1981—2018年中国东北地区秋冬季霾日变化及其与北极海冰的关系

doi:10.3969/j.issn.1673-503X.2022.04.008

摘要/Abstract

摘要：

利用中国东北地区1981—2018年166个地面气象观测站资料, 定义了中国东北地区秋冬季霾日指数, 分析了年际尺度上该地区霾日数与同期大气环流异常的内在关系。结果表明: 中国东北地区秋冬季霾日指数存在显著的年际变化特征, 欧亚—太平洋遥相关型(Eurasia-Pacific Teleconnection Pattern, EUP)负位相、东亚大槽偏弱等大气环流异常配置导致中国东北地区秋冬季霾的发生频次增加。巴伦支海与喀拉海北部海域是影响中国东北地区秋冬季霾日年际变化的海冰关键区, 该区域海冰面积与霾日数呈显著负相关, 北极海冰通过改变大气环流间接影响中国东北地区秋冬季霾日发生频次, 当北极海冰异常偏少时, 东亚冬季风偏弱, 近地面风速偏低, 环境湿度偏高, 中国东北地区受东北亚异常反气旋西侧的异常偏南风控制, 且受“EUP”负位相模态影响, 东亚大槽减弱, 有利于大气污染物和水汽向中国东北地区输送, 该地区秋冬季霾的发生频次增加。

关键词: 霾日, 北极海冰, 大气环流

Abstract:

Using observational data at 166 meteorological stations in Northeast China from 1981 to 2018, we defined a haze-day index in autumn and winter in Northeast China and analyzed the internal relationship between the number of haze days and the atmospheric circulation anomalies. The results indicated that the haze-day index in autumn and winter in Northeast China exhibits a significant interannual variation.The configuration of atmospheric circulation anomalies such as the negative phase of the Eurasia-Pacific Teleconnection Pattern (EUP) and the weak East Asian trough leads to the increase in the occurrence frequency of haze events during autumn and winter in Northeast China. The Barents Sea and the northern Kara Sea are key areas of sea ice that affect the interannual variation of haze days in autumn and winter over Northeast China. The area of sea ice in this region has a significantly negative correlation with the number of haze days. The atmospheric circulation indirectly affects the occurrence frequency of haze events in autumn and winter in Northeast China. When the area of Arctic sea ice is anomalously low, East Asian winter monsoon is relatively weak, near-surface wind speed is low, and ambient humidity is high. Meanwhile, Northeast China is controlled by the abnormal southerly winds on the western side of the Northeast Asian abnormal anticyclone and is influenced by the negative phase mode of EUP, and the large trough in East Asia is weakened, which favors the transport of air pollutants and water vapor to Northeast China, increasing the frequency of haze events in autumn and winter in this region.

Key words: Haze day, Arctic sea ice, Atmospheric circulation

中图分类号:

P461⁺.6/X513

王迪,王震,李岚,孙丽,孟鑫,肖楠舒,杨东军. 1981—2018年中国东北地区秋冬季霾日变化及其与北极海冰的关系[J]. 气象与环境学报, 2022, 38(4): 67-75.

Di WANG,Zhen WANG,Lan LI,Li SUN,Xin MENG,Nan-shu XIAO,Dong-jun YANG. Variation of haze days in Northeast China in autumn and winter and its relationship with Arctic sea ice from 1981 to 2018[J]. Journal of Meteorology and Environment, 2022, 38(4): 67-75.

