北方大气气溶胶分布输送对夏季风活动的作用

刘静 陈素娟

摘 要：最近几年，随着全球气候变暖趋势的不断加剧，气溶胶逐渐成为了影响全球气候变化的重要因素，为了全面了解和掌握影响夏季风影响程度，现以我国北方地区沙尘天气研究为例，针对气溶胶特征，在结合气溶胶传输路径的基础上，分析了北方大气气溶胶分布输送对夏季风活动的作用，结果表明：由于大气层结构不稳定，导致我国各个地区面临沙尘暴问题;与偏北路径相比，西北地区沙尘气溶胶垂直分布高度相对较高，导致西北路径沙尘污染粒较多，严重影响了气溶胶离子类型所占比例。

关键词：北方大气;气溶胶分布;输送;夏季风活动;作用

中图分类号：P407;P467        文献标识码：A 文章编号：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

气溶胶主要以一种气态形式存在，其构成成分有以下两种，分别是固态颗粒、液态颗粒，主要悬浮在大气中，不仅直接关系到人们的身体健康，还会与大气中的某些物质接触后反应，从而形成雾或云等自然现象，使得大气能见度大幅度下降，从而严重影响了大气的辐射收支，导致周围环境的温度发生巨大变化，从而直接影响和改变了植物的正常生长速度。因此，为了更好地控制气溶胶，研究北方大气气溶胶分布输送对夏季风活动的作用显得尤为重要。

1 中国北方沙尘主要移动路径下的气溶胶特征 分析

1.1 西北路径沙尘过程的空间特征

在西北地区，路径沙尘过程所呈现的空间特征为：在春季，沙尘爆过程变得越来强，同时，以500m的模拟高度，对沙尘移动的路径进行全方位控制和调整[1]，此外，沙尘天气在西北地区的出现的频率不断上升，该地区的沙尘天气覆盖范围往往较广，因此，对各个地区造成的影响比较大。此外，西北路径德沙尘天气一旦出现，很可能对远东地区产生一定的不良影响，因此，加强对我国北方沙尘主要移动路径的控制显得尤为重要。

1.2 偏西路径沙尘过程的空间特征

在偏西地区，沙尘移动的路径主要以由东到西的路径为主，在该地区，所出现的沙尘天气频率较低，因此，一旦出现沙尘移动路径，往往会对我国西北地区产生不同程度的影响，有时，会直接影响到东北地区的西南部。此外，在沙尘路径的影响下[2]，我国东南地区的空气污染程度往往较低，这是由于污染气溶胶含量相对较低。

1.3 偏北路径沙尘過程的空间特征

偏北路径沙尘过程在时间和空间上的分布特征呈现出以下规律：在西北地区的东部，沙尘过程在传输期间，往往会增大对西北地区影响程度。例如：当污染物颗粒和沙尘粒子进行充分混合后，发现沙尘粒子具有很强的吸附性，能够吸附大量的污染物质[3];另外，在进行远距离输送沙尘的过程中，一旦沙尘所含的粒子量较多，势必会改变硝酸盐的等污染物的时间和空间分布规律，实地污染气溶胶浓度呈现出不断上升趋势。

1.4 我国西北地区不同种类气溶胶发生频率特征

沙尘暴天气作为我国西北地区常见的自然现象，经常发生在春季，沙尘暴天气的出现增加了气溶胶含量，为了更好地研究气溶胶特征，相关人员要借助CALIPSO数据产品，探究和分析沙尘离子在时空上的分布特征，然后，利用光学厚度，全面了解和把握沙尘源区的气溶胶频率特征，同时，还要借助CALIPSO卫星，利用激光雷达仪器，针对气溶胶的垂直结构特征，构建CALIPSO气溶胶模型，在此基础上，根据气溶胶的种类和光学特征，采用气溶胶层数据采集的方式，准确地分析和统计散射数据，并推导出各种雷达信号，如散射系数、抬升现象以及区域类型等信号[4]。同时，还要将气溶胶划分为以下6种类型，数据集气溶胶分类表如表1所示。然后，以内陆地区为研究对象，针对大陆污染型、沙尘型、烟尘型化污染沙尘型4种类型气溶胶特征，科学设置这4种气溶胶的激光雷达比，以保证观测结果验证的真实性、准确性和完整性。此外，还要在利用CALIPSO卫星的基础上，根据气溶胶的分类方法，根据气溶胶在不同光学厚度下所发生的频率，科学地分析和研究中国西北地区气溶胶特征，在此基础上，提取出沙尘气溶胶和污染型气溶胶的不同点。同时，还要借助雷达方程，科学确定AOD值，为后期全面了解和掌握气溶胶在我国西北地区的频率特征打下坚实的基础。

