北方大氣氣溶膠分布輸送對夏季風活動的作用

劉靜 陳素娟

摘 要：最近幾年，隨著全球氣候變暖趨勢的不斷加劇，氣溶膠逐漸成為了影響全球氣候變化的重要因素，為了全面了解和掌握影響夏季風影響程度，現以我國北方地區沙塵天氣研究為例，針對氣溶膠特征，在結合氣溶膠傳輸路徑的基礎上，分析了北方大氣氣溶膠分布輸送對夏季風活動的作用，結果表明：由于大氣層結構不穩定，導致我國各個地區面臨沙塵暴問題;與偏北路徑相比，西北地區沙塵氣溶膠垂直分布高度相對較高，導致西北路徑沙塵污染粒較多，嚴重影響了氣溶膠離子類型所占比例。

關鍵詞：北方大氣;氣溶膠分布;輸送;夏季風活動;作用

中圖分類號：P407;P467? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）09-0170-04

Effect of Atmospheric Aerosol Distribution and Transportation in Northern on Summer Monsoon Activity

Liu Jing1，? Chen Sujuan2

（1.Agency Service Center of Gansu Meteorological Bureau， Lanzhou 730000， China; 2.Meteorological Bureau of Longnan City， Gansu Province， Longnan 746000， China）

Abstract：In recent years， with the increasing trend of global warming， aerosols have gradually become an important factor affecting global climate change. In order to fully understand and grasp the impact of the summer monsoon， this paper takes the dust weather in northern China as an example， aiming at the characteristics of aerosols and combining with the aerosol transport path， the effect of the distribution and transportation of aerosols in the northern atmosphere on the summer monsoon activity is analyzed. The results show that： due to the instability of atmospheric structure， all regions of China are faced with the problem of sandstorm; compared with the northerly path， the vertical distribution height of dust aerosol in Northwest China is relatively high， which leads to more dust pollution particles in Northwest China， and seriously affects the proportion of aerosol ion types.

Key words：northern atmosphere; aerosol distribution; transport; summer monsoon activity; action

氣溶膠主要以一種氣態形式存在，其構成成分有以下兩種，分別是固態顆粒、液態顆粒，主要懸浮在大氣中，不僅直接關系到人們的身體健康，還會與大氣中的某些物質接觸后反應，從而形成霧或云等自然現象，使得大氣能見度大幅度下降，從而嚴重影響了大氣的輻射收支，導致周圍環境的溫度發生巨大變化，從而直接影響和改變了植物的正常生長速度。因此，為了更好地控制氣溶膠，研究北方大氣氣溶膠分布輸送對夏季風活動的作用顯得尤為重要。

1 中國北方沙塵主要移動路徑下的氣溶膠特征 分析

1.1 西北路徑沙塵過程的空間特征

在西北地區，路徑沙塵過程所呈現的空間特征為：在春季，沙塵爆過程變得越來強，同時，以500m的模擬高度，對沙塵移動的路徑進行全方位控制和調整[1]，此外，沙塵天氣在西北地區的出現的頻率不斷上升，該地區的沙塵天氣覆蓋范圍往往較廣，因此，對各個地區造成的影響比較大。此外，西北路徑德沙塵天氣一旦出現，很可能對遠東地區產生一定的不良影響，因此，加強對我國北方沙塵主要移動路徑的控制顯得尤為重要。

1.2 偏西路徑沙塵過程的空間特征

在偏西地區，沙塵移動的路徑主要以由東到西的路徑為主，在該地區，所出現的沙塵天氣頻率較低，因此，一旦出現沙塵移動路徑，往往會對我國西北地區產生不同程度的影響，有時，會直接影響到東北地區的西南部。此外，在沙塵路徑的影響下[2]，我國東南地區的空氣污染程度往往較低，這是由于污染氣溶膠含量相對較低。

1.3 偏北路徑沙塵過程的空間特征

偏北路徑沙塵過程在時間和空間上的分布特征呈現出以下規律：在西北地區的東部，沙塵過程在傳輸期間，往往會增大對西北地區影響程度。例如：當污染物顆粒和沙塵粒子進行充分混合后，發現沙塵粒子具有很強的吸附性，能夠吸附大量的污染物質[3];另外，在進行遠距離輸送沙塵的過程中，一旦沙塵所含的粒子量較多，勢必會改變硝酸鹽的等污染物的時間和空間分布規律，實地污染氣溶膠濃度呈現出不斷上升趨勢。