图/表 10

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

参考文献 35

1	中国气象局. 地面气象观测规范[M]. 北京: 气象出版社, 2003.
2	张小曳, 孙俊英, 王亚强, 等. 我国雾—霾成因及其治理的思考[J]. 科学通报, 2013, 58 (13): 1178- 1187.
3	王跃思, 姚利, 刘子锐, 等. 京津冀大气霾污染及控制策略思考[J]. 中国科学院院刊, 2013, 28 (3): 353- 363. doi: 10.3969/j.issn.1000-3045.2013.03.009
4	于杰, 李玉鹏, 苏丽欣, 等. 2019年1月长春市一次霾污染过程成因分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37 (2): 56- 63.
5	史珺, 赵玉洁. 天津市东丽区一次持续性雾霾天气过程的特征及影响要素分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37 (5): 8- 12. doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2021.05.002
6	张人禾, 李强, 张若楠. 2013年1月中国东部持续性强雾霾天气产生的气象条件分析[J]. 中国科学: 地球科学, 2014, 44 (1): 27- 36.
7	常炉予, 许建明, 周广强, 等. 上海典型持续性PM_2.5重度污染的数值模拟[J]. 环境科学, 2016, 37 (3): 825- 833.
8	刘丽伟, 李文才, 尚可政, 等. 京津冀地区一次严重霾天气过程及其影响因素分析[J]. 气象与环境学报, 2015, 31 (3): 35- 42.
9	赵娜, 尹志聪, 吴方. 北京一次持续性雾霾的特征及成因分析[J]. 气象与环境学报, 2014, 30 (5): 15- 20.
10	侯亚红, 徐方姝, 张蕊, 等. 辽宁一次区域持续性雾霾的气象成因分析[J]. 气象科技, 2017, 45 (4): 710- 716.
11	杨磊, 陈传雷, 曹世腾, 等. 2015年11月沈阳地区一次PM_2.5重污染过程综合分析[J]. 气象与环境学报, 2019, 35 (3): 37- 44. doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2019.03.005
12	马雁军, 李晓岚, 张云海, 等. 2016年12月沈阳地区一次持续性重污染天气成因机制分析[J]. 环境化学, 2020, 39 (12): 3346- 3352.
13	吴进, 李琛, 孙兆彬, 等. 北京地区两次重污染过程中PM_2.5浓度爆发性增长及维持的气象条件[J]. 干旱气象, 2017, 35 (5): 830- 838.
14	Wang J , Liu Y J , Ding Y H , et al. Impacts of climate anomalies on the interannual and interdecadal variability of autumn and winter haze in North China: A review[J]. International Journal of Climatology, 2020, 40 (10): 4309- 4325.
15	尹志聪, 王会军, 袁东敏. 华北黄淮冬季霾年代际增多与东亚冬季风的减弱[J]. 科学通报, 2015, 60 (15): 1395- 1400.
16	吴萍, 丁一汇, 柳艳菊, 等. 中国中东部冬季霾日的形成与东亚冬季风和大气湿度的关系[J]. 气象学报, 2016, 74 (3): 352- 366.
17	严中伟, 裴琳, 周天军, 等. 2017年冬季北京霾日极少的大尺度气候和环流背景: 兼论"霾气候"预测研究[J]. 气象学报, 2018, 76 (5): 816- 823.
18	Yu H Y , Li T , Liu P . Influence of ENSO on frequency of wintertime fog days in Eastern China[J]. Climate Dynamics, 2019, 52, 5099- 5113.
19	汪靖, 常越, 杨修群, 等. 欧亚积雪与京津冀秋季10—11月霾日频数年际变率的联系及其可能机制[J]. 气象科学, 2020, 40 (5): 711- 720.
20	Wang H J , Chen H P , Liu J P . Arctic sea ice decline intensified haze pollution in Eastern China[J]. Atmospheric and Oceanic Science Letters, 2015, 8 (1): 1- 9.
21	熊守权, 杨元建, 吴蓉, 等. 长江中游地区霾日的年际和年代际变化及其城乡差异成因研究[J]. 气象与环境科学, 2020, 43 (2): 33- 40.
22	陈诚, 牛涛, 陆尔. 喀拉海和巴伦支海海冰对中高纬异常纬向环流暨中国东部重霾天气形成的作用[J]. 大气科学学报, 2019, 42 (2): 267- 279.
23	Yin Z C , Li Y Y , Wang H J . Response of early winter haze in the North China Plain to autumn Beaufort sea ice[J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 2019, 19 (3): 1439- 1453.
24	杨全. 秋季北极海冰对华北后冬季霾年际变化的影响和机理[D]. 南京: 南京信息工程大学, 2020.
25	Li X L , Hu X M , Shi X Y , et al. Spatiotemporal variations and regional transport of air pollutants in two urban agglomerations in the Northeast China Plain[J]. Chinese Geographical Science, 2019, 29 (6): 917- 933.
26	刘宁微, 马雁军, 刘晓梅, 等. 沈阳地区霾与雾的观测研究[J]. 环境科学学报, 2011, 31 (5): 1064- 1069.
27	刘宁微, 万志红, 马雁军, 等. 可吸入颗粒物引发的沈阳冬季污染过程研究[J]. 干旱区资源与环境, 2008, 22 (12): 112- 117.
28	Li X L , Hu X M , Ma Y J , et al. Impact of planetary boundary layer structure on the formation and evolution of air-pollution episodes in Shenyang, Northeast China[J]. Atmospheric Environment, 2019, 214, 116850.
29	Li X L , Miao Y C , Ma Y J , et al. Impacts of synoptic forcing and topography on aerosol pollution during winter in Shenyang, Northeast China[J]. Atmospheric Research, 2021, 262, 105764.
30	吴兑, 陈慧忠, 吴蒙, 等. 三种霾日统计方法的比较分析——以环首都圈京津冀晋为例[J]. 中国环境科学, 2014, 34 (3): 545- 554.
31	李丽光, 王宏博, 刘宁微, 等. 1960—2013年辽宁省城市霾日时空特征分析[J]. 气象与环境学报, 2015, 31 (6): 115- 122.
32	崔妍, 赵春雨, 周晓宇, 等. 东北地区近50年来霾天气气候特征[J]. 中国环境科学, 2016, 36 (6): 1630- 1637.
33	Zhu Z W , Li T . The record-breaking hot summer in 2015 over Hawaii and its physical causes[J]. Journal of Climate, 2017, 30 (11): 4253- 4266.
34	Yin Z C , Wang H J , Ma X H . Possible relationship between the Chukchi Sea ice in the early winter and the February haze pollution in the North China Plain[J]. Journal of Climate, 2019, 32 (16): 5179- 5190.
35	Li Y Y , Yin Z C . Melting of perennial sea ice in the Beaufort Sea enhanced its impacts on early-winter haze pollution in North China after the mid-1990s[J]. Journal of Climate, 2020, 33 (12): 5061- 5080.

