分析中国长三角地区一次严重长期区域性雾霾外文翻译资料

 2022-11-29 15:51:36

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题 目 分析中国长三角地区一次严重长期区域性雾霾

本译文翻译自Analysis of a severe prolonged regional haze episode in the Yangtze River Delta, China文献

分析中国长三角地区一次严重长期区域性雾霾

Mengya Wang a, b, Chunxiang Cao a, *, Guoshuai Li a, b, Ramesh P. Singh c

a中国科学院遥感与数字地球研究所，北京100101

b 中国科学院大学，北京100049

c 地球与环境科学学院，查普曼大学施密德科技学院，美国加州橘子郡 92866

摘要：2013年12月2日至14日，长江三角洲（YRD）发生了严重的长时间地区性雾霾事件。本文讨论了雾霾发生的可能原因和气溶胶特征。 对能见度和气象参数的分析表明，气象条件在造成雾霾的气溶胶颗粒的积聚中起着非常重要的作用。 行星边界层（PBL）的高度被认为是与雾霾形成中的其他因素一起的关键因素之一。

通过对主要成分的分析（PCA），清楚地表明来自车辆，工业和人为来源的空气污染物的累积过程是造成雾霾的主要原因。 分析气溶胶光学特性（气溶胶光学深度e AOD，埃姆斯指数e a和紫外线气溶胶指数e UVAI），以研究气溶胶负荷的时间和空间变化。 结果显示，在雾霾发生期间，细颗粒物质的浓度可能已经从中国西北地区进入该地区。 垂直气溶胶剖面分析表明，沙尘气溶胶集中在雾霾层的下部。

关键字：能见度、PM2.5、后向散射和去极化比率、区域性雾霾、长三角

1.引言

长江三角洲地区位于中国东部，占地99600平方公里，拥有1086万人口。长江三角洲是太平洋西海岸的最大的工业和农业生产区之一（Cheng et al.,2014）。 该地区是中国发展最迅速的城市群之一，因人为排放而造成严重的空气污染。过去十年间，长三角地区的严重雾霾事件正在增加(Fu et al., 2008; Deng et al., 2011)。以前的研究集中在长江流域高浓度的气溶胶颗粒上(Wang et al., 2004; Chan and Yao, 2008)。在雾霾发生期间，对长江三角洲地区能见度极低的情况的调查是以气象站点为基础的(Che et al., 2009; Gao et al., 2011)。长期的野外观测结果显示，在长江三角洲地区，PM2.5(半径小于2.5 mm)浓度对能见度有很大影响(Xiao et al., 2011; Huang et al., 2012)。高颗粒物浓度(PM2.5)是雾霾量化的一个指标(Pope et al.,2002; Tie et al., 2009)。该地区为工农业，并遭受生物质燃烧，全年气溶胶负荷非常高，气溶胶浓度严重影响人体健康、天气状况和强烈的雾霾形成。在雾霾期间，太阳辐射的散射和吸收依赖于气溶胶的光学特性，从而导致可见度降低(Malm et al., 1994, 1996)。最终扰乱日常生活，例如火车、飞机的延误或取消，以及道路上的堵塞。

在中国，近几十年来城市化的快速发展导致了地区雾霾事件的频发(Zhang et al., 2012)。中国500个大城市中，只有不到1%符合世界卫生组织(World Health Organization)建议的空气质量标准，其中7个城市排在世界上污染最严重的城市之列(Asian-Development-Bank, 2013)。空气污染已经引起了全世界对人类健康的严重关切(Gautam et al., 2007; Ma et al., 2010; Liu et al.,2010a, 2010b)。每年中国有四个主要的雾霾地区，华北的华北平原，华南的珠江三角洲地区，中国西南部的四川盆地，以及中国东部的长江三角洲地区(Zhang et al., 2012)。