1.4 我國西北地區不同種類氣溶膠發生頻率特征

沙塵暴天氣作為我國西北地區常見的自然現象，經常發生在春季，沙塵暴天氣的出現增加了氣溶膠含量，為了更好地研究氣溶膠特征，相關人員要借助CALIPSO數據產品，探究和分析沙塵離子在時空上的分布特征，然后，利用光學厚度，全面了解和把握沙塵源區的氣溶膠頻率特征，同時，還要借助CALIPSO衛星，利用激光雷達儀器，針對氣溶膠的垂直結構特征，構建CALIPSO氣溶膠模型，在此基礎上，根據氣溶膠的種類和光學特征，采用氣溶膠層數據采集的方式，準確地分析和統計散射數據，并推導出各種雷達信號，如散射系數、抬升現象以及區域類型等信號[4]。同時，還要將氣溶膠劃分為以下6種類型，數據集氣溶膠分類表如表1所示。然后，以內陸地區為研究對象，針對大陸污染型、沙塵型、煙塵型化污染沙塵型4種類型氣溶膠特征，科學設置這4種氣溶膠的激光雷達比，以保證觀測結果驗證的真實性、準確性和完整性。此外，還要在利用CALIPSO衛星的基礎上，根據氣溶膠的分類方法，根據氣溶膠在不同光學厚度下所發生的頻率，科學地分析和研究中國西北地區氣溶膠特征，在此基礎上，提取出沙塵氣溶膠和污染型氣溶膠的不同點。同時，還要借助雷達方程，科學確定AOD值，為后期全面了解和掌握氣溶膠在我國西北地區的頻率特征打下堅實的基礎。

2 氣溶膠對東亞夏季風強弱的響應

2.1 我國夏季風特點

我國夏季風經常受到海洋上空夏季風的不良影響，導致我國夏季風呈現出以下特點，如夏季風活動過于頻繁、降水空間變化率過大、日變化幅度過高等特點[5]，通過了解和把握我國夏季風特點，為后期更好地檢測和控制地面污染現象打下堅實的基礎。

2.2 強弱季風年下過渡區內沙塵和污染型氣溶膠發 生頻率

在強季風和弱季風中，沙塵和污染劑氣溶膠出現頻率呈現出以下特點，如位于東亞地區的沙塵出現的頻率往往較高，同時，沙塵粒子出現具有季節性特征，這無疑增加了沙塵粒子被抬升的難度，同時，與弱季風年的污染氣溶膠相比，當污染氣溶膠光學厚度不斷增加時，強季風年污染氣溶膠出現的頻率相對較高。為此，相關人員要根據強季風年和弱季風年的特征，科學控制過渡區內沙塵和污染型氣溶膠發生頻率，為后期更好地分析氣溶膠分布輸送規律，以及與夏季活動之間的關系和作用創造良好的條件。

2.3 過渡區內沙塵和污染型氣溶膠不同高度層發生 頻率

在低海拔地區，氣溶膠通常具有空間變異性強、散射度強等特征，為了更好地了解和把握沙塵型和污染型氣溶膠在不同高度層所呈現的頻率的差異性，相關人員要將沙塵氣溶膠所發生的頻率設置為4%，然后，借助邊界層，將沙塵輸送到更高的地區，為實現沙塵的遠距離輸送創造良好的條件。另外，與弱季風年相比，強季風年的污染氣溶膠出現的頻率往往較高，這種現象與沙塵氣溶膠比較類似。盡管污染氣溶膠與沙塵氣溶膠之間存在共性，但是也不同點，例如：在強季風年中，當污染氣溶膠內部的細粒子比較多時，其出現頻率往往較高甚至超過弱季風年[6]，為此，相關人員要在綜合考慮外源輸送相關因素下，向過渡區輸送污染，強弱季風年期間東亞夏季風影響過渡區沙塵型和污染型氣溶膠成分比例如圖1所示。從圖中可以看出，影響夏季風過渡區污染氣溶膠成分的因素有兩個，分別是沙塵粒子和污染粒子。在強季風年中，沙塵粒子所占的比例為19.6%，污染粒子所占比例為71.8%，由此可見，兩種粒子所占比例相加后達到了91.4%;在弱季風年中，沙塵粒子所占的比例為31.2%，污染粒子所占比例為61.4%，由此可見，兩種粒子所占比例相加后達到了92.6%，因此，在不同極端季風年中，東亞夏季風氣溶膠粒子所占比例基本相同，但是不同粒子所占比例可能存在一定的差異。在強季風年中，為了保證氣溶膠輸送的效率和效果，污染氣粒子所占比例相對較高，這是由于污染粒子具有較強的吸濕能力，導致氣溶膠光學厚度不斷下降。