[1]	林益同, 赵春雨, 房一禾, 李倩, 方晓, 李璇, 孙琳琳, 林蓉. 东北初夏和盛夏降水时空变化及大气环流因子新特征分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37(5): 63-71.
[2]	王秀萍,李燕,张悦,赛瀚,李潇潇. 2018年盛夏大连地区极端高温干旱天气环流特征及成因分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37(4): 70-77.
[3]	高琦,徐明. 2019年长江中下游伏秋连旱的异常特征分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37(4): 93-99.
[4]	王秀萍,李红斌,张靖萱. 2018年7月大连地区异常少雨天气大气环流分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37(2): 19-26.
[5]	李宇凡,徐士琦,袭祝香,邱译萱,姜忠宝. 吉林省盛夏降水季内变化特征及大气环流分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37(2): 27-32.
[6]	汪晨,毛程燕,龚理卿,王健疆. 1951—2018年衢州市椪柑采摘期连阴雨天气变化特征[J]. 气象与环境学报, 2021, 37(2): 71-76.
[7]	王秀萍, 金巍, 王岩, 侯彦泽, 高磊. 大连地区雷暴时空变化特征及其严重年大气环流背景分析[J]. 气象与环境学报, 2019, 35(2): 61-68.
[8]	李丽光, 丁抗抗, 王宏博, 赵梓淇, 赵先丽, 陈刚, 董国平. 辽宁省城郊霾日变化特征分析[J]. 气象与环境学报, 2018, 34(6): 125-132.
[9]	田磊, 裴琳, 陈宇罡, 夏江江, 汪翔. 1970—2015年蚌埠地区霾日气候资料重建及时空变化特征[J]. 气象与环境学报, 2018, 34(5): 39-46.
[10]	张东凌, 赵艳玲, 张铭. 亚洲热带夏季风建立时风场相似度的分析[J]. 气象与环境学报, 2018, 34(5): 100-107.
[11]	杨雪艳;张丽;袭祝香;刘玉汐;徐士琦; 张晨琛. 东北地区春季沙尘天气变化特征及其与大气环流变化的关系[J]. 气象与环境学报, 2018, 34(4): 75-83.
[12]	毛卓成, 马井会, 瞿元昊, 余钟奇, 周广强, 许建明. 2015年上海地区空气质量状况及其与气象条件的关系[J]. 气象与环境学报, 2018, 34(2): 52-60.
[13]	郜凌云, 栾健, 王迪, 马虹旭, 栾澜. 辽宁省内陆与沿海城市雷暴活动特征对比分析[J]. 气象与环境学报, 2017, 33(2): 95-100.
[14]	钤伟妙, 陈静, 王晓敏, 岳宏. 1970-2013年石家庄地区霾变化特征[J]. 气象与环境学报, 2016, 32(4): 63-69.
[15]	申红艳, 马明亮, 时兴合, 戴升, 马占良. 青海高原春季气温异常及影响因子分析[J]. 气象与环境学报, 2016, 32(1): 95-102.