华北冬季霾与北极波弗特海海冰的联系和相关机理研究

Recently, the haze pollution in North China (HNC) is on the increase, whose coverage, influence and complexity were all rare in the past 60 years. Many studies documented that, besides the anthropogenic emission, the meteorology conditions also were the vital factors of haze occurrence. However, the studies to explain the variation of HNC from the perspective of climate change and variability were still spare. Arctic sea ice declined persistently and significantly impacted the climate and weather in the mid-high latitude. The question raised here is that if the Arctic sea ice can modulate the atmospheric circulations to influence the haze in North China. Thus, we attempt to analyze the features of HNC and associated atmospheric circulations, and reveal the close relationship between HNC and SIB. After that, basing on the diagnostic analysis and numerical model (CMA5) approaches, the physical mechanisms will be uncovered and the related physical patterns will be developed. The achievements of this project are not only beneficial for understanding the variation of HNC theoretically, but also actually will improve the potential of seasonal prediction of HNC.

近些年，华北地区的霾日益加重，范围之广、影响之大、成因之复杂，都是历史罕见的。研究证明，除了人为因素，气象条件也是影响霾的重要因子。然而，从气候变化或变率的角度出发来科学地解释华北霾变化的研究还很少。最近北极海冰面积屡创新低，对北半球中高纬度的天气气候产生了显著地影响。那么，北极波弗特海的海冰是否能够通过调控大气遥相关作用于局地气象条件，进而对华北冬季霾产生影响呢？正是基于上述考虑，项目将从气候变化和变率的角度出发，深刻认识华北地区冬季霾的气候变化事实，建立相关的大气环流三维图像；揭示华北冬季霾和前期秋季波弗特海海冰之间的联系；最后应用动力诊断分析方法和大气模式CAM5深入研究前期秋季波弗特海海冰对华北冬季霾的影响机理，建立相应的物理概念模型。项目成果不仅能够从理论上提高对华北冬季霾变化规律的理解，而且为开展华北霾日数短期气候预测业务的提供科学依据。

从气候变化或变率的角度出发来科学地解释华北霾污染变化的研究还很少。北极海冰面积屡创新低，对北半球中高纬度的天气气候产生了显著地影响。那么，北极波弗特海的海冰是否能够通过调控大气遥相关作用于局地气象条件，进而对华北冬季霾产生影响呢？ . 本项目（1）建立了华北冬季霾相关的异常大气环流三维图像，发现东北亚反气旋的形成和维持与导致重度霾形成的局地气象条件有密切联系；（2）揭示了前秋波弗特海海冰增加，造成阿拉斯加湾海温异常，进而影响华北前冬霾日数的物理途径，并且进一步地探讨了此项关系的年代际变化和物理机制；（3）揭示出华北地区后冬霾日数和前冬的显著差异，以及楚科奇海海冰影响后冬霾的物理机制。此外，本项目还增量研究了以下内容：（4）讨论了不同气候因子对华北霾污染的协同调控作用；（5）解释了减排背景下2018年PM2.5浓度较2017年的反弹可能是由于前期驱动因子向霾多方向进行调控所致；（6）发现了气候异常因子通过调节与华北霾污染相关的气象条件，加速了霾污染在2010年之后的恶化速度（趋势逆转）。. 项目成果不仅能够从理论上提高对华北冬季霾变化规律的理解，而且为开展华北霾日数短期气候预测业务的提供科学依据。2016–2020年，项目负责人连续实时提前预测出京津冀和长三角冬季逐月的霾日数（准确率为83.3%），为减排措施的制定提供更长时间的科学支撑。预测结论通过多期决策咨询报告上报到中央办公厅、国务院办公厅（《中科院院士建议》）和江苏省政府。