北京地区地形对烟霾污染的影响有多大？大数据分析告诉你答案

　　似乎帝都的雾霾总能引起一阵渲染的高潮。除了天气条件和污染物排放外，地形影响北京市中心烟霾污染的发生和发展的程度以及可能涉及的机制仍是一个悬而未决的问题。通过一系列大气在线耦合的化学模拟天气研究和化学预报（WRF-Chem）模型以及不同的假设地形高度情景进行。模拟结果表明，地形对北京市区的烟霾污染产生重要影响，尤其是雾霾污染的典型发展。

　　霾污染对地形影响的一个可能机制是，北京周围的山区倾向于产生异常的南风，高相对湿度，低边界层高度，并在北京大部分地区下沉。这些条件有利于北京市区形成和发展烟霾污染。此外，PM的减少百分比由于南风（S）模式下地形高度减小的2.5个浓度几乎是北风（N）模式中的三倍。在区域地形背景下，简单的S和N模式在一定程度上代表了北京雾霾预测的有用指标，尤其是中长期尺度。

　　北京位于华北平原的北端，西，北，东北三面环山。北京是中国的首都，也是世界上最大的城市之一; 它拥有约2000万居民。鉴于过去几十年迅速的城市化和工业发展，北京及其邻近地区在中国乃至全球经济中变得越来越重要。然而，经济的快速增长和城市化近几十年来增加空气污染的水平。北京和中国东部地区近年来经常遭受严重的烟雾或烟雾。这些事件的特点是颗粒质量浓度高，能见度低。以2013年1月的持续阴霾日为例，严重的烟雾污染对人类健康和交通安全构成重大威胁。这些现象使研究难度更加棘手。2015年11月至12月在北京再次发生非常严重的烟霾污染，并于2015年12月7 日和18 日发布了重度污染红色警报。这是第一次在中国历史上发出的空气污染红色预警（最严重级别）。

　　霾污染通常归因于以下两个因素：化石燃料燃烧，建筑和其他来源以及不利的气象条件向大气排放污染物。气象对空气质量和雾霾污染的发生有强烈的影响。气象因素对积累或扩散必不可少的影响，扩散和空气污染物的区域运输和对二次气雾剂，其通过复杂的物理和化学反应所产生的形成是重要的影响。特别地，天气条件在控制空气污染物浓度的每日变化的重要作用。以往的研究表明，有在京，津，冀地区和大气环流冬季灰霾污染的发生之间的中间高纬度地区在长期来看有着密切的关系。另外，在年际时间尺度上，中国中部和东部乃至南亚冬季和夏季的空气污染与东亚冬季和夏季风密切相关，分别为38日，39日。

　　地形或地形可能是影响北京和中国东部地区雾霾污染的另一个不可忽略的因素。例如，之前的一项研究表明，青藏高原东部地区西风带的“海港”效应可能是影响中国东部地区雾霾频率区域分布的重要因素。北京位于华北平原的北部，太行山位于北京西部，燕山位于北京和东北部。地形剖面表明，在很短的水平距离上，东西和南北方向的高度差异超过1000米。因此，区域地形变化是否以及如何影响北京烟霾污染的发生和发展仍然是一个悬而未决的问题。迄今为止，很少有研究探讨地形对霾在北京或其他地区的量化可能产生的影响。深入了解地形对空气污染的影响，有助于规划北京及邻近地区工业区域的空间布局和排放控制，也有助于提高由数值模型产生的天气和空气质量预测的预测技巧。本研究旨在通过数值敏感性实验来研究地形对雾霾污染的发生和发展的影响。

　　模拟结果表明，地形确实对北京市区空气污染物浓度产生了重要影响。因此，我们想知道这种关系的可能机制是什么以及调制是否取决于有利的天气条件。首先，我们研究地面风和相对湿度对地形变化的响应。随着地形的降低，尤其是当地形下降50％和75％时，北京及周边地区的异常偏北风和低相对湿度占主导地位。相反，当地形高度增加时，大部分研究区域主要受到异常南风和高相对湿度的影响。由于北部和西部高地形造成的阻塞，异常的南风可能伴随着静风。

　　行星边界层高度（PBLH）也有类似的响应，当地形高度下降（增加）时，它会在北京及其邻近地区增加（减小）。此外，在评估不同情景的模拟中，研究了北京中部的纬向风和垂直风廓线。结果表明，地形高度的增加可能导致区域地形的东部背风面对流层低层下沉的垂直涡旋，这促进了北京市区下沉运动的发展。这种下沉运动通常会抑制污染物的垂直交换，并且通常伴随或导致较低的PBLH和弱风。这种现象是类似于在东部李青藏高原的大地形的西风带，这可能是影响中国东部阴霾频率的区域分布的一个重要因素“海港”的效果。因此，一个简单的概念模型可以被描述为地形高度的增加导致异常的偏南风，高相对湿度，低边界层高度和下沉运动，这有利于北京雾霾污染的形成和发展，反之亦然。