气溶胶影响雾生命时间的观测与数值模拟研究

严殊祺

雾作为典型的低能见度天气现象，对交通运输具有严重影响。为减轻雾天气危害，需要研究其变化特征，理清一系列因子的影响机制。大量研究表明，中国东部雾发生频次在近50年内呈下降趋势。然而，雾生命时间（包含生成、发展、消亡、持续时间）也是雾的重要气候特征之一，受常规观测数据时间分辨率限制，其变化趋势很少有研究。

本文收集了江苏、安徽19个站点1960-2010年人工记录的天气现象数据。该数据包含了每次雾过程的生消时间（精确到分钟），因此可以研究雾持续时间的变化特征。统计结果表明，17个站点雾持续时间呈显著增加趋势（图1）。黄山（1836m）作为中国东部的背景站，雾持续时间增长趋势为（11min/10yr, 3.3%）。在其他站点中，空气污染明显比黄山严重，雾持续时间的增幅（25min/10yr, 13.8%）比黄山更明显。因此，雾持续时间的延长是由气溶胶污染加重引起的。

图1  雾持续时间(min)的变化趋势

气溶胶的促进作用体现在气溶胶-辐射相互作用（直接效应；ARI）与气溶胶-云相互作用上（间接效应；ACI）。利用WRF-Chem模拟2017年年初中国东部一场大雾过程，分离并阐述ARI与ACI影响雾生命时间的机制。模式能很好再现雾区空间分布（图2）。一系列实验表明，ACI增加雾水含量，扩大雾区面积，使雾提前形成、延迟消散，持续时间因此延长66min。相比之下ARI效应微弱，仅使雾持续时间延长3min。额外数值实验表明，在不同的水汽、气溶胶含量条件下，ACI对雾持续时间的影响都远超ARI的影响。因此，ACI对雾的形成、发展、消散起主导作用。为降低雾持续时间，减轻雾天气危害，需要对所有气溶胶物种都进行有效减排。

图2  模拟雾区（填色）与观测雾区（红色圆点）

图3  ACI与ARI效应对雾含水量(LWC)、雾区面积、雾持续时间的影响。ACI=A1DE0-A0，ARI=A1-A1DE0，AE=A1-A0。

上述成果已发表于一区期刊Geophysical Research Letters。第一作者为博士研究生严殊祺，通讯作者为朱彬教授。该研究得到了国家重点研发计划(2016YFA0602003)、国家自然科学基金(42021004)等项目的资助。

文章信息

Yan, S., Zhu, B., Zhu, T., Shi, C.,Liu, D., Kang, H., Lu, W., Lu, C. (2021). Theeffect of Aerosols on Fog lifetime:Observational evidence and modelsimulations. Geophysical ResearchLetters, 48, e2020GL61803.https://doi.org/10.1029/2020GL091156

文章原文链接

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL091156