AOD是大气垂直柱中气溶胶负荷的指标，也是评估气溶胶辐射强迫及其对气候影响的主要参数(Gautam et al., 2010; Balakrishnaiah et al., 2011)。埃指数(a)和AOD对波长的对数，表示粒径分布和浊度系数。采用MODIS AOD产品(http://ladsweb.nascom.nasa.gov/data/search.html)，通过7个经过良好校准的光谱通道(0.47-2.1 mm)，对全球陆地(Kaufman et al., 1997)和海洋(Tanre et al., 1997)上空的气溶胶的时空特性进行监测。在2000年至2005年期间，长江三角洲地区的AOD显示，使用MODIS MOD04的产品越来越多(Duan and Mao, 2007)。此外，还研究了与长江三角洲气象参数有关的气溶胶光学性质和特征(Deng et al., 2012; Zhuang et al., 2014)。

早期的研究并没有系统地提供关于雾霾事件形成的任何线索。本文主要以空气质量、气象和遥感数据为主要研究对象，对2013年12月进行的长时间区域雾霾形成过程进行了全面系统的分析。通过讨论观测到的能见度和气象条件、大气边界层的温度反演和不同霾事件中空气污染物的累积过程，详细分析了雾霾的形成过程。另外，利用多卫星传感器数据研究了柱状气溶胶负荷，气溶胶光学特性和垂直结构的时空变化。本文的主要目的是研究不同雾霾事件期间空气质量和气溶胶参数及其特征和相应气象参数的变化。

2.数据和方法

2013年12月2日至14日，中国中部和东部地区出现严重的长时间地区性雾霾事件(Gao et al., 2014; Hu et al., 2014)。长江三角洲区地区地形平坦(图1a)。该区域包括上海、浙江、江苏、安徽(图1b)和气象站的位置。在本研究中，我们使用了上海，徐州，南京，杭州，衢州，安庆和洪家等7个气象站的气象资料。 使用上海，徐州，南京，杭州，衢州和合肥6个城市的日均空气质量数据。

图1 (a)长江三角洲位置；(b)长江三角洲地区的气象站点位置.图1a中红色矩形的的区域为26°-35°N，114°-123°E

（为了解释这个图例中对颜色的引用，读者可以参考这篇文章的web版本）

2.1空气质量监测站网

2012年2月29日，中华人民共和国环境保护部(MEP)批准了环境空气质量指数技术法规（试行GB 3095-2012）, 首次发布了PM2.5(lt; 2.5毫米)值, 并计算空气质量指数（AQI）而不是空气污染指数（API）。空气质量指数（API和AQI）代表城市地区的空气污染(Zheng et al., 2014)。

大城市的空气质量监测站网络提供了与PM2.5、PM10 (lt;10 mm)、SO2、NO2、O3以及CO质量浓度相关的实时AQI值，本文以PM2.5、PM10、SO2、NO2以及CO的质量浓度为评价指标，对空气质量进行了评价(http://www.tianqihoubao.com/aqi/)。

2.2气象资料

中国气象数据服务系统可提供每日地面气候数据和全球地面气象资料(http://cdc.cma.gov.cn/home.do)。我们研究了长江三角洲地区的气象数据（风速，温度，气压，相对湿度和能见度），以了解气象条件与雾霾发生的关系。 此外，还使用垂直气象数据集来分析垂直大气温度和相应的大气边界层的高度(http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html)。利用混合单粒子拉格朗日积分轨迹(HYSPLIT)的后向轨迹来追踪在雾霾事件中区域内空气质量的传输(Draxler and Rolph, 2013)。韩国气象局（KMA）的气候分析图也用于讨论雾霾发生时的气象条件(http://web.kma.go.kr/chn/index.jsp)。

2.3卫星数据

在Terra和Aqua卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)提供了从36个光谱波段辐射出的一些大气获取的参数和产品，波长范围为0.4-14.4 mm。由于Terra在深蓝带中的校准误差，只有Aqua的观测资料被选中(Kwiatkowska et al., 2008)。分析了12月2-14日的空间分辨率1°times;1°的Aqua AOD三级产品(MYD08_D3)。从MODIS深蓝色中考虑埃指数(alpha;)。alpha;的值较大表示在大气中存在较小的颗粒。本文采用了AOD和来自MODIS C5产品的alpha;来识别气溶胶的尺度大小和分布。