2.4 氣溶膠光學厚度對夏季風進退的響應

為了更好地分析和研究氣溶膠光學厚度在時間和空間上的分布特征，為后期更好地管控氣溶膠氣候效應提供重要的依據和參考[7]。相關人員要針對當前全球氣溫變暖問題，利用氣溶膠相關特性，對氣溶膠光學厚度相關參數進行科學設置和調節，同時，還要結合我國AOD值變化規律，將AOD值設置為0.8，為了保證季風活動的空間特征，相關人員要在夏季風到來之前，不斷提高AOD值，確保夏季風對氣溶膠光學厚度影響度控制到最小，同時，還要在季風活動出現之前，采用提高AOD的方式，對季風的演變過程進行全方位跟蹤和檢測。當我國污染氣粒子被輸送到過渡區后，發現污染粒子的直徑不斷增大，這在某種程度上提高了氣溶膠的光學厚度。

3 氣溶膠的夏季風響應對溫度的影響

3.1 典型區域下不同種類氣溶膠光學厚度的貢獻率

為了更好地了解和把握非季風區、過渡區和季風區3個典型區域的不同類型氣溶膠光學厚度貢獻率的變化規律，相關人員要利用太陽光度計，采用實測值比較的方式，對氣溶膠的光學厚度進行真實化模擬，在此基礎上，精確地計算和統計氣溶膠光學厚度在時間上和空間上的變化趨勢，以達到提高最終模擬效果的目的，經過計算和測試，發現，計算數據遠遠低于實際測量數據，并得到其氣溶膠光學厚度貢獻率大小順序，即：季風區排在首位，過渡區排第2，非季風區排第3。總之，3個典型區域的氣溶膠貢獻率相對比較穩定，沒有受到季風的較大影響。

3.2 典型區域下溫度變化及其與不同種類氣溶膠的 相關關系

在季風爆發前期、中期和后期階段中，非季風區、過渡區和季風區3個典型區域溫度呈現出一定的變化規律[8]，3個典型區域內溫度在季風發展不同階段的變化如圖2所示。從圖中可以看出，非季風區、過渡區和季風區在盛行時期溫度上升幅度分別達到了22%、20%、17%，此外，在季風盛行階段中，非季風區域和過渡區域的溫度變化幅度遠遠高于季風區域，但是，當季風消失后，非季風區、過渡區和季風區的溫度下降幅度分別為46%、43%、26%，由此可見，非季風區、過渡區的溫度下降幅度遠遠大于季風區。

為了更好地研究非季風區、過渡區和季風區的溫度變化規律，相關人員要根據非季風區、過渡區和季風區3個典型區域溫度與氣溶膠光學厚度相關性，得出如表2、表3和表4所示的數據，為后期更好地了解和把握夏季風活動的規律提供重要的依據和參考。從表中的數據可以看出，季風區含有兩種物質，一種是有機碳，另一種是沙塵，但是，這兩物質沒有通過顯著性檢驗，說明溫度與硫酸鹽氣溶膠之間存在一定的相關性;在過渡區內，不同類型的氣溶膠均通過了顯著性檢驗，說明該區域的溫度與沙塵氣溶膠的AOD之間存在一定的相關性，在非季風區內，有機碳、黑碳、硫酸鹽和沙塵四種不同類型的氣溶膠均通過了顯著性檢驗，說明該區域的溫度與沙塵氣溶膠的AOD之間存在一定的相關性。

3.3 典型區域下風速變化

最近幾年，隨著全球溫室效應的不斷加劇，全球呈現出風速不斷減小的趨勢，為了更好地了解和把握我國北半球風速變化規律，相關人員要在綜合考慮強風降低速率的基礎上，分析和研究我國風俗變化趨勢，經過研究后，發現我國不部分地區均存在風速不斷減小的趨勢，同時，在西北區域，風速性下降幅度最大。另外，非季風區、過渡區兩個區域所在的風速在每年的一月份通常達到最小值，而對于季風區而言，其風速最小值在每年的6月份達到最小值，出現這一現象的原因是全球氣溫變暖，造成海陸熱力不斷下降，導致冬季風的風速不斷下降，但是，全球溫室效應的出現對季風區的影響非常小。

4 結語

綜上所述，氣溶膠存在形式主要有以下兩種，一種是固態顆粒，另一種是液態顆粒，這些顆粒形狀具有一定的多樣性，通過利用氣溶膠的散射特性、反射特性等光學特性，可以全面了解和把握氣溶膠在時空中的分布情況，為探討北方大氣氣溶膠分布輸送與夏季風活動之間的作用提供重要的依據和參考。為了保證最終研究結果的真實性、準確性和完整性，相關人員要與時俱進，不斷學習氣溶膠相關新知識和新技術，進一步提高自身的專業能力和職業素養，以實現對全球變暖問題的有效解決。

參考文獻

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