOD影響方面卻不是最好的表征量.如何提取AOD年際變化和季風(fēng)環(huán)流變化密切聯(lián)系的相關(guān)信息仍是一個(gè)有待解決的問題.

還需要說明,由于MODIS氣溶膠光學(xué)厚度資料時(shí)間序列長度不足,且在AOD反演過程中可能存在一定誤差,文中結(jié)果尚需用模式或更長的時(shí)間序列進(jìn)一步驗(yàn)證.

3 結(jié)論

3.1 通過對AOD距平年際變化不同等級的劃分,將中國東部污染劃分為5個(gè)由輕至重的不同等級,并分析了AOD與環(huán)流異常的聯(lián)系.當(dāng)中國東部AOD值較高時(shí),地面風(fēng)速比周邊地區(qū)小,對流層低層流場比周邊地區(qū)弱,這種負(fù)相關(guān)關(guān)系的變化特征在AOD與地面風(fēng)速的相關(guān)分布上表現(xiàn)最明顯.

3.2 氣溶膠污染最重與最輕時(shí)(Level-Ⅴ與Level-Ⅰ級),氣溶膠與到達(dá)地面的太陽短波輻射、地面氣溫、風(fēng)速及降水存在密切的聯(lián)系,其他污染等級下(Level-Ⅱ到Level-Ⅳ級),除了與到達(dá)地面的短波輻射有聯(lián)系外,與其他變量的關(guān)系并不十分密切.

3.3 AOD異常偏高時(shí)(北高南低),到達(dá)地面的太陽短波輻射相對偏小,地面氣溫相對偏低,地面風(fēng)速減小,地面降水呈現(xiàn)南多北少的變化特征;相反,AOD異常偏低時(shí)(北低南高),到達(dá)地面的太陽短波輻射相對偏大,地面氣溫相對偏高,地面風(fēng)速加大,地面降水呈現(xiàn)“南少北多”的變化特征.

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致謝：所用MODIS氣溶膠光學(xué)厚度資料由MODIS大氣資料中心提供(https://modis-atmosphere.gsfc.nasa.gov/);NCEPfnl資料、CMAP降水資料及NCEP/NCAR資料由NOAA的地球系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室提供(https://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/tables/monthly.html);所用輻射資料為云地球輻射能量系統(tǒng)資料(https://ceres.larc.nasa.gov/ products- info.php?product=SYN1deg),利用Grads軟件軟件繪制了本文插圖.

Features of graded AOD in East China in association with East Asian summer monsoon anomalies.

MA Fen-hua, GUAN Zhao-yong*

(Key Laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of Education, Joint International Research Laboratory of Climate and Environment Change, Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China)., 2018,38(9)：3201~3210

Using the data of the latest-released aerosol optical thickness (AOD) (Collection 6) as derived from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) on the Terra spacecraft, the Final Operational Global Analysis data (NCEP FNL) from National Centers for Environmental Prediction, Climate Prediction Center (CPC) Merged Analysis of Precipitation (CMAP), CERES syn1deg Ed4monthly average data, NCEP/National Center for Atmospheric Research (NCAR) reanalysis data from March 2000 to February 2017, we have investigated the features of variations of graded AOD and their related circulation anomalies. As per the interannual variations of AOD averaged over the eastern part of China, the AOD is divided into 5 different levels, which corresponds to 5pollution grades. The results show that the anomalies of AOD in East China are larger when the surface wind speed is weaker together with the unfavorable aerosol diffusion condition of the anomalous monsoon circulation in the middle and high troposphere. When the aerosol pollution is strongest (weakest), variations of AOD is strongly related to the variations of the solar radiation at the earth surface, surface temperature, wind speed, and precipitation. At other AOD levels, the air pollution is significantly related to the surface solar radiation rather than other variables. When the air pollution is severe, the solar radiation at the earth surface is relatively lower, along with the lower surface temperature. The atmosphere in lower troposphere is cooling, and the wind speed is weakening. Meanwhile, the more precipitation occurs in the southern and less in the northern part of the eastern China. On the other hand, when the air pollution is very light, the solar radiation that reaches the earth surface will increase, and the surface air temperature gets higher. At this time, the surface wind will get stronger, and less precipitation will be received in the southern and more in the northern part of East China.

East China；aerosol optical depth (AOD)；East Asian summer monsoon

X16

A

1000-6923(2018)09-3201-10

馬奮華(1974-),女,山西忻州人,副編審,碩士,研究方向?yàn)閰^(qū)域氣候變化.發(fā)表論文3篇.

2018-01-14

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2011CB403406);江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(PAPD)

* 責(zé)任作者, 教授, guanzy@nuist.edu.cn