极涡与中国PM2.5质量浓度的关系及机理

赵琳; 陈斌

doi:10.13885/j.issn.0455-2059.2026.02.001

兰州大学学报（自然科学版） ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (2) : 143 -155+164. DOI: 10.13885/j.issn.0455-2059.2026.02.001

极涡与中国PM_2.5质量浓度的关系及机理

赵琳, 陈斌

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摘要

利用长时间序列的PM_2.5质量浓度(ρ(PM_2.5))和极涡指数数据,分析极涡与中国ρ(PM_2.5)的关系,结合气象数据探讨其气象成因.结果表明,北半球极涡强度指数（NⅡ）和北半球极涡面积指数（NI）与中国东部ρ(PM_2.5)呈显著负相关.当极涡指数出现负异常时,中国ρ(PM_2.5)普遍高于其处于正异常时的水平, NⅡ负（正）异常月平均ρ(PM_2.5)=53.16μg/m³（42.92μg/m³）, NI负（正）异常月平均ρ(PM_2.5)=51.93μg/m³（47.95μg/m³）,极涡指数出现负异常时极涡平均中心位置更靠近中国.物理机制分析表明,弱极涡导致冷高压系统持续控制中国,引发大范围逆温层形成,大气层结稳定性增强,显著抑制污染物扩散.通过双向验证,对冬季ρ(PM_2.5)进行经验正交函数分析, 1978年之前ρ(PM_2.5)呈下降趋势, 1978-2014年转为上升趋势,反映了工业发展等因素导致的排放增加加剧了中国的颗粒物污染. 2014年之后的ρ(PM_2.5)下降可能与大气污染防治行动计划的有效实施有关.全国平均ρ(PM_2.5)在第1模态负相位时为44.06μg/m³,正相位时升高至55.40μg/m³.当ρ(PM_2.5)主导模态处于正相位（高污染期）时,极涡强度减弱且中心位置西移至215.42°E附近,较负相位时的205.86°E更接近中国,同时伴随冷高压异常控制.研究证实,月尺度弱极涡可通过中心位置偏移与环流结构调整增强冷高压与逆温效应,显著抑制扩散条件,成为驱动中国冬季PM_2.5污染加剧的重要气象因子,相关结论可为区域污染预测与防控提供气象学依据.