臭氧监测仪器(OMI)载于美国国家航空航天局的Aura卫星上。OMI气溶胶指数数据提供了有关气溶胶类型的良好信息，如烟雾、灰尘和硫酸盐，并测量云压和覆盖率。在紫外波段，气溶胶对大气过程的影响在紫外波段更为强烈，，因此定义了气溶胶指数(AI)，这是吸收紫外线的气溶胶的指标(Torres et al., 1998)。本文采用空间分辨率为0.25°times;0.25°的二级UVAI网格数据，对航空粉尘的运输进行了研究。在云气溶胶激光雷达探测器卫星观测（CALIPSO）上，采用正交偏振的云-气溶胶激光雷达(CALIOP)来推测气溶胶和云的光学性质以及垂直结构(Vaughan et al., 2004; Omar et al., 2009)。CALIOP减弱的1级3.3版本的气溶胶层在532纳米的后向散射和去极化率被提取用来研究雾霾期间的气溶胶垂直特性。

3.结果和讨论

3.1区域性雾霾事件

利用能见度小于10km和相对湿度低于80%来判断雾霾事件的发生。在2013年11月28日至12月15日期间，对雾霾事件进行了分析，包括洁净日和雾霾日。我们研究了长江三角洲地区的一些城市（上海、徐州、南京、杭州、衢州、安庆和洪家）的日均AQI值和日均能见度（在00:00、06:00、12:00和18:00观测的能见度数据）。在2013年12月2日至8日的严重雾霾期间，能见度明显低于清洁日的能见度，并且具有高AQI值（图3）。2013年12月6日，上海的AQI高达421，在南京和合肥两地，AQI超过300。2013年12月7日，除徐州外，大多数城市的AQI值均超过300。2013年12月8日，衢州的AQI值高达411，南京、杭州和合肥的AQI值超过300。2013年12月8日至14日，大部分城市的能见度有所提高，但仍低于10公里，而AQI值从2013年12月13日开始增加。

3.2雾霾形成过程

从能见度变化及其影响因素、大气边界层的逆温和空气污染物积累过程三个方面探讨了雾霾的形成过程。

3.2.1气象条件

Cheng et al. (2013)指出，2000 - 2011年期间，上海，南京和杭州的年平均能见度变化在12.2、8.2和7.5公里左右。在事件3中，这三个城市的能见度值都低于年平均值。 1980 - 2009年的气候学相对湿度为73-75％(Wang et al., 2014a, 2014b)。1980年至2009年期间的气候相对湿度为73-75%。事件1和事件4中的相对湿度均小于气候值，而在事件3 相对湿度高于事件1和事件4(图3)。

11月下旬，中国东部地区气温急剧下降，并伴有强风影响泰梅尔涡旋型寒流。这种情况解释了事件1中的高可见性和良好的AQI（图2）。然而，随着泰梅尔涡旋型寒流的结束，事件1的能见度降低，而温度升高(图3)。

在12月初，大气环流是中纬度地区典型的槽-脊-槽模式。弱脊从巴尔喀什湖以东到贝加尔湖以西(Lv and He, 2014)。同时，小的海平面气压梯度力和低风速有助于形成长期严重雾霾事件和大气污染物积累的稳定气象条件。2013年12月1日，上海的能见度低于3公里，徐州，杭州和南京的能见度低于10公里。2013年12月2日，衢州和洪家地区的气象条件有利于形成霾。在图4中，我们可以看到移动到中国中东部的冷平流和位于上海的弱冷中心提高了上海的能见度，而事件3中的徐州能见度较低，但由于低风速，相对湿度增加（图3）。从2013年12月8日起，一道冷锋迅速移向江南地区东北部，从而影响了长三角地区，使雾霾得到缓解（图4）。 2013年12月9日至10日期间，由于冷锋影响，能见度增加，相对湿度降低。

12月中旬，冷空气穿过中国中东部，暖湿气流通过输送江南地区的水汽，影响中国西南和南部，导致西南和中国南部地区出现大范围的降雨。事件4中的能见度值较高，而相对湿度较低（图3）。事件4中的温度急剧下降，直到2013年12月13日冷空气的影响结束。 2013年12月15日，除徐州外，长三角地区均受雨水影响。

图2 2013年11月

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