趙天良 ,舒卓智 ,鄭小波 ,李躍清 ,徐祥德 ,郭曉梅 ,胡 俊 ,吳 明,張 磊,曹 蔚,楊富燕,廖 瑤,程曉龍

（1. 南京信息工程大學(xué)中國氣象局氣溶膠與云降水重點開放實驗室, 南京 210044；2. 貴州省山地環(huán)境氣候研究所, 貴陽 550002；3. 中國氣象局成都高原氣象研究所, 成都 610072；4. 中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點實驗室, 北京 100081）

1 引言

我國大氣環(huán)境從主要以點源空氣污染發(fā)展到城市污染，到21 世紀(jì)演變?yōu)閰^(qū)域性大氣污染[1-2]。近年來高濃度氣溶膠顆粒物污染主要集中在四個區(qū)域，分別是華北-京津冀地區(qū)、東部-長三角地區(qū)、華南-珠三角地區(qū)和西南-四川盆地地區(qū)[3]。大氣氣溶膠變化主要受控于區(qū)域人為源排放和氣象條件[4-6]。在我國主要顆粒物污染區(qū)，季風(fēng)氣候及其氣象條件變化是氣溶膠空間分布型態(tài)和多尺度時間變化的主要驅(qū)動因素，包括大氣環(huán)流背景、大氣邊界層結(jié)構(gòu)和地-氣交換[7-8]，影響了大氣氣溶膠傳輸擴散、化學(xué)轉(zhuǎn)化及沉降清除變化[9-11]。中國地區(qū)近10 多年的氣溶膠變化呈現(xiàn)特殊的“馬太效應(yīng)”，即高氣溶膠的地區(qū)出現(xiàn)增加趨勢，低氣溶膠區(qū)域則呈現(xiàn)減少趨勢[12]。大氣氣溶膠是研究全球和區(qū)域環(huán)境氣候變化的一個關(guān)鍵因子。因此，科學(xué)認識大氣氣溶膠時空變化，以及大氣污染變化中天氣氣候因素的影響，才能更好地理解我國環(huán)境氣候變化，這需要深入研究大氣氣溶膠及其污染長期變化規(guī)律，揭示其與氣象變化的相互作用過程與機制。

四川盆地及其周邊地區(qū)存在著中國西南部區(qū)域大氣氣溶膠濃度分布的最大值[13]和最小值中心，前者位于四川省成都城市群和重慶市一帶[14]，后者在川、滇與青藏高原交界的高海拔地區(qū)(圖1)。同時，西南地區(qū)人口聚集區(qū)以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)及其高污染排放源，使成都-重慶成為我國最高的SO2排放區(qū)和最大的酸雨帶之一[15-16]。四川盆地內(nèi)高溫、高濕的環(huán)境大氣為二次氣溶膠的轉(zhuǎn)化、顆粒吸濕增長提供了有利條件[17]。受東亞季風(fēng)和青藏高原大地形強迫效應(yīng)的影響，形成偏南氣流和偏北氣流的交匯區(qū)，使盆地及西側(cè)邊緣地區(qū)成為西南低渦的源地[18]。因此，四川盆地也作為全國云量最多、最高、云層最厚的地區(qū)，其天氣氣候變化具有顯著的區(qū)域特征。由于高濃度大氣氣溶膠的輻射強迫效應(yīng)，四川盆地氣候變化呈現(xiàn)變冷趨勢、區(qū)域降水出現(xiàn)不對稱變化[19-23]、近些年霾日數(shù)呈現(xiàn)明顯增加趨勢[24]及區(qū)域極端氣候事件增多等現(xiàn)象[25-27]。這些特征凸顯了四川盆地大地形背景下氣溶膠污染時空分布變化與天氣氣候影響相關(guān)機理的特殊性。

圖1 基于MODIS 遙感數(shù)據(jù)的中國區(qū)域10年（2003～2012年）平均遙感氣溶膠光學(xué)厚度分布[12]

