人为气溶胶对华北地区雾的影响[转]

人为气溶胶对华北地区雾的影响

**随着人为排放大气污染物的不断增多，导致****京津冀地区背景气溶胶浓度显著增大，****近年来****对雾的形成和发展产生了重要影响。但是，目前我们******对于污染背景下雾的发生发展过程的认识，还亟待加强。****

城市院贾星灿博士与美国布鲁克海文实验室（BNL）合作，****利用 WRF/Chem 数值模式系统，研究揭示了人为气溶胶对雾的影响。****研究发现，人为气溶胶的增多会对雾的微物理结构、辐射和动力热力过程产生影响：****雾滴数浓度增加，有效半径减小，进而减缓雾滴沉降，同时促进雾顶处长波辐射降温，而微物理过程和辐射的改变，影响层结的稳定度和湍流，为雾的发展和维持提供了有利的动力热力条件。****这些因素共同作用终导致污染背景下雾强度增强，雾区范围增大，持续时间增长。****该机制是华北地区雾 - 霾相互转化和持续时间长的重要机理，为污染背景下雾的预警提供了科学依据。

论文作者 贾星灿博士

关键词：气溶胶、雾、湍流、WRF/Chem 模式

（论文作者：贾星灿，刘延刚，权建农，郑子彦，刘香娥，刘全，何晖）

（完成单位：北京城市气象研究院，美国布鲁克海文实验室，北京市人工影响天气办公室）

（第 81 篇：1730 字）

京津冀地区是我国重要的经济和政治文化中心，随着快速的工业化和城市化进程，高浓度人为气溶胶给华北地区带来严重的环境问题。气溶胶既会影响到达地面的太阳短波辐，也可以作为雾滴凝结核影响雾的微观结构，从而影响边界层结构和雾的发生发展。
研究借助 WRF/Chem V3.6 模式，结合华北区域的人为排放源，系统研究了气溶胶对于雾的影响。敏感性试验结果表明，随着排放的人为气溶胶浓度的增加，使得雾的微观特性发生变化：平均液水含量和雾滴数浓度增加，而雾滴的有效半径减小。人为气溶胶浓度的增大也会对雾的宏观特征产生影响：延长雾的持续时间、抬升雾顶高度、增大雾区范围、增加雾水柱含量。且随着气溶胶浓度的不断增加，气溶胶对雾的影响程度逐渐减弱。

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污染和清洁背景下雾的主要宏微观特征量（雾滴数浓度 Nc、雾滴有效半径 Re、液水含量 LWC、雾区范围、雾的高度、持续时间和雾水柱含量 LWP）的对比和变化比率 ((P-C)/C)*100) ▲

研究揭示了处于雾的不同阶段，气溶胶与雾的相互作用机制：在雾的发生发展过程中，雾滴数浓度的增大和半径的减小会增强雾滴谱的稳定度、减缓雾滴的自动转化和沉降过程，导致液水含量增加，增强雾顶处的长波辐射降温，导致雾滴进一步发生凝结增长和潜热释放，而微物理过程中凝结释放的潜热会进一步促进湍流的发展；另一方面，雾顶处长波辐射降温增强而中下部的长波辐射增温增强，会综合导致大气稳定度的降低，也会促进湍流发展（TKE 增大）。而在雾的消亡阶段，污染背景下浓厚的雾层，会减弱到达地面的短波辐射、整层降温，地表感热潜热通量减少，抑制湍流的发展（TKE 减小）。湍流的减弱会抑制雾的消散，延长雾的持续时间。

综上所述，污染背景下在雾的发展时期，微物理过程 - 长波辐射 - 湍流之间存在一个正反馈机制，最终导致雾的总柱水含量增大，使得雾顶抬高、雾区范围增大、雾的持续时间增长。研究揭示了污染背景下雾的发生发展和消亡机理，为污染背景下雾的预报预警提供了一定的科学依据。

污染背景和清洁背景下变量的差异（a）雾液水含量 (g/kg)、(b) 雾滴数浓度、（c）有效半径、（d）温度 (℃)、（e）相对湿度 (%)、（f）长波辐射导致的温度变化率 (K/h)、（g）湍流动能 TKE (×10-2 J kg-1) 雾发展的不同阶段中，气溶胶与雾相互作用的示意图（发展和成熟阶段（上）、消亡阶段（下））。在夜间雾的发展成熟阶段，污染背景下形成了更小的雾滴，增强了雾顶长波辐射降温，使得湍流动能增加，使得雾顶被抬升到更高的高度；在日出后雾的消散阶段，污染背景下的更大的垂直液水含量导致到达地面的短波辐射减少，感热和潜热通量减少，湍流动能减弱，抑制了雾的消散。蓝色的点代表雾滴，箭头的大小示意相应量的大小

研究获得****国家重点研发计划（2017YFC0209600）和国家自然基金青年项目（41505119）****等资助。

参考文献：

Jia, X., J. Quan, Z. Zheng, X. Liu, Q. Liu, H. He, and Y. Liu, 2019: Impacts of anthropogenic aerosols on fog in North China Plain, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 124, https://doi.org/10.1029/2018JD029437.

论文网址：

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2018JD029437

（编辑：楚艳丽 ；编审：陈明轩 ）

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