2 气溶胶对东亚夏季风强弱的响应

2.1 我国夏季风特点

我国夏季风经常受到海洋上空夏季风的不良影响，导致我国夏季风呈现出以下特点，如夏季风活动过于频繁、降水空间变化率过大、日变化幅度过高等特点[5]，通过了解和把握我国夏季风特点，为后期更好地检测和控制地面污染现象打下坚实的基础。

2.2 强弱季风年下过渡区内沙尘和污染型气溶胶发 生频率

在强季风和弱季风中，沙尘和污染剂气溶胶出现频率呈现出以下特点，如位于东亚地区的沙尘出现的频率往往较高，同时，沙尘粒子出现具有季节性特征，这无疑增加了沙尘粒子被抬升的难度，同时，与弱季风年的污染气溶胶相比，当污染气溶胶光学厚度不断增加时，强季风年污染气溶胶出现的频率相对较高。为此，相关人员要根据强季风年和弱季风年的特征，科学控制过渡区内沙尘和污染型气溶胶发生频率，为后期更好地分析气溶胶分布输送规律，以及与夏季活动之间的关系和作用创造良好的条件。

2.3 过渡区内沙尘和污染型气溶胶不同高度层发生 频率

在低海拔地区，气溶胶通常具有空间变异性强、散射度强等特征，为了更好地了解和把握沙尘型和污染型气溶胶在不同高度层所呈现的频率的差异性，相关人员要将沙尘气溶胶所发生的频率设置为4%，然后，借助边界层，将沙尘输送到更高的地区，为实现沙尘的远距离输送创造良好的条件。另外，与弱季风年相比，强季风年的污染气溶胶出现的频率往往较高，这种现象与沙尘气溶胶比较类似。尽管污染气溶胶与沙尘气溶胶之间存在共性，但是也不同点，例如：在强季风年中，当污染气溶胶内部的细粒子比较多时，其出现频率往往较高甚至超过弱季风年[6]，为此，相关人员要在综合考虑外源输送相关因素下，向过渡区输送污染，强弱季风年期间东亚夏季风影响过渡区沙尘型和污染型气溶胶成分比例如图1所示。从图中可以看出，影响夏季风过渡区污染气溶胶成分的因素有两个，分别是沙尘粒子和污染粒子。在强季风年中，沙尘粒子所占的比例为19.6%，污染粒子所占比例为71.8%，由此可见，两种粒子所占比例相加后达到了91.4%;在弱季风年中，沙尘粒子所占的比例为31.2%，污染粒子所占比例为61.4%，由此可见，两种粒子所占比例相加后达到了92.6%，因此，在不同极端季风年中，东亚夏季风气溶胶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异。在强季风年中，为了保证气溶胶输送的效率和效果，污染气粒子所占比例相对较高，这是由于污染粒子具有较强的吸湿能力，导致气溶胶光学厚度不断下降。

2.4 气溶胶光学厚度对夏季风进退的响应

为了更好地分析和研究气溶胶光学厚度在时间和空间上的分布特征，为后期更好地管控气溶胶气候效应提供重要的依据和参考[7]。相关人员要针对当前全球气温变暖问题，利用气溶胶相关特性，对气溶胶光学厚度相关参数进行科学设置和调节，同时，还要结合我国AOD值变化规律，将AOD值设置为0.8，为了保证季风活动的空间特征，相关人员要在夏季风到来之前，不断提高AOD值，确保夏季风对气溶胶光学厚度影响度控制到最小，同时，还要在季风活动出现之前，采用提高AOD的方式，对季风的演变过程进行全方位跟踪和检测。当我国污染气粒子被输送到过渡区后，发现污染粒子的直径不断增大，这在某种程度上提高了气溶胶的光学厚度。

