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京津冀地区PM2.5持续性污染的准双周环流先兆机制及气象-污染协同作用研究

持续性污染,准双周振荡,次季节预测,污染-气象相互作用

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.2 大气污染-天气气候相互作用

我国京津冀地区冬季静稳天气频发，由此导致的PM_2.5持续性污染事件对人体健康构成威胁。本研究聚焦京津冀地区PM_2.5持续重污染与大气环流准双周异常之间的联系，通过位相合成的方法，建立了京津冀持续重污染事件的准双周尺度生命周期，发现大气环流准双周异常在污染事件的发展、维持过程中起到了重要作用。欧亚大陆准双周波列传输至东亚上空引起的东亚大槽持续性减弱对京津冀重污染天气条件有着很好的指示作用，基于这种准双周波列的传输特征，可以将西北欧上空约11天以前出现的高度场异常作为引发京津冀地区持续性污染气象条件的先兆信号。进一步地，本研究从大气环流内部变率和污染-气象相互作用的角度，揭示了京津冀地区PM_2.5持续性污染的形成机制，量化了大气环流准双周振荡对PM_2.5持续性污染的影响。大气环流准双周振荡在持续性污染事件的持续阶段具有主导作用，可使京津冀地区近地面风速下降39.5%，相对湿度增加14.3%。同时，大气环流准双周振荡对近地面气象条件的改变减缓了污染的消散过程，从而延长了污染持续时间。研究结果表明，大气环流准双周振荡和气溶胶辐射效应对于持续重污染事件均具有重要贡献：气溶胶辐射效应通过加快PM_2.5的化学生成速率使PM_2.5浓度迅速攀升，在污染峰值阶段具有关键作用；大气环流准双周振荡通过引起局地气象条件的持续异常，对于平流和化学过程均产生了显著影响，是污染得以维持的主要原因。本研究不仅深化了对京津冀静稳天气与持续性污染耦合机理的认识，也为发展面向城市应急管理的PM_2.5污染中长期预报系统提供了科学支撑。