近50年来的雾霾天气在中国的长期变化以及其与大气湿度的关系分析外文翻译资料

 2022-09-27 11:33:38

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近50年来的雾霾天气在中国的长期变化以及其与大气湿度的关系分析

丁益辉和刘艳菊

摘要：我们从中国的地面气象站近50年来雾霾天气观测（1961至2011年）的分析表明，雾日数已经历了两个阶段的变化： 1980年之前的上升趋势和1990年以后呈下降趋势。尤其，在1990年以后明显降低的趋势可以清楚地看到，这是与该表面相对湿度的下降趋势是一致的。但是，灰霾天数已表现出上升的趋势。因此，减少从雾转型过程中进入大气灰霾相对湿度的作用已开始进一步调查。据估计的霾天的平均相对湿度为约69％，低于先前估计，这意味着霾粒子变换成雾液滴是更加困难的。这可能是导致的雾天数的减少主要的环境因素之一。从雾过渡到霾相对湿度的临界点大约为82％，也低于以前的估计。因此，表面的相对湿度在中国的减少主要是由于表面温度的增加和饱和特定湿度可能对用于雾霾地层的环境条件有明显的影响。此外，我们的霾和能见度的关系的调查结果显示，随着霾天的增加，可见度明显下降。自1961年以来，平均能见度已降至4-102-4公里，约能见度以前的水平距离的一半。

关键词：雾霾天气，能见度，相对湿度，雾霾转变

正文：

在2013年1月，中国中部和东部地区持续经历了严重的雾霾天。在那些日子里，北京的污染达到的最高水平。因此，北京市气象局发布了它的气象历史上的第霾橙色预警。因此，人们开始更多地关注有关雾霾天气的问题。到现在为止，在雾霾研究包括许多方面（Ding等，2009; Wu等，2009; Zhang等，2009年）中，其中的一个是数据大多数来自气象台站观测数据在雾和长期趋势灰霾天的衍生分析。主要的结果似乎是一致的，即每年的霾天在中国呈现出显著增加的趋势，而大雾天呈下降趋势（Liu等，2005; Wang等，2006;高，2008年，胡锦涛和周，2009; Wu等人，2010年，2011; Sun等，2013）。其次，研究主要集中在雾与霾的关系，以及能见度的关系。有人建议，在中国东部大部分地区的大气能见度曾下降趋势，尤其是在珠江三角洲地区，其中能见度从20世纪80年代急剧减少到90年代初期（Zhang等，2011;的编辑部气候变化第二次国家评估报告，2011年）。这样的变化与经济的快速发展、城市化进程的加快和气溶胶排放的增加有着密切的关系。此外，气候条件主要受到人类活动的变化也可能在这种变化中起重要作用。其原因是：随着温度的升高，饱和湿度将增加。如果特定湿度没有变化，相应地，相对湿度将减小。在这方面，在家里发现了一些研究（宋等，2012）。在的长期变化趋势和雾霾天气的季节性趋势以及它们的区域特征综合分析的基础上，本文重点对相关的气候条件引发这样的变化，特别是在从雾过渡成霾的大气湿度变化应对全球变暖的大背景中的作用研究，这将有助于我们更好地理解的长期变化的雾霾天气原因和宏观气象条件，雾转换成霾的过程中的变化。

1 数据与方法

本文使用的数据主要来自于中国严格的质量控制标准下的每日观察数据，这是新近由中国国家气象信息中心编制，包括从1951年至2011年期间日常雾，霾，相对湿度以及能见度（四倍每天）。分析这些数据之前，我们一致选择了约553站点的从1961年至2011年连续记录数据。诚然，区分雾与霾这是非常困难的，并没有统一的标准可循。在中国南方，相对湿度用来判断雾霾天气。然而，这样的标准太低，使用原来的天气现象观测到直接进行分析的目标这是不够的。因此，有必要有用于雾霾的气候分析统一的标准。我们通过使用能见度，天气现象，一种广泛使用的综合评判。有90％的相对湿度用于从淡雾霾区分开，这可以容易雾霾分开（Schichtel等，2001年; Doyle和多林，2002年）。

能见度数据需要特别说明。据1955年的 临时规范的气象观测（接地）至1979年的观测能见度规则，中国国家气象局提供，能见度数据在1980年以前是以记录规模的形式存在。然而，新的表面气象观测规范在1980年实施后，能见度数据已经记录在千米的形式。他们的能见度记录模式前的不一致对比关系如表1.1.由1980年前后的记录规则不一样，有必要处理这些数据，并让他们保持一致。在这里，我们统一了所有数据的可视性从1980至2011年进入数据的形式可见规模（Zhang等，2011）。

表 1 可见性尺度和水平距离的比较

雾霾天气在中国的天气主要分布在中部和东部地区，并在西部地区比较少见。为了描述中国东部详细的雾霾天气的区域特征，我们还基于其气候条件和温度特性划分了整个东部地区分为四个分区域（宋等，2012），即I区（42°N-54°N，120°E，135°E），II区（35°N-42°N，110°E〜120°E），III区（27°N-35°N，110°E-120°E）和IV区（22.5°N-27°N，110°E〜120°E）。他们分别代表中国东北，中国北方，江淮地区和中国南方（长江和淮河之间的区域）（图1）。

