南海夏季風背景下的廣州氣溶膠光學特性變化特征

２０８ 熱帶氣象學報 ２９卷

非常重要的。近年來，珠江三角洲地區的氣溶膠 （２））極值中心，則定義為南海夏季風顯著活躍期。

污染日趨嚴重，大氣透明度越來越差，

ＥＯＳ／ＭＯＤＩＳ衛星遙感氣溶膠光學厚度分布顯示 南海夏季風活躍與否也是針對該區域而言，其余

珠江三角洲城市群上空的大氣氣溶膠污染明顯比

周邊地區嚴重［ 。在研究珠三角氣溶膠的氣候效

應前，應該了解其時空分布特征及其原因。以往

的研究多是通過局地天氣條件來解釋氣溶膠的分

布變化特征，但從氣候學角度來看，在大尺度氣

候背景下的氣溶膠變化特征我們還了解不多。因

此，本文利用中國氣象局廣州番禺大氣成分站觀

測的氣溶膠光學特性，在大尺度的南海夏季風活

動背景下，研究其變化特征及其可能的原因。

２資料簡介

本文使用的氣溶膠吸收系數（５３２ ｎｍ）和散射 ９月２５日，表明這３個時段的南海夏季風非常活

系數（５２５ ｎｍ）是由中國氣象局廣州番禺大氣成分

站的儀器觀測計算得來，為２００８和２００９年的 降水距平雖然大于零，但環流指數的中心并不顯

５—９月日均值。其中黑碳氣溶膠濃度由黑碳儀 著，因此這兩個時段的南海夏季風雖然也是活躍，

（Ｍａｇｅｅ ｓｃｉｅｍｉｉｆｃ，ＡＥ３ １）測得的黑碳濃度值，代入 但活躍強度偏弱。圖ｌｃ是標準化的廣州氣溶膠吸

文獻【２６】的公式（３）計算得出，散射系數是由濁度 收系數（實線）和散射系數（虛線）。標準化即以原值

計（Ｅｃｏｔｅｃｈ，Ｍ９００３）測得。季風背景場資料使用 除以其標準差，得到的結果即標準化值，無單位，

ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ的日平均再分析資料［２７］，時間長度 方差為１。從圖１ｃ可看到，廣州氣溶膠光學特性

同樣為２００８和２００９年的５—９月，變量包括Ｕ

和ｖ風場、氣溫場、濕度場、凈長短波輻射通量、

感熱通量。此外，還有同時段的全球降水氣候計

劃（ＧＰＣＰ）衛星紅外窗口導出的全球降水資料

（ＧＰＩ）ｔ 引。文中所有資料都經過５天的滑動平均，

一

定程度上去除了高頻的天氣影響。根據文獻

［２９］，本文定義南海夏季風活動的環流指數為：

ｌｕ＝ｕ２ｏｏ—Ｕ８５０，（１０５～１２０。Ｅ平均） （１）

ｌｖ＝ｖ２ｏｏ—Ｖ８５ｏ，（１Ｏ５—１２０。Ｅ平均） （２）

當厶和Ｌ同時小于零，且上下層反號，則滿足南

海夏季風活躍的環流條件，若１０５—１２０。Ｅ，５～

２０。Ｎ平均的降水距平也大于零且維持１候以上，

則定義南海夏季風活躍。本文同時從環流和對流 化，以活躍期環流指數中心對應的日期進行合成。

角度來定義南海夏季風的活躍，可以更準確地描

述南海夏季風的活動［３０］。此外，當南海夏季風活

躍期間，若５。Ｎ附近有明顯的環流指數（式（１）和

本文所指的南海區域為１０５～１２０。Ｅ，５～２Ｏ。Ｎ，

地區滿足以上條件為南海夏季風影響區域。

３資料分析

３．１ ２００８和２００９年南海夏季風活動特征及廣州

氣溶膠的光學特性變化

圖１ａ是２００８年南海地區平均降水的逐日變

化，可以看到有５個連續的降水時段，它們分別

對應環流指數小于零的區域（圖１ｂ），其中５月

９一ｌ７日、７月２２日——８月１１日和９月６＿＿３０日

３個時段的降水對應的環流指數在５。Ｎ附近都有

明顯的中心，極值分別在５月１５日、８月３日和

躍；而６月２ｏ－ ４日和７月２～８日兩個時段的

的季節內尺度時間變化明顯，特別是在南海夏季

風活躍期的變化十分突出。在南海夏季風每個典

型的活躍期開始后，廣州氣溶膠的消光特性都開

始增大，一般在活躍盛期前后達到最大的消光特

性，之后消光特性開始減弱。

從圖２中同樣可以看到，２００９年南海夏季風

活躍的４個時段，分別是７月９—２１日、７月２８

日一８月４日、８月３０日— 月１４日和９月２ｃＩ＿一３０

日。對應的環流指數中心分別在７月１５日、８月

３日、９月８日和９月２５ Ｅｔ。圖２ｃ顯示的廣州氣

溶膠的消光特性在南海夏季風的活躍期同樣也有

先增長后減弱的過程。為了更清楚地看到這種變

需要說明的是，雖然氣溶膠的消光系數有年際上

的變化，但是本文分析季節內尺度問題，即在季

風期的氣溶膠消光的相對大小，因此年際差異對

２期 鄭彬等：南海夏季風背景下的廣州氣溶膠光學特性變化特征 ２１３

很大，而行星邊界層層結又越來越穩定，則二者 星邊界層層結越來越穩定，而風場相對而言有所

的作用可能會相互抵消。如圖３ｃ和３ｄ、圖４和

減弱，此時的氣溶膠消光系數則基本沒有變化，

圖７所示，風場對氣溶膠的影響在南海夏季風活

甚至略有上升。關于二者與氣溶膠的定量關系，

躍盛期后起主要作用，但是在＋５日前后，由于行

一量邑 邀 一∞

還需要進一步研究。

圈

：田Ｌ

時間／天

圖８同圖３，但為１１５～１２０。Ｅ，２２．５～２５。Ｎ平均降水距平（ｍｍ，ａ），１１５～１２０。Ｅ，２２．５ ２５。Ｎ

平均比濕距平（ｇ／ｇ，ｂ），廣州氣溶膠單次散射因子（５２５ ａｍ，ｃ）。

此外，注意到南海夏季風活躍期間的吸收系

散射特性［２６］。圖８ｃ顯示的單次散射因子在一ｌ一

數變化與環境風場和行星邊界層層結變化關系雖

＋１日的顯著增大表明了氣溶膠散射特性的增強，

然很好，但是在南海夏季風活動盛期前２ Ｅｔ到后

這很可能是氣溶膠粒子吸濕后的散射貢獻。但是

１日，散射系數在行星邊界層趨于不穩定，而且

隨著降水的增大，濕清除作用使氣溶膠粒子明顯

環境風場又很大的情況下 依然保持上升趨勢，

減少，從而使南海夏季風活躍盛期后的氣溶膠散

這與前面的理解似乎存在矛盾Ｏ我們分析區域

射系數開始減小。由此可見，南海夏季風活躍期

１１５～１２０。Ｅ，２２．５～２５。Ｎ的環境平均比濕距平

間，廣州氣溶膠散射特性的變化與氣溶膠的吸濕

的變化，可以發現濕度從一１日開始有一個明顯的

增長及降水的濕清除也有聯系，這方面的研究也

增長過程（圖８ｂ），與降水的增ａｎ（圖８ａ）ｔ￣常吻合。

非常值得關注。

隨著濕度的增大，氣溶膠會吸濕增長從而增加其

參考文獻：

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２１４ 熱帶氣象學報 ２９卷

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ｎ７１ ＤＥＶＡＲＡ Ｐ Ｃ Ｓ，ＲＡＪ Ｐ Ｅ，ＰＡＮＤＩＴＨＵＲＡＩ Ｇ，ｅｔ １ａ．Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｉｄａｒ－ｂａｓｅｄ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ ｏｆ ａｅｒｏｓｏｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｍｏｎｓｏｏｎ ｐｒｅｃｉｐｉａｔｔｉｏｎ

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『２２１ ＳＯＬＭＯＮ Ｆ，ＭＡＬＬＥＴ Ｍ，ＥＬＧＵＩＮＤＩ Ｎ，ｅｔ ａ１．Ｄｕｓｔ ａｅｒｏｓｏｌ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｐｒｅｃｉＦＩｉｔａｔｉｏｎ ｏｖｅｒ ｗｅｓｔｅｒｎ Ａｆｒｉｃａ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｎｄ ａｓｅｎｓｉｔｉｖｉｙ ｔｔｏ

ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｇｅｏｐｈｙｓ Ｒｅｓ Ｌｅｔｔ，２００８，３５，Ｌ２４７０５，ｄｏｉ：１０．１０２９／２００８ＧＬ０３５９００．

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［２４１ ＬＩＮ Ｊ Ｃ，ＭＡＴＳ１５Ｉ Ｔ，ＰＩＥＬＫＥ Ｒ Ａ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ—ｂｕｒｎｉｎｇ—ｄｅｒｉｖｅｄ ａｅｒｏｓｏｌｓ ｏｎ ｐｒｅｃｉｌ￣Ｉｉａｔｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｌｏｕｄｓ ｉｎ ｔｈｅ Ａｍａｚｏｎ Ｂａｓｉｎ：ａ

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ＶＡＲＩＡＴＩｏＮ ｏＦ ＡＥＲｏＳｏＬ ｏＰＴＩＣＡＬ ＣＨＡＲＡＣＴＥＩＵＳＴＩＣＳ ＩＮ ＧＵＡＮＧＺＨｏＵ ｏＮ Ａ

ＢＡＣＫＧＲｏＵＤ ｏＦ ＳｏＵＴＨ ＣＨＩＮＡ ＳＥＡ ＳＵＭＭＥＲ ＭｏＮＳｏｏＮ

ＺＨＥＮＧ Ｂｉｎ，ⅥｒＵ Ｄｕｉ，ＬＩ Ｆｅｉ， ＤＥＮＧ Ｔａｐ

（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＴｒｏｐｉｃａｌ ａｎｄ Ｍａｒｉｎｅ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ／Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＲｅｇｉｏｎａｌ

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｗｅａｔｈｅｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，ＣＭＡ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １ ００８０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ’ｓ ａｅｒｏｓｏｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｎ ａ １ａｒｇｅ。ｓｃａｌｅ

ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃ：ｈｉｎａ Ｓｅａ ｓｕｍｍｅｒ ｍｏｎｓｏｏｎ（ＳＣＳＳＭ）ａｎｄ ｉｔｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｃａｕｓｅ，ａｅｒｏｓｏｌ ｄａｔａ ｄｅｒｉｖｅｄ

ａｔ Ｐａｎｙｕ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｗａｔｃｈ Ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ａｎｄ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ

Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ／Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｒｆ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ（ＵＳＡ）ｒｅａｎａｌｙｓｉｓ ｄａｔａ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｔａｋｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ

ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｏ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｄｉａｇｎｏｓｅｓ．Ｍａｉｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａｅｒｏｓｏｌ ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ

ｉｒｆｓｔ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ＳＣＳＳＭ．Ｔｈｅ ｄａｔａ ａｎａｌｙｓｅｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｓｔｒａｔｉｉｃａｔｉｆｏｎ

ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｗｉｎｄｓ ｐｌａｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅｓ ｉｎ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ

Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ’ｓ ａｅｒｏｓｏｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｏ ａ ｇｒｅａｔ ｅｘｔｅｎｔ，ｓｔｒａｔｉｉｃａｔｆｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｂｏｕｎｄａｒｙ

ｌａｙｅｒ ｉｓ ｍｏｄｉｉｅｄ ｂｙ ｒｅｇｉｆｏｎａｌ ｄｉａｂａｔｉｃ ｈｅａｔｉｎｇ ａｎｄ ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｃｙｃｌｏｎｉｃ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｃｉｔｅｄ ｂｙ ｍｏｎｓｏｏｎ

ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ ｗｏｕｌｄ ｉｎｄｕｃｅ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｗｉｎｄｓ ａｎｏｍａｌｉｅｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｌｉｍａｔｏｌｏｇｙ；ａｅｒｏｓｏｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｓｅａ Ｓｕｍｍｅｒ

ｍｏｎＳＯＯｎ