作為“世界屋脊”的青藏高原不僅影響局地環(huán)流，還影響全球環(huán)流和季風(fēng)演化，其大地形和抬高熱源對我國、亞洲、北半球乃至全球的天氣氣候及環(huán)境變化都有著重要影響。西風(fēng)帶背景下大地形動力效應(yīng)顯著影響著中國區(qū)域天氣氣候特征，對于處于青藏高原大地形東側(cè)下風(fēng)方的中國中東部地區(qū)，大氣氣溶膠或霾污染時空分布變化與大地形動力、熱力效應(yīng)的關(guān)聯(lián)性是一個值得研究的課題[28-29]。大地形背風(fēng)坡弱風(fēng)區(qū)，及其特殊環(huán)流圈的大范圍下卷氣流抑制大氣擴散和對流，形成類似靜穩(wěn)天氣的“避風(fēng)港”效應(yīng)，也是造成下游地區(qū)氣溶膠高濃度分布的重要成因之一[30-31]。研究青藏高原東側(cè)緊鄰的四川盆地特殊大地形和高氣溶膠中心及其變化的關(guān)聯(lián)，有利于加深認識青藏高原對我國大氣環(huán)境變化的影響作用。

目前已開展的大氣氣溶膠及其天氣氣候效應(yīng)研究主要針對地形較為平坦的我國東部地區(qū)。雖然目前已經(jīng)開展了一些復(fù)雜地形背景下大氣氣溶膠變化特征及氣象影響效應(yīng)的研究工作[30-33]，但鮮見對地形復(fù)雜的四川盆地及周邊地區(qū)氣溶膠污染變化與影響機理細致的研究工作。作為全國大氣氣溶膠污染和云量的高值區(qū)之一，青藏高原東緣的四川盆地大氣氣溶膠時空變化區(qū)域特征及其成因，是一個亟待深入研究的大氣環(huán)境科學(xué)問題，并對控制大氣污染有重要應(yīng)用價值。

本文綜述了近年來一系列的相關(guān)研究，包括：（1）四川盆地大氣環(huán)境變化中大地形影響作用，青藏高原東側(cè)區(qū)域氣溶膠空間分布“避風(fēng)港”效應(yīng)及大地形熱力強迫對盆地空氣質(zhì)量變化的“氣候調(diào)節(jié)”影響；（2）四川盆地大氣邊界層結(jié)構(gòu)對氣溶膠分布的影響，冬季重霾期間大氣邊界層垂直結(jié)構(gòu)變化特征及其相關(guān)PM2.5物理化學(xué)特性；（3）大氣氣溶膠對四川盆地暴雨過程的重要作用及影響機理，認識四川盆地氣溶膠高污染分布導(dǎo)致的降水分布型態(tài)的氣候變化。這一系列研究旨在全面認識四川盆地氣溶膠污染形成機理及大地形對大氣環(huán)境變化的影響效應(yīng)。

2 主要研究進展

2.1 四川盆地大氣環(huán)境變化中大地形影響作用

利用四川盆地及其周邊地區(qū)氣象站點的觀測數(shù)據(jù)，分析了近50年來四川盆地區(qū)域內(nèi)大氣能見度及霾日的時空變化特征及其相關(guān)驅(qū)動因素[34-35]，并在此基礎(chǔ)上，利用1999～2013年的氣象再分析數(shù)據(jù)和多源衛(wèi)星遙感刻畫了四川盆地及其周邊地區(qū)大氣結(jié)構(gòu)和邊界層變化特征，探索了四川盆地大地形和高氣溶膠中心及其變化的關(guān)聯(lián)，以及大氣動力熱力特性和特殊的大氣邊界層結(jié)構(gòu)特征[36-37]。

2.1.1 大氣氣溶膠區(qū)域變化特征

四川盆地大氣高濃度氣溶膠濃度的霾污染是區(qū)域大氣環(huán)境的主要問題。根據(jù)1961～2010年四川盆地122個氣象臺站觀測資料，分析區(qū)域大氣氣溶膠變化特征。這50年氣候分析表明，盆地各站年平均霾日天數(shù)約為62.5 d，最多的可達100 d 以上。霾日分布存在季節(jié)變化，其中冬季霾日數(shù)最多（28.4 d），春、秋季次之，夏季最少（5.9 d）。1961～2010年霾日年代變化主要呈增多的趨勢，盆地有104個站點霾日數(shù)呈現(xiàn)增長的趨勢，其中有71個站點通過了置信度99%的檢驗，增長最多的是四川省內(nèi)江地區(qū)的威遠，其氣候傾向率約42 d/10a。盆地有18個站點霾日出現(xiàn)減少，其中只有7個站點通過了置信度99%的信度檢驗，減少最多的是位于四川北部廣元地區(qū)的南江，其氣候傾向率約為-16.7 d/10a[34-35]。

