南海夏季风背景下的广州气溶胶光学特性变化特征

２０８ 热带气象学报 ２９卷

非常重要的。近年来，珠江三角洲地区的气溶胶 （２））极值中心，则定义为南海夏季风显著活跃期。

污染日趋严重，大气透明度越来越差，

ＥＯＳ／ＭＯＤＩＳ卫星遥感气溶胶光学厚度分布显示 南海夏季风活跃与否也是针对该区域而言，其余

珠江三角洲城市群上空的大气气溶胶污染明显比

周边地区严重［ 。在研究珠三角气溶胶的气候效

应前，应该了解其时空分布特征及其原因。以往

的研究多是通过局地天气条件来解释气溶胶的分

布变化特征，但从气候学角度来看，在大尺度气

候背景下的气溶胶变化特征我们还了解不多。因

此，本文利用中国气象局广州番禺大气成分站观

测的气溶胶光学特性，在大尺度的南海夏季风活

动背景下，研究其变化特征及其可能的原因。

２资料简介

本文使用的气溶胶吸收系数（５３２ ｎｍ）和散射 ９月２５日，表明这３个时段的南海夏季风非常活

系数（５２５ ｎｍ）是由中国气象局广州番禺大气成分

站的仪器观测计算得来，为２００８和２００９年的 降水距平虽然大于零，但环流指数的中心并不显

５—９月日均值。其中黑碳气溶胶浓度由黑碳仪 著，因此这两个时段的南海夏季风虽然也是活跃，

（Ｍａｇｅｅ ｓｃｉｅｍｉｉｆｃ，ＡＥ３ １）测得的黑碳浓度值，代入 但活跃强度偏弱。图ｌｃ是标准化的广州气溶胶吸

文献【２６】的公式（３）计算得出，散射系数是由浊度 收系数（实线）和散射系数（虚线）。标准化即以原值

计（Ｅｃｏｔｅｃｈ，Ｍ９００３）测得。季风背景场资料使用 除以其标准差，得到的结果即标准化值，无单位，

ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ的日平均再分析资料［２７］，时间长度 方差为１。从图１ｃ可看到，广州气溶胶光学特性

同样为２００８和２００９年的５—９月，变量包括Ｕ

和ｖ风场、气温场、湿度场、净长短波辐射通量、

感热通量。此外，还有同时段的全球降水气候计

划（ＧＰＣＰ）卫星红外窗口导出的全球降水资料

（ＧＰＩ）ｔ 引。文中所有资料都经过５天的滑动平均，

一

定程度上去除了高频的天气影响。根据文献

［２９］，本文定义南海夏季风活动的环流指数为：

ｌｕ＝ｕ２ｏｏ—Ｕ８５０，（１０５～１２０。Ｅ平均） （１）

ｌｖ＝ｖ２ｏｏ—Ｖ８５ｏ，（１Ｏ５—１２０。Ｅ平均） （２）

当厶和Ｌ同时小于零，且上下层反号，则满足南

海夏季风活跃的环流条件，若１０５—１２０。Ｅ，５～

２０。Ｎ平均的降水距平也大于零且维持１候以上，

则定义南海夏季风活跃。本文同时从环流和对流 化，以活跃期环流指数中心对应的日期进行合成。

角度来定义南海夏季风的活跃，可以更准确地描

述南海夏季风的活动［３０］。此外，当南海夏季风活

跃期间，若５。Ｎ附近有明显的环流指数（式（１）和

本文所指的南海区域为１０５～１２０。Ｅ，５～２Ｏ。Ｎ，

地区满足以上条件为南海夏季风影响区域。

３资料分析

３．１ ２００８和２００９年南海夏季风活动特征及广州

气溶胶的光学特性变化

图１ａ是２００８年南海地区平均降水的逐日变

化，可以看到有５个连续的降水时段，它们分别

对应环流指数小于零的区域（图１ｂ），其中５月

９一ｌ７日、７月２２日——８月１１日和９月６＿＿３０日

３个时段的降水对应的环流指数在５。Ｎ附近都有

明显的中心，极值分别在５月１５日、８月３日和

跃；而６月２ｏ－ ４日和７月２～８日两个时段的

的季节内尺度时间变化明显，特别是在南海夏季

风活跃期的变化十分突出。在南海夏季风每个典

型的活跃期开始后，广州气溶胶的消光特性都开

始增大，一般在活跃盛期前后达到最大的消光特

性，之后消光特性开始减弱。

从图２中同样可以看到，２００９年南海夏季风

活跃的４个时段，分别是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。对应的环流指数中心分别在７月１５日、８月

３日、９月８日和９月２５ Ｅｔ。图２ｃ显示的广州气

溶胶的消光特性在南海夏季风的活跃期同样也有

先增长后减弱的过程。为了更清楚地看到这种变

需要说明的是，虽然气溶胶的消光系数有年际上

的变化，但是本文分析季节内尺度问题，即在季

风期的气溶胶消光的相对大小，因此年际差异对

２期 郑彬等：南海夏季风背景下的广州气溶胶光学特性变化特征 ２１３

很大，而行星边界层层结又越来越稳定，则二者 星边界层层结越来越稳定，而风场相对而言有所

的作用可能会相互抵消。如图３ｃ和３ｄ、图４和

减弱，此时的气溶胶消光系数则基本没有变化，

图７所示，风场对气溶胶的影响在南海夏季风活

甚至略有上升。关于二者与气溶胶的定量关系，

跃盛期后起主要作用，但是在＋５日前后，由于行

一量邑 邀 一∞

还需要进一步研究。

圈

：田Ｌ

时间／天

图８同图３，但为１１５～１２０。Ｅ，２２．５～２５。Ｎ平均降水距平（ｍｍ，ａ），１１５～１２０。Ｅ，２２．５ ２５。Ｎ

平均比湿距平（ｇ／ｇ，ｂ），广州气溶胶单次散射因子（５２５ ａｍ，ｃ）。

此外，注意到南海夏季风活跃期间的吸收系

散射特性［２６］。图８ｃ显示的单次散射因子在一ｌ一

数变化与环境风场和行星边界层层结变化关系虽

＋１日的显著增大表明了气溶胶散射特性的增强，

然很好，但是在南海夏季风活动盛期前２ Ｅｔ到后

这很可能是气溶胶粒子吸湿后的散射贡献。但是

１日，散射系数在行星边界层趋于不稳定，而且

随着降水的增大，湿清除作用使气溶胶粒子明显

环境风场又很大的情况下 依然保持上升趋势，

减少，从而使南海夏季风活跃盛期后的气溶胶散

这与前面的理解似乎存在矛盾Ｏ我们分析区域

射系数开始减小。由此可见，南海夏季风活跃期

１１５～１２０。Ｅ，２２．５～２５。Ｎ的环境平均比湿距平

间，广州气溶胶散射特性的变化与气溶胶的吸湿

的变化，可以发现湿度从一１日开始有一个明显的

增长及降水的湿清除也有联系，这方面的研究也

增长过程（图８ｂ），与降水的增ａｎ（图８ａ）