2017年1月沈阳和松辽平原地区重污染过程气象条件影响机理分析

利用国家气象信息中心的地面和高空探测资料、自动气象站(Automatic Weather Station,AWS)观测资料及大气成分站监测资料等,研究污染气象条件即影响空气质量的气象条件参数(Parameters Linking Air-quality to Meteorological Conditions,PLAM)指数对气溶胶污染贡献的诊断和预测,探讨2017年1月沈阳和松辽平原地区一次罕见的空气重污染过程中大气垂直结构及其对污染气溶胶浓度累积增长的影响,研究沈阳地区空气重污染天气形成的气象条件影响机理。结果表明:本文定义的污染混合层高度(Height of Pollution Mixing layer,H_PML)对空气污染的分析诊断具有显著的指示意义,污染混合层高度H_PM L的降低有利于PM2.5浓度累积升高,反之亦然;本文基于PLAM指数,通过大气等熵(等θe)过程分析计算揭示的大气层结对垂直扩散的抑制,反馈影响使污染混合层高度进一步降低;本文研究的污染输送气象条件指数(PLAM→沈阳)揭示了沈阳周边地区的双向污染输送带,对沈阳等地空气污染有显著的叠加影响,是导致沈阳地区空气污染加重和持续的重要原因。

大气CO_(2)观测支持核校我国2018~2021年人为碳排放与陆地碳交换

准确估算人为碳排放和自然碳交换对我国实现碳中和目标至关重要.当前自下而上的排放清单在区域尺度上存在不确定性,且缺乏大气观测的独立验证.本文利用我国39个高精度CO_(2)地基观测站,自上而下反演获得45 km×45 km分辨率的人为碳排放与自然碳交换,实现了对排放清单的核校支持.结果表明,2018~2021年反演获得的我国年均人为碳排放总量约为125亿吨CO_(2),高于自下而上的五套排放清单约15%.扣除人和动物呼吸排放后,2018~2021年我国年均人为碳排放约为115亿吨CO_(2).从逐年变化看,2021年我国人为二氧化碳排放总量较前一年增加4%,高于2020年同比增速(1.1%),略高于2019年同比年增速(3.7%),与我国观测到的大气中的CO_(2)年增量趋势一致.扣除农田碳汇、非CO_(2)碳排放、水蚀及火点排放后,2018-2021年我国年均陆地生态系统碳汇约为21亿吨CO_(2),高于大多数全球反演模式,占同期人为碳排放约17%.陆地生态系统自然碳交换受气候变化年际波动影响较大,其中2019年受弱厄尔尼诺事件影响,碳汇同比降幅最大,2020年碳汇有所增加,2021年同比2020年增加13.7%.自上而下反演给出了大气观测视角下CO_(2)源汇时空变化,并重点突出了不同省份在实现碳中和目标时面临的挑战.

2013~2017年气象条件变化对中国重点地区PM2.5质量浓度下降的影响

2013~2017年中国出台《大气污染防治行动计划》(简称"大气十条"),实施了系列污染减排措施,重点地区PM2.5质量浓度下降明显,这其中气象条件变化起到了多大作用,是政府和公众特别关心的问题.文章主要基于各类气象要素观测、诊断、结合污染-气象条件指数等对PM2.5污染影响的深入分析,发现"大气十条"实施后的2014~2015年中国重点地区气象条件相较2013年变差, 2016和2017年气象条件相较转好.但在京津冀地区2017年相较2013年PM2.5质量浓度下降的39.6%中,仅有~5%(约占总PM2.5降幅的13%)是来自气象条件转好的贡献;在长三角地区下降的34.3%中,有~7%(约占总PM2.5降幅的20%)是来自气象条件转好的贡献,由于气象条件改善程度明显低于此区域观测到的PM2.5降幅,显示出"大气十条"实施五年减排仍然发挥了PM2.5污染改善的主导作用,天气和气候变化因素虽有影响但没有起到控制性作用(文章是用PLAM指数来量化气象条件变好或变差的).在珠三角地区,气象条件对2017年相较2013年的年均PM2.5浓度下降影响较弱,下降成效也主要来自减排的贡献. 2017年冬季气象条件在京津冀和长三角区域相较2013年分别转好约20%和30%,在两区域冬季PM2.5分别约40.2%和38.2%的降幅中起到了明显的"助推"作用.京津冀区域2016年冬季气象条件好于2017年冬季约14%,但2017年冬季PM2.5降幅仍大于2016年,显示出2017年更大力度的减排措施发挥了重要作用;在北京冬季持续性重污染期间选择气象条件相同的过程对比,也发现因减排导致的PM2.5下降幅度逐年增加,特别是2016和2017年下降的PM2.5浓度幅度更为明显,表明"大气十条"实施5年后空气质量改善的根本原因还是在于各项控制措施取得了实质性进展,特别是2017年冬季污染物排放量得到了有效削减.中国大气PM2.5持续性重污染主要发生在冬季,冬季京津冀地区仅因气象条件不利就会导致PM2.5浓度较其他季节上升约40~100%,这与冬季到达地面的太阳辐射下降有关,与中国华北冬季受青藏高原大地形"背风坡"效应所导致的下沉气流和"弱风效应"有关,与气候变暖导致的区域边界层结构日趋稳定有关.重污染形成是因为区域出现停滞-静稳的形势,高空环流型主要可分为平直西风和高压脊型,污染形成后不断累积的PM2.5污染还会进一步导致边界层气象条件转差、转差气象条件的反馈作用控制了PM2.5的"爆发性增长"现象,形成显著的不利气象条件与PM2.5累积之间的双向反馈.这些表明在中国现今大气气溶胶污染程度仍然居高的情况下,不利气象条件是持续性重污染形成、累积的必要外部条件.在重污染形成初期大幅降低区域污染排放,是消除和减少持续性重污染事件的关键手段.即使在有利气象条件下,也不宜无限制地允许排放,因为当污染累积到一定程度后会显著改变边界层气象条件、会"关闭"污染扩散的"气象通道".

2022汤加火山灰羽流的气溶胶光学、微物理和辐射特性

作为21世纪乃至近30年最强的火山喷发之一,2022年汤加火山喷发事件已经引起了广泛关注.研究表明,汤加火山喷发所产生的大量火山灰气溶胶突破对流层进入平流层,形成了一个顶部高度约为25~30 km的火山灰羽流.在喷发后的4天内,火山灰羽流在平流层环流的驱动下迅速向西移动了近10000 km.侵入平流层的火山灰气溶胶导致整个澳大利亚北部的大气气溶胶负荷显著增加,气溶胶光学厚度(AOD)在澳大利亚东北部海岸达到1.5,约为侵入前一日的15倍.此次汤加火山灰羽流主要以半径集中在~0.26μm处的细模态颗粒物为主,同时其体积峰值达到0.25μm^(3)μm^(-2).汤加火山喷发对平流层AOD和辐射平衡的影响显著,卫星观测到的平流层AOD的扰动高达0.6.这种扰动在很大程度上解释了区域性地表(大气层顶)的瞬时短波辐射强迫可达-105.0 W m^(-2)(-65.0 W m^(-2)).