近20年（2001～2020年）多源衛(wèi)星遙感大氣氣溶膠光學(xué)特性數(shù)據(jù)分析表明，2006年以來四川盆地大氣氣溶膠水平持續(xù)下降， 2012年以后下降趨勢尤為顯著， 反映出通過大氣污染物減排控制改善區(qū)域大氣環(huán)境的成效顯著。近20年四川盆地大氣氣溶膠變化中超細顆粒物的貢獻持續(xù)增加，人為污染物減排過程對四川盆地低層大氣氣溶膠的影響明顯減弱，增大了對流層大氣不穩(wěn)定度，對區(qū)域天氣氣候變化具有潛在影響。四川盆地大氣氣溶膠變化中大氣物理化學(xué)過程具有區(qū)域特性，大氣環(huán)境治理具有特殊復(fù)雜性[36]。

2.1.2 盆地大氣結(jié)構(gòu)變化及其環(huán)境影響

利用了1960～2010年四川省和重慶市191個氣象臺站觀測資料和氣象再分析數(shù)據(jù)，分析盆地地形大背景下大氣環(huán)流、風(fēng)溫垂直結(jié)構(gòu)和季節(jié)特征，從動力及熱力效應(yīng)角度探討了四川盆地及其周邊環(huán)境大地形對大氣環(huán)境影響效應(yīng)[37]。研究結(jié)果表明，四川盆地和川西高原，能見度分布呈現(xiàn)盆地低而川西高原高的特征，能見距離與海拔和風(fēng)速呈顯著正相關(guān)。獨特的大地形一方面造成盆地特殊的背風(fēng)坡大氣環(huán)流，四川盆地是風(fēng)速的弱風(fēng)區(qū)，受高原背風(fēng)坡“避風(fēng)港”效應(yīng)影響顯著，盆地區(qū)域平均風(fēng)速緯向偏差約1 m·s-1，地處背風(fēng)坡的弱風(fēng)區(qū)，多靜弱風(fēng)。 盆地高空西風(fēng)帶下沉氣流形成巨大空氣“穹窿”，構(gòu)成不利于污染物的水平擴散及對流輸送的背風(fēng)坡“避風(fēng)港”效應(yīng)，從而造成污染物的堆積，盆地上空受地形影響形成強下沉氣流，尤其冬季更為顯著（圖2）；另一方面，青藏高原背風(fēng)坡下沉氣流增溫作用使得盆地緯向偏差上熱下冷，地形作用使得盆地上空顯著趨于穩(wěn)定的層結(jié)，低層大氣層表現(xiàn)為風(fēng)速弱切變，湍流混合作用弱；盆地近地面貼地逆溫與高空氣流下沉增溫形成脫地逆溫，使得盆地內(nèi)大氣層結(jié)穩(wěn)定，不利于污染物的對流輸送，污染物易產(chǎn)生堆積。地形作用下，各季節(jié)顯著差異造成冬季典型背風(fēng)坡“避風(fēng)港”效應(yīng)及溫度大氣層結(jié)，是盆地冬季重霾的關(guān)鍵因素之一。這些作用不利于盆地內(nèi)大氣氣溶膠的擴散、輸送，容易造成污染物的累積，進而形成霾天氣。

圖2 1999～2013年冬季四川盆地及其周邊高原山地之間28°～31°N平均的緯帶大氣結(jié)構(gòu)東-西向垂直剖面（填色代表水平風(fēng)速，單位：m·s-1；等值線代表垂直速度 ，單位：Pa·s-1） [37]。

2.1.3 盆地大地形對氣溶膠影響程度和機理

獨特的深盆地形是造成四川盆地區(qū)域大氣氣溶膠污染的重要因子，其通過對氣象條件調(diào)制加劇霧霾污染[38]。由于青藏高原對中緯度西風(fēng)的影響，盆地上空出現(xiàn)背風(fēng)渦流，增強盆地西部污染物二次累積，高原與盆地這種復(fù)雜的地形分布對盆地內(nèi)部，尤其是靠近青藏高原的盆地西部大氣污染物的堆積具有顯著作用（圖3）。