3 气溶胶的夏季风响应对温度的影响

3.1 典型区域下不同种类气溶胶光学厚度的贡献率

为了更好地了解和把握非季风区、过渡区和季风区3个典型区域的不同类型气溶胶光学厚度贡献率的变化规律，相关人员要利用太阳光度计，采用实测值比较的方式，对气溶胶的光学厚度进行真实化模拟，在此基础上，精确地计算和统计气溶胶光学厚度在时间上和空间上的变化趋势，以达到提高最终模拟效果的目的，经过计算和测试，发现，计算数据远远低于实际测量数据，并得到其气溶胶光学厚度贡献率大小顺序，即：季风区排在首位，过渡区排第2，非季风区排第3。总之，3个典型区域的气溶胶贡献率相对比较稳定，没有受到季风的较大影响。

3.2 典型区域下温度变化及其与不同种类气溶胶的 相关关系

在季风爆发前期、中期和后期阶段中，非季风区、过渡区和季风区3個典型区域温度呈现出一定的变化规律[8]，3个典型区域内温度在季风发展不同阶段的变化如图2所示。从图中可以看出，非季风区、过渡区和季风区在盛行时期温度上升幅度分别达到了22%、20%、17%，此外，在季风盛行阶段中，非季风区域和过渡区域的温度变化幅度远远高于季风区域，但是，当季风消失后，非季风区、过渡区和季风区的温度下降幅度分别为46%、43%、26%，由此可见，非季风区、过渡区的温度下降幅度远远大于季风区。

为了更好地研究非季风区、过渡区和季风区的温度变化规律，相关人员要根据非季风区、过渡区和季风区3个典型区域温度与气溶胶光学厚度相关性，得出如表2、表3和表4所示的数据，为后期更好地了解和把握夏季风活动的规律提供重要的依据和参考。从表中的数据可以看出，季风区含有两种物质，一种是有机碳，另一种是沙尘，但是，这两物质没有通过显著性检验，说明温度与硫酸盐气溶胶之间存在一定的相关性;在过渡区内，不同类型的气溶胶均通过了显著性检验，说明该区域的温度与沙尘气溶胶的AOD之间存在一定的相关性，在非季风区内，有机碳、黑碳、硫酸盐和沙尘四种不同类型的气溶胶均通过了显著性检验，说明该区域的温度与沙尘气溶胶的AOD之间存在一定的相关性。

3.3 典型区域下风速变化

最近几年，随着全球温室效应的不断加剧，全球呈现出风速不断减小的趋势，为了更好地了解和把握我国北半球风速变化规律，相关人员要在综合考虑强风降低速率的基礎上，分析和研究我国风俗变化趋势，经过研究后，发现我国不部分地区均存在风速不断减小的趋势，同时，在西北区域，风速性下降幅度最大。另外，非季风区、过渡区两个区域所在的风速在每年的一月份通常达到最小值，而对于季风区而言，其风速最小值在每年的6月份达到最小值，出现这一现象的原因是全球气温变暖，造成海陆热力不断下降，导致冬季风的风速不断下降，但是，全球温室效应的出现对季风区的影响非常小。

4 结语

综上所述，气溶胶存在形式主要有以下两种，一种是固态颗粒，另一种是液态颗粒，这些颗粒形状具有一定的多样性，通过利用气溶胶的散射特性、反射特性等光学特性，可以全面了解和把握气溶胶在时空中的分布情况，为探讨北方大气气溶胶分布输送与夏季风活动之间的作用提供重要的依据和参考。为了保证最终研究结果的真实性、准确性和完整性，相关人员要与时俱进，不断学习气溶胶相关新知识和新技术，进一步提高自身的专业能力和职业素养，以实现对全球变暖问题的有效解决。

参考文献

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