图1 气象站和区域划分的位置（阴影区域显示了青藏高原）

2 霾和雾的长期趋势

对于大气观测，霾预测主要基于两气象变量：（1）水平能见度小于10公里;（2）相对湿度通常小于80％。其结果是，当大气的相对湿度小于80％时，所造成的大气浑浊度和视力模糊的可见变化是雾（吴，2009）。图2（a）示出通过整个中国从1961年平均以2011年霾天的时间变化的曲线可以看出，年度霾天数的气候平均值是在近30年来7.4 D（1981-2010），并每年提取的灰霾天数呈增加的趋势。在20世纪60年代，全国年平均灰霾天是2-4 D，而在近5年则上升到11-16 D，那些在20世纪60年代的近5倍。这种趋势大致与第二次全国评估报告的结果一致。然而，在我们工作的灰霾天数是普遍较高，尤其是在最近8 - 10年与2.3 D（10岁）-1的平均增长速度。另一特征是每年的霾天数的变异可以在整体上升过程可分为三个阶段。对于20世纪60年代，70年代时期，它表现为2.3 D（10岁）-1的值缓慢上升的趋势。对于上世纪80年代 - 90年代，但是，它保持稳定与年平均5.2的D。对于2000年代，2010年代就进入与8.8 D（10岁）-1的平均速率快速增长期。为什么每年的灰霾天数等展示近十年的快速增长趋势？究其原因仍不清楚，这可能主要是由于燃烧化石迅速增加的排放量或通过的气候变化引起的区域性大气环流格局的变化。对于这个问题，它需要进一步调查。

图2 时间序列的年灰霾天数平均超过整个中国1961年至2011年（单位：D）。 （a）年; （b）春季（三月至五月）;（c）夏季（6- 8月）; （d）秋季（九月至十一月）; （e）冬（12- 2月在次年）。黑色的粗线表示1981年和2010年之间的平均值;红色虚线是9点平滑曲线。

观察在每个季节灰霾天的长期变化，他们的特点，可以得出结论如下（图2（b） - （e）项）：（1）阴霾天多发生在冬季，约3.1 D组;只有夏季约0.8 D组;约1.6，并在春季和秋季分别为2.0天。因此，冬天是大多数朦胧天的季节。（2）在冬季和春季的灰霾天的长期变化就像那些年灰霾天，同样与三个阶段。在夏季，灰霾天持续改变，但开始从平均0.6至2天增加2001年以后，这是值得注意的。灰霾天在秋季的变化是完全不同的。这是不是从20世纪70年代稳定世纪80年代，但在过去50年呈稳步上升的趋势。在不同季节的霾天这样的微小差异可能与量的污染物排放的变化没有关系，而是与大气环流条件（包括流场，分层，蒸汽，温度和降水）相关。积极的变化趋势在中国北方，江淮，江汉，与中国南方，中国的产业和经济的发展已经快是显而易见的。同时，这些区域还污染最严重的。如果进一步观察是考虑到在中国东北，中国北方，江淮和中国南方的年灰霾天数的长期变化，很容易可以区分其中的差异（图4）。有趣的是，注意，每年的灰霾天数是在中国东北地区的高峰在1980年以前，平均2天（图4（a）条）。然后，它降低到0.6天。因此，灰霾天数是在一个较低水平，最近在中国东北30年。然而，出现在江淮和中国南方明显增加的趋势。特别是在中国南方的平均天数为3.9天一年-120世纪60年代，在2008年迅速增长到60天一年。然而，它的面貌在最近几年已呈下降趋势。在中国北方的灰霾天数1980年之前迅速增加，1976年至1990年间达到顶峰然后，它开始下降。然而，自2005年以来再次增加似乎的霾天夏季数是最低的，约0.8 天和在冬季约4天。在对中国北方的春季和秋季进行观察可以得知没有明显增加的趋势。

图3 每年的灰霾天数从1961年到2011年变化的分布阴影部分表示与95％的置信水平的值增加或减少的趋势;在正值区域等值线之间的间隔是5天每年和在负值区域是1天每年

雾的统计数据可以分为雾和轻雾。雾一般是指通过水蒸汽的冷凝创建的天气现象时的相对湿度接近100％（饱和的）。它的能见度小于1公里。光雾能见度为公里1和10之间及它的湿度小于100％，但在95％以上。雾可在其强度的光被划分为浓雾，浓雾和大雾天气（浓雾能见度区分为0.5，0.2和0.05公里）。因此可以看出，雾的能见度是最差的（小于1公里）。轻雾的能见度范围为1-10公里，而那个霾的为0-10公里。根据上述提到的，相对湿度是从霾区分雾气象参数。因此，一旦雾被变换成霾可视性可以提高。先前的研究已经表明，如果相对湿度为80％和95％，雾霾之间可以共存或在一个过渡过程。