圖3 四川盆地地形導(dǎo)致的（左）2016年1月 （右）及其重霾污染期間區(qū)域近地面PM2.5 濃度 (ug·m-3)分布[39]。

盆地重霾期間有無地形的模擬試驗表明：地形作用使得盆地內(nèi)大部分地區(qū)10 m 風(fēng)速減少約1.5 m·s-1，地面2 m 溫度升高約10 ℃，邊界層高度降低約100～150 m。地形作用使得盆地近地面PM2.5濃度偏高約150 ug·m-3，地形影響貢獻率約70%。地形對污染物的堆積作用表現(xiàn)在污染過程中，尤其是重污染過程。高空背風(fēng)坡西風(fēng)帶下沉氣流被加強，氣流下沉增溫促使2500～3000 m 高空形成脫地逆溫，同時在地形作用下使得貼地逆溫被加強，是導(dǎo)致盆地出現(xiàn)重霾過程的一個關(guān)鍵因素[39]。

Shu 等[40]結(jié)合觀測和數(shù)值模式發(fā)現(xiàn)四川盆地作為我國西南地區(qū)主要的氣溶膠源區(qū)，局地氣溶膠排放主導(dǎo)區(qū)域大氣環(huán)境特征。在西風(fēng)帶背景下，地形強迫環(huán)流驅(qū)動大氣氣溶膠在盆地西側(cè)上空形成特殊鏤空結(jié)構(gòu)（圖4），并形成獨特的邊界層以上的自由大氣傳輸通道，構(gòu)建西南地區(qū)大氣氣溶膠源-匯關(guān)系。

2.1.4 青藏高原大地形強迫對四川盆地霾污染變化的氣候調(diào)節(jié)

Xu 等[38]研究發(fā)現(xiàn)青藏高原大地形存在是影響西風(fēng)帶下游地區(qū)大氣氣溶膠濃度的重要因素，其主要表現(xiàn)為：（1）“背坡風(fēng)”避風(fēng)港效應(yīng)的弱風(fēng)和下沉環(huán)流形成我國霾污染發(fā)生的“易感區(qū)”；（2）氣候變暖和熱力異常導(dǎo)致冬季風(fēng)減弱對四川盆地霾污染作用；（3）青藏高原對我國大氣環(huán)境變化的影響及對我國空氣質(zhì)量調(diào)控、決策的指示作用。

青藏高原大地形存在導(dǎo)致四川盆地形成了大氣氣溶膠高值中心。當(dāng)高原地形削減后，高原地形阻擋和繞流作用消失后，冬季風(fēng)系統(tǒng)北退并且強度減弱，加上高原去除后中低層西風(fēng)異常，四川盆地大氣垂直環(huán)流異常配合“冷蓋”垂直熱力結(jié)構(gòu)，利于大氣污染物通過西風(fēng)異常帶入下游地區(qū)。GEM-AQ/EC 模式10年模擬試驗分析表明，相對于青藏高原熱源加熱偏弱的冬季，高原強熱源偏強冬季我國中東部大氣氣溶膠濃度上升30%～45%。青藏高原的熱力狀況在偏暖和偏冷異?？赡軐?dǎo)致中東部地區(qū)大氣中出現(xiàn)“暖蓋”和“冷蓋”垂直熱力結(jié)構(gòu)異常，“暖蓋”的垂直熱力結(jié)構(gòu)加劇了對流層下部的下沉運動，有利于重污染的聚集和霾事件的發(fā)生，“冷蓋”的影響與之相反。青藏高原熱力強迫異常對中國中東部大氣氣溶膠濃度變化具有重要影響[41-42]。

2.2 四川盆地大氣邊界層結(jié)構(gòu)對氣溶膠污染的影響

基于2017年1月1～20日成都市系留汽艇探測低層大氣氣象要素和大氣顆粒物垂直探空的加密觀測資料，結(jié)合地面氣象站點實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究了大氣邊界層氣溶膠垂直分布的日變化，綜合分析了四川盆地一次重霾污染過程中大氣氣溶膠的垂直分布特征。

