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中国空气污染对经济发展和公众健康造成了不利影响，减缓空气污染成为科学界、公众和政府关注的一大重要问题。尽管中国政府实施了严格的大气污染物排放控制措施，但近年来，中国持续性霾污染事件仍呈频发趋势，其中冬季（12月至次年2月）发生的频率最大。霾事件指大气细颗粒物（PM2.5）含量升高，从而导致能见度小于10 km的情况。当细颗粒物浓度超过150 μg/m3，即世界卫生组织（WHO）规定的危害人类健康的水平时，可视为严重霾事件。例如，2013年1月发生的严重霾事件，席卷了中国30多个城市，北京的PM2.5最大日均浓度更是超过了500 μg/m3，并导致高达34亿美元的经济损失。虽然污染物的排放通常被认为是导致霾事件的罪魁祸首，但是气象条件也对霾事件的发生和发展产生重要影响。

近期，国际多篇文章从气候变化角度分析了中国京津冀区域冬季严重霾事件的成因，为中国空气污染治理提供了一个新思路。2017年3月1日，《大气科学进展》（Advances in Atmospheric Sciences）期刊发表题为《京津冀区域持续性霾事件发生的大气环流和动力学机制》（Atmospheric Circulation and Dynamic Mechanism for Persistent Haze Events in the Beijing–Tianjin–Hebei Region）的封面文章，揭示了1980年以来持续性严重霾污染事件发生的大气环流和动力机制。15日，《科学进展》（Science Advances）期刊发表题为《北极海冰、欧亚大陆积雪与中国冬季极端霾》（Arctic Sea Ice, Eurasia Snow, and Extreme Winter Haze in China）的文章，指出全球气候变化导致的北极海冰减少与欧亚降雪增加改变了区域大气环流结构，进而可能加剧了中国近年来的冬季严重空气污染问题。20日，《自然·气候变化》（Nature Climate Change）期刊发表题为《气候变化背景下天气条件导致北京严重霾的发生更加频繁》（Weather Conditions Conducive to Beijing Severe Haze More Frequent Under Climate Change）的文章，发现全球变暖会增加有利于类似北京严重霾事件发生的天气条件，并增加未来冬季严重霾事件的发生频率和持续时间。这些研究成果受到了科学家和媒体的广泛关注。本文对这3篇文章的核心观点进行了整理，以供参考。

1 霾事件发生的大气环流和动力机制

国家气候中心丁一汇院士课题组在《大气科学进展》期刊发表的文章，基于区域极端事件目标识别技术（OITREE）分析了1980—2013年京津冀区域持续性霾事件（RPHEs）发生的环流和动力机制。研究发现，过去34年，京津冀发生了49起区域持续性霾事件，发生的频率呈上升趋势，多数持续性强霾事件发生在秋冬季节，其发生的大气环流和动力机制为：

（1）京津冀持续性霾天气的水汽条件。京津冀持续性霾事件的发生有三条主要的水汽输送通道：东南和西南两条长路径水汽输送通道以及偏西的短路径水汽输送通道。京津冀持续性严重霾事件发生的类型可分为纬向西风（ZWA）型和高压脊（HPR）型。当纬向西风型霾事件发生时，主要是由东南和西南水汽输送通道向京津冀地区输送水汽，大部分区域相对湿度可达70%~80%，充分的水汽条件有利于霾天气的形成和维持。而高压脊型霾事件发生时，主要是由西南和偏西通道向京津冀地区输送水汽，相对湿度较平直西风型略低，约为60%~70%。

（2）京津冀持续性霾天气的动力机制。在纬向西风气流或高压脊前西北气流的大尺度环流背景下，京津冀区域对流层可产生持续而深厚的下沉气流，从而挤压大气边界层致使其厚度降低，低层产生逆温，大气的垂直扩散能力和大气环境容量均下降，大量的污染物和水汽聚集在较低的边界层内，为霾天气的维持和加剧提供了有利的动力条件。

