东亚冬季风年际变化对我国气溶胶浓度的可能影响及机理研究

Aerosols in the atmosphere plays an important role in energy budget and atmospheric visibility. China locates in the largest monsoon (Asian monsoon) domain in the world. The East Asian winter monsoon (EAWM) plays essential influences on the weather and climate over China. However, there are no systemic analyses regarding the possible impacts of the EAWM on aerosol concentrations over China. This project will address this issue, and focus on the potential impacts of the interannual variation of EAWM on the aerosol concentrations. By using the long-term station, satellite observational datasets of aerosol concentrations and atmospheric circulations, employing the methods of numerical simulation and statistical analysis. We expect to explore the impacts of the interannual variations of EAWM on aerosol concentrations over China, to identify its critical influencing areas, to quantify to what a degree the EAWM influences the aerosol concentrations in China, and to discuss the relevant physical processes and mechanisms. On this basis, we will explore the role of the various meteorological factors on the aerosol concentrations. In the end, we will conclude the impacts of the EAWM on the aerosol concentrations over China. The implement of relevant work would not only improve the understanding of the variation of aerosol concentrations in China, also would provide some scientific references for objectively assessing the worsen air quality situations in current China, thus it would be helpful in both the scientific endeavor and practical significance.

大气气溶胶对地气系统的能量收支、大气能见度等具有重要影响。作为典型的季风系统，东亚冬季风对我国的天气气候异常具有不可忽视的重要作用。然而，目前关于东亚冬季风年际变化对我国气溶胶浓度的影响尚缺乏系统研究。本项目将利用台站、卫星观测的气溶胶、大气环流等数据集，采用资料诊断、动力分析与数值模拟相结合的方法，研究东亚冬季风年际变化对我国气溶胶浓度的可能影响，考察其动力、热力作用对我国气溶胶浓度的作用，确定东亚冬季风影响我国气溶胶浓度的关键区域，评估外部气象因素对气溶胶浓度的影响，进而探讨不同气象要素对气溶胶浓度的可能作用，揭示冬季风影响我国气溶胶浓度的可能机理。在此基础上，给出东亚冬季风年际变化影响我国气溶胶浓度的物理概念模型。相关工作的开展，将有助于更加全面的认识我国区域气溶胶浓度的变化特征及其演变规律，并将为我们准确评估我国近些年的空气质量恶化问题提供科学依据，具有重要的科学和现实意义。

中国地处世界上最大的季风区，且空气质量问题是该地区最严峻的环境问题之一。研究外部气象条件对中国区域气溶胶浓度及空间分布的影响具有重要的科学意义和现实价值。本项目利用由NASA/GEOS再分析气象资料驱动的全球大气化学传输模式GEOS-Chem，研究分析了东亚冬季风对中国区域气溶胶浓度及分布的影响。在评估模式对中国区域气溶胶浓度模拟能力的基础上，系统分析了冬季风对区域气溶胶浓度年际变化的影响，探讨了不同气象要素对气溶胶浓度的影响及其可能的机制。研究结果表明：东亚冬季风的年际变化对中国区域冬季近地面气溶胶浓度存在显著的影响，在绝大多数地区表现为负相关；显著的影响区域主要位于中国东部地区，特别是长江流域及其以北的大部分地区。研究发现，在弱季风年，中国绝大多数地区近地面PM2.5浓度呈现出一致的增加，特别是在长江流域及其以北的大部分地区，浓度变化超过10 µg m-3。弱东亚冬季风年，中国东部（110-125E, 20-45N）区域平均的近地面PM2.5浓度要较强季风年高18%左右。数值试验及一系列分析结果表明，弱冬季风年中国北方近地面气溶胶浓度显著增加，主要是由于东亚季风环流的减弱不利于气溶胶的向外扩散，且区域异常辐合的存在，有利于气溶胶在北方地区聚集。这意味着，近几十年来中国东部地区气溶胶浓度变化除与排放有关外，还与外部气象条件的变化密切相关。该研究对全面评估我国区域气溶胶浓度的变化特征及其演变规律提供了重要科学依据，具有重要的科学和现实意义。