2.2.1 盆地霾污染大氣邊界層垂直結(jié)構(gòu)特征

在冬季重霾過程的發(fā)生、維持及消散階段，盆地西部典型城市成都大氣邊界層內(nèi)氣溶膠垂直結(jié)構(gòu)有明顯差異。區(qū)域大氣邊界層結(jié)構(gòu)的變化削弱晝、夜差異，穩(wěn)定邊界層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)頻率遠大于對流邊界層結(jié)構(gòu)[43]。盡管四川盆地重霾污染持續(xù)期間大氣邊界層趨于穩(wěn)定（圖5），但大氣邊界層卻出現(xiàn)較強大氣垂直混合作用，這與重霾污染中大氣邊界層和氣溶膠相互作用有關(guān)。

在霾污染發(fā)生、維持及消散階段，大氣邊界層氣溶膠垂直結(jié)構(gòu)具有明顯差異：霾污染發(fā)生階段，大氣邊界層氣溶膠粗細粒子主要集中在300 m 高度以下，近地面層大氣氣溶膠粒子累積觸發(fā)霾污染事件；霾維持階段，大氣顆粒物粒子濃度在垂直方向趨于一致，大氣邊界層穩(wěn)定結(jié)構(gòu)中存在強的大氣垂直混合作用；在霾消散階段，較高處的氣溶膠粒子濃度最先下降，且下降幅度最大，表明對流層自由大氣作用對霾污染發(fā)消散具有一定的影響。大氣邊界層風(fēng)速的增大加劇了大氣傳輸擴散，其作用對較細顆粒更為顯著。溫度與大氣顆粒濃度在近地層呈負相關(guān)，在100 m 以上的高度呈正相關(guān)。大氣邊界層中低層偏冷且高層偏暖的穩(wěn)定大氣熱力層結(jié)減弱了大氣污染物的垂直擴散。高相對濕度有利于促進氣溶膠粒子的吸濕增長和液相化學(xué)反應(yīng)，加劇霾污染發(fā)展[43-44]。

2.2.2 大氣邊界層低空急流結(jié)構(gòu)對PM2.5的影響

盆地西部大氣邊界層低空急流作為大氣邊界層內(nèi)特殊的現(xiàn)象，2017年大氣邊界層低空急流發(fā)生頻率夏季最高，秋冬季最低，夜間出現(xiàn)頻率高于白天，主要出現(xiàn)在100～500 m 高度，急流風(fēng)速主要分布在 5～8 m·s-1，風(fēng)向以偏東風(fēng)和偏西風(fēng)為主。如圖6 所示，大氣邊界層低空急流對四川盆地大氣細顆粒物PM2.5呈現(xiàn)兩種不同影響方式[45]： （1） 西風(fēng)控制下的大氣邊界層低空急流過程表現(xiàn)為清除作用，西風(fēng)帶來的清潔高原氣流使得本地PM2.5濃度迅速減少，急流軸以下高度粒徑超過0.5 μm 的顆粒物數(shù)濃度減少50%以上；（2）東風(fēng)控制下的大氣邊界層低空急流則表現(xiàn)為傳輸積累作用，東風(fēng)將重PM2.5污染區(qū)域——盆地的大氣細污染物攜帶至原本清潔的西部地區(qū)，進一步加重本地大氣污染。風(fēng)速達到5 m·s-1以上的條件下，細顆粒物數(shù)濃度表現(xiàn)出明顯變化，5 m·s-1以下的東、西風(fēng)對細顆粒物數(shù)濃度影響不大。

圖6 四川盆地2017年1月4～6日重霾污染過程（左）近地面PM2.5 濃度和（右）風(fēng)速垂直變化[45]

2.2.3 四川盆地近地面大氣顆粒物化學(xué)特性

四川盆地城市人為大氣污染物排放對重污染形成的具有重要作用，呈現(xiàn)城市-郊區(qū)間大氣碳質(zhì)顆粒物的差異。沿盆地-青藏高原東緣一帶，大氣碳質(zhì)顆粒物污染中細碳質(zhì)顆粒物具有主導(dǎo)作用（圖7），且表現(xiàn)有機碳（OC）與黑碳（EC）隨海拔高度增加的顯著濃度下降。其中，碳質(zhì)顆粒物中以一次有機碳（POC）貢獻為主，但四川盆地內(nèi)特殊的溫濕大氣條件增強了二次有機碳的生成[46]。