图4四个子区域。 （a）中国东北地区; （b）中国北方; （c）江淮; （d）中国南方。

图5示出的年度雾日和轻雾在整个中国从1961年到2011年的数量的曲线1980年以前，的雾日在1960慢慢地从平均20增加到24 D中的数目，并保持相同的直到率为80年代末。自1990年以来，大雾天已在2011年迅速减少，只有15天。换句话说，雾霾天气日数都增加，不得不在20世纪80年代前的稳定期。然而，1990年以后，其变化往往是相反的。的雾日数减少，但认为的灰霾天增多。此现象可能与大气中的温度和湿度的变化密切相关。第4节将给出进一步的解释。在另一方面，轻雾日数保持在2006年之前增加，但开始在近五年缓慢下降。其总的趋势是相像的灰霾天。大气的相对湿度，或在观察从淡雾霾区别也可能是另一个重要原因的难度下降。此外，灰霾天有可能会在淡雾观测计数。

图5 时间序列的年雾日（a）和雾光天（b）的数量平均超过整个中国1961年至2011年（单位：D）。黑色的粗线代表在1981年和2010年间的平均值;红色虚线是9点平滑曲线

图6显示了中国东部的四个次区域的时间序列的年雾日数。（图6（a））的20世纪60年代和70年代之间减少，平均18的D的雾日在中国东北的数量。它减少到大约13天在2000年后，中国北方的情况是完全不同的。每年的雾日数在1990年之前增加，在20世纪60年代末17天，而1990年将达到28天。自那时以来，它已经稳步减少。的年度雾天数的变化是相似的的霾天（图4的（a）），但雾天数并未增加，因为霾天近年来那样。迷雾天江淮数先上升后下降，类似于中国北方的情况，但它的雾日数平均明显高于中国北方较大。在20世纪80年代，大雾天，年雾日数合计达43天出现更多。的雾日在中国南方的一些上世纪60年代才慢慢上升，1982年左右达到高峰（年均33 天）和迅速下降到最近18天。数量是那前几年的一半，雾日在中国南方发生的下降比在中国北方和江淮更早八年。轻雾天参加了上述四个子区域的明显增多的趋势，特别是1980年以前从那以后，除了中国南方，轻雾天保持平稳（图略）在其他三个次区域。有人表明，雾日1980年以后增加后保持稳定。雾日开始90年代后下降，完全相反的阴霾天。这种情况已经持续了约20年。光雾的变化是不同的，这是类似的霾天长期变化。

图6 同如图5（a），在中国东部四个子地区。

3 雾与霾的能见度关系

基于对天气现象观测，雾霾天气是增加大气混浊度，并减少或加重水平能见度的主要因素。从图7中，中国历史年均能见度已经表明自1960年以来呈下降趋势。1980年以前，能见度从10（约6.9级），降低到5公里（约6.6级）。然后，将其保持稳定。然而，近20年来，另一个衰退期自1995年以来出现了。

图7 年平均能见度平均超过整个中国1961年至2011年（单位：刻度）。黑色的粗线代表在1981年和2010年间的平均值;红色虚线是9点平滑曲线。

图8显示在雾霾天在中国的时间序列年平均能见度。根据第1的说明中，1961年以后的可见性数据被改变成统一尺度（表1）。水平越低，能见度越糟糕。图8示出两个特性：（1）能见度在灰霾天的范围是5.5和6.3之间的规模，即2-10公里，而在大雾天平均约5.1规模（约2公里）。平均来说，在雾日能见度比霾日低。由于雾的强度在一天多变而应该是在不同的地方的变量，它是很难界定的轻雾，大雾和浓雾的确切程度。因此，浓雾在我们估计的统计可能包含轻雾一些样品。（2）在霾和雾天能见度一直在自1961年以来呈下降趋势，其平均能见度一个级别相应下降。特别是20世纪90年代后，在雾霾天，平均能见度低于平均值。

在这里，我们特别是与能见度低于或等于3比例（小于1公里），并与能见度大于或等于4比例的严重霾天选择的严重雾天（包括烟雾雾和浓雾天）或低于5尺度（大于或等于1公里，不到4公里）调查的严重雾霾天的长期变化（图9）。它可以发现的严重霾天的基本特性是类似的所有的霾天，这是，平均能见度不断降低。但严重的大雾天能见度都是不同的。在严重的雾天，能见度的平均水平是1.9-2.2（约0.2公里），这是非常低的，并显示明显的年代际变化趋势。20世纪70年代以前，在大雾天水平能见度非常低，平均不到2.1，而20世纪70年代后，能见度水平显著上升。自80年代初，在大雾天的规模能见度已经开始恶化。然而，从1993年，在大雾天能见度水平开始回升。能见度的年变化是类似于东亚的夏季风强度的变化（鼎等，2008），但真正的原因有待进一步研究。此外，厚厚的雾和浅雾雾天，整个

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