2 静稳天气是导致严重霾事件的重要因素

美国佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）王育航教授团队在《科学进展》期刊发表的文章，收集了包括气象能见度观测与卫星监测数据在内的相关资料，基于地表风速与逆温强度创建了空气污染潜势指数（pollution potential index，PPI），以分析空气污染历史水平，并量化扩散条件对区域空气污染的影响。研究发现，发生于中国华平原2013年1月的空气污染事件严重程度远高于过去30年间的任何水平。由于同时期的污染物排放并没有明显变化，但在静稳天气条件下，冬季大量来自工业与机动车排放的空气污染物不能通过水平扩散或垂直混合来有效清除，空气污染物便开始累积，导致 2013年1月的严重霾事件的发生。

中国海洋大学青岛海洋科学与技术国家实验室蔡文炬教授和南京信息工程大学廖宏教授在《自然·气候变化》期刊发表的文章，利用北京观测的七年冬季逐日PM2.5浓度和逐日再分析气象资料，通过合成分析构建了严重霾事件与大尺度环流变化之间的关系，并定义了一个霾天气指数（haze weather index，HWI），用以指示气象条件（大气上下层的垂直温度梯度，对流层低层经向风速，以及对流层中层纬向环流）是否有利于极端霾的发生。研究表明，与1948—1981年相比，1982—2015年北京霾天气指数>0的值（即有利于严重霾事件发生的天气条件）的频率增加了10%。因此，可以认为过去数十年的气候变化产生了更易于北京发生霾事件的天气条件。

3 极地气候变化加剧冬季霾事件的发生

王育航教授团队利用主成分分析、最大协方差分析及全球气候模式进一步调查了气候变化背景下，北极海冰、欧亚大陆北部积雪和厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）等气候因子的变化对大尺度大气环流形势以及中国东部地区污染扩散条件的影响。研究发现，中国东部平原地区静稳天气条件与北极海冰和中高纬度欧亚大陆北部地区积雪面积的变化密切相关。北极海冰在2012年秋季减小到历史性低位，而欧亚大陆北部积雪覆盖面积在2012年初冬季节达到历史性最大。海冰减少与积雪面积增加导致影响中国的西伯利亚高压脊减弱，由此减小了海陆气压与温度梯度，并导致东亚冬季风传播路径向东偏移，这一变化降低了中国东部地区的地表风速并创造了区域大范围的静稳天气条件。该模拟研究结果与当年冬季中国东部整体气温偏高，而位于中国以东的韩国和日本遭遇严寒天气相吻合，这些区域的气温变化清楚地表明冷空气影响范围发生了改变。

中国科学院大气物理研究所王会军院士课题组于2015年在《大气和海洋科学快报》（Atmospheric and Oceanic Science Letters）期刊上发表的《北极海冰减少加剧中国东部霾污染》（Arctic Sea Ice Decline Intensified Haze Pollution in Eastern China）文章，也指出北极海冰减少显著加剧了中国东部霾天气的发生。

4 未来霾污染事件的发生将会更加频繁

蔡文炬教授和廖宏教授的研究进一步利用耦合模式比较计划阶段五（CMIP5）的15个气候模式，模拟了历史气候（1950—1999）和未来高温室气体排放情景（RCP8.5）气候（2050—2099）下，强霾天气发生的频率。结果发现，在未来全球气候变暖背景下，与1950—1999年相比，到2050—2099年，霾天气指数高于1的事件（类似于2013年1月的严重霾污染事件）将增加50%。因此，未来霾事件将会更加频繁地发生，特别是极端事件。在全球气候变暖背景下，北极涛动向正位相增强、东亚冬季风减弱、东亚大槽变浅以及近地表大气增暖较快导致中低层大气更加稳定，这些因素的共同作用导致了严重霾事件的增加。

5 启示

这些研究将气候变化与区域空气污染问题联系起来，结果清楚地表明，全球气候变化导致的大尺度环流扰动对区域环境产生了显著的影响。尽管当前我国正在采取措施努力减少污染物排放，但研究发现，全球气候变化导致的北极海冰等气候因子与区域大气环境变化趋势将会在未来持续，导致我国华北平原冬季大范围的空气污染现象可能将会在未来一段时期内反复出现。因此，不利的天气条件给我国华北平原冬季空气污染治理带来了更大的挑战。根据以上研究，我国一方面需要大幅减少污染物的排放，另一方面还需要进一步应对气候变化，以考虑空气污染治理与温室气体减排的协同效应。