圖7 2017年1月溫江、新津、名山和理塘大氣氣溶膠中OC 和EC 逐日變化[46]。

對于碳質(zhì)顆粒物在≤2.5 μm 粒徑段，四川盆地市區(qū)碳質(zhì)顆粒物的主要來源為燃煤排放和機動車尾氣排放；盆地郊區(qū)、盆地與高原過渡區(qū)以及高原東緣區(qū)主要來源為燃煤排放，體現(xiàn)了四川盆地城市-郊區(qū)間交通運輸差異對大氣碳質(zhì)顆粒物的不同來源作用。在＞2.5 μm 粒徑段中，盆地市區(qū)和盆地與高原過渡區(qū)碳質(zhì)顆粒物的主要來自于燃煤排放、生物質(zhì)燃燒、粉塵和家庭天然氣排放影響；盆地郊區(qū)可能受到非燃燒源的影響較盆地市區(qū)和盆地與高原過渡區(qū)大，存在燃煤排放、生物質(zhì)燃燒排放和烹飪排放源。盆地市區(qū)、盆地郊區(qū)和盆地與高原過渡區(qū)在粗、細顆粒物中均呈現(xiàn)出POC 占碳質(zhì)顆粒物比例最大，二次有機碳（SOC）占比次之，EC 占比最??；高原地區(qū)的細顆粒物同樣地POC 占碳質(zhì)顆粒物比重最大，而SOC 占比最小。在觀測期間四川盆地-青藏高原東緣地區(qū)碳質(zhì)顆粒物以POC 貢獻為主，四川盆地內(nèi)地區(qū)的SOC 貢獻要比高原地區(qū)多，這體現(xiàn)了盆地內(nèi)特殊的溫濕大氣條件對二次有機碳形成的重要性[46]。

2.3 大氣氣溶膠影響四川盆地降水變化

通過氣候診斷方法和數(shù)值模擬試驗，分析四川盆地及周邊區(qū)域降水、霧-霾的氣候變化規(guī)律，比較川西高原和四川盆地氣溶膠空間和降水變化的差異，以探索四川盆地氣溶膠高污染分布導(dǎo)致的降水分布型的氣候變化特征[47-48]。利用2001～2017年TRMM 衛(wèi)星數(shù)據(jù)對四川盆地近年來降水時空分布特征進行分析，利用 2001～2015年MODIS 中AOD 資料分析四川盆地大氣氣溶膠特征，探索降水變化與高濃度氣溶膠之間的關(guān)聯(lián)。為了研究四川盆地特殊地形背景下降水變化及其氣溶膠影響機制，利用在線大氣化學(xué)模式WRF-Chem 模擬了2012年7月20～21日發(fā)生在四川盆地西北部的一次典型西南渦暴雨過程，并分別設(shè)置填充四川盆地地形和去除人為氣溶膠排放的敏感性試驗，揭示四川盆地大地形和大氣氣溶膠在暴雨過程中的重要作用及影響機理。

2.3.1 盆地降水變化與大氣氣溶膠之間的關(guān)聯(lián)

利用1973～2010年四川盆地及周邊46個氣象臺站（包括四川省14個及重慶市32個站）逐日降水、能見度、相對濕度資料，及2001～2010年MODIS 的衛(wèi)星遙感的AOD 資料，分析了四川盆地及周邊弱降水（0～1 mm）變化趨勢，及氣溶膠與弱降水可能的關(guān)系。結(jié)果表明：（1）盆地年平均弱降水日/量均為減少趨勢，而且雨日的減少比降水量的減少明顯得多，平均每10年減少4%，其中重慶中南部、盆地西部弱降水日、弱降水量減少較為明顯；（2）盆地中大部分地區(qū)的能見度變化與弱降水日數(shù)變化呈顯著正相關(guān)，與弱降水量呈較明顯正相關(guān)。這種相關(guān)性在氣溶膠高值區(qū)比氣溶膠低值區(qū)更為明顯；(3)弱降水變化因子呈逐年減少趨勢，說明氣溶膠濃度越大，其對弱降水的抑制作用越顯著，即盆地及周邊大氣氣溶膠的增加對弱降水帶來的主要是降水抑制的氣候效應(yīng)。

