不同类型的El Ni(?)o事件对中国气溶胶污染的影响

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厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)是赤道中东太平洋区域海表温度周期性变化现象,厄尔尼诺(ElNi(?)o)事件作为ENSO事件的暖位相,对中国的气象条件有着不可忽视的重要影响。本研究使用美国能源部最新发布的地球系统模式第1版(Energy Exascale Earth System Model version 1,E3SMvl),采用叠加海温异常强迫的方法,定量研究了不同持续时间和不同空间分布的El Ni(?)o事件对中国12月-1月-2月(DJF)以及3月-4月-5月(MAM)期间的PM2.5、沙尘气溶胶浓度以及霾天的影响。研究发现,在El Ni(?)o期间,中国东北和南部的PM2.5浓度相对于气候态平均值增加了 1-μg m-3,而中国中东部的PM2.5浓度减少了约2.4 μg m-3;与长持续时间(LD)的ElNi(?)o相比,持续时间短(SD)但强度强的El Ni(?)o导致中国中东部出现偏北风异常,有利于该地区的气溶胶扩散;同时,异常的东南风削弱了中国东北冬季盛行的西北风,加剧了当地气溶胶的本地积累,导致中国东北的PM2.5浓度在SD ElNi(?)o期间相对于LD El Ni(?)o有所增高。此外,SD ElNi(?)o对中国冬季霾天的调节作用是LD ElNi(?)o的2-3倍。在次年春季,中国北方出现有利于当地气溶胶扩散的异常西北风,使得ElNi(?)o期间我国北方的PM2.5浓度相对于气候态平均值明显降低约1μgm-3,且这一 PM2.5浓度负异常在LDElNi(?)o期间更显著。同样,LDEl Ni(?)o对中国春季霾天的调节作用也是SD El Ni(?)o的数倍。无论是春季还是冬季,ElNi(?)o期间的PM2.5浓度变化主要是由大气环流变化引起的气溶胶异常积累/扩散和传输控制,而ElNi(?)o引起的降水变化对PM2.5浓度的影响不大。20世纪40年代以来,SD ElNi(?)o的发生频率明显增加,表明在过去几十年中,持续时间短的ElNi(?)o对中国冬季PM2.5污染产生了越来越强烈的调节作用,但由于其持久性较弱,对我国次年春季PM2.5的调节作用不如LD ElNi(?)o显著。沙尘是影响中国冬春季空气质量的重要自然气溶胶,也极有可能受到与El Ni(?)o相关的年际气候变异的影响。研究发现,由于ElNi(?)o引起的大气环流、降水和相对湿度等因素的变化,东太平洋(EP)、中太平洋(CP)和SDEl Ni(?)o期间中国中东部DJF沙尘浓度增加,而LD ElNi(?)o期间中国北方DJF沙尘浓度减少。值得注意的是,在次年春季,所有类型的ElNi(?)o都会增加中国北方的沙尘,但只有LD ElNi(?)o期间的增加具有统计学意义,即LD ElNi(?)o可以显著影响中国的春季沙尘。本研究有助于理解不同类型的ElNi(?)o对中国气溶胶污染的影响,对空气污染控制和沙尘暴预测有深远意义。
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