四川盆地及其周邊地區(qū)大氣氣溶膠光學(xué)厚度AOD高值區(qū)與降水顯著變化區(qū)域分布一致，呈顯著正相關(guān)。四川盆地小雨及中雨頻率減少，而大雨、暴雨、大暴雨以及特大暴雨頻次均有所增加。大氣氣溶膠濃度的增加表現(xiàn)為抑制盆地內(nèi)云滴凝結(jié)過程，減弱潛熱釋放及云內(nèi)垂直速度、加強迎風(fēng)坡的垂直運動及云滴向雨滴、雪晶及霰粒子轉(zhuǎn)化促進強降水的發(fā)生[47]。

2.3.2 人為氣溶膠對四川盆地暴雨的影響作用

大氣氣溶膠減弱暴雨降水過程前期盆地內(nèi)降水，增強降水過程后期盆地西北側(cè)山坡降水。降水過程前期，降水發(fā)生在四川盆地區(qū)域內(nèi)，高濃度氣溶膠抑制云滴凝結(jié)過程，從而釋放較少的潛熱，減弱云內(nèi)垂直速度。雨滴、雪晶及霰粒子的相關(guān)轉(zhuǎn)化過程受到抑制，降水粒子生成得少，降水強度較弱。降水過程后期，系統(tǒng)隨偏南風(fēng)北移，降水區(qū)域逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榕璧匚鞅眰?cè)山坡。無人為氣溶膠排放的敏感性試驗由于前期降水中大量降水粒子的下沉拖曳作用，在迎風(fēng)坡并沒有出現(xiàn)很強的垂直速度；而擁有高濃度氣溶膠的控制試驗則在迎風(fēng)坡的地形作用下發(fā)生強烈垂直運動，云滴凝結(jié)過程增強，且向雨滴、雪晶及霰粒子轉(zhuǎn)化，各水凝物粒子大量生成，增強了降水強度。對兩區(qū)域降水過程中氣溶膠的宏、微觀作用做區(qū)分，研究兩個過程中宏、微觀作用所占比重。通過計算發(fā)現(xiàn)，在降水前期，氣溶膠的宏、微觀作用均對云系呈抑制作用，二者所占比重相差不大；降水后期，氣溶膠宏、微觀作用均增強云系發(fā)展，其中宏觀作用占比重較高，約為80%[48]。

3 結(jié)論與展望

本文系統(tǒng)梳理了近年來四川盆地及周邊地區(qū)氣溶膠污染變化與影響機理方面的一系列研究成果，得到如下主要結(jié)論：

（1）基于目前觀測和模擬研究，系統(tǒng)認識了四川盆地氣溶膠污染時空分布和垂直結(jié)構(gòu)的區(qū)域特征，揭示形成了盆地大地形背景下獨特天氣氣候和大氣邊界層物理過程作用對盆地氣溶膠高值區(qū)形成的影響機理，評估了四川盆地高氣溶膠污染對盆地及周邊地區(qū)大氣環(huán)境的相互影響。

（2）厘清了青藏高原大地形動力和熱力強迫效應(yīng)對盆地大氣環(huán)境的調(diào)節(jié)作用，理解了四川盆地及周邊特殊地形在高氣溶膠污染中心形成及變化中的作用及其機理，擴展了青藏高原大地形作用對區(qū)域大氣環(huán)境變化的影響效應(yīng)。

（3）探索了四川盆地及周邊地區(qū)降水氣候變化中大氣氣溶膠效應(yīng)的影響信號，明晰了氣溶膠氣候效應(yīng)對區(qū)域降水的影響。

四川盆地地形背景下的獨特大氣邊界層過程，特殊大氣污染物人為和自然源排放以及復(fù)雜環(huán)境大氣物理-化學(xué)過程限制了對區(qū)域大氣環(huán)境變化機理的認識，未來工作應(yīng)該針對四川盆地復(fù)雜地形下大氣邊界層結(jié)構(gòu)，大氣污染物人為與自然源和大氣物理-化學(xué)過程開展深入研究，以全面認識區(qū)域大氣環(huán)境變化機理， 有效提升四川盆地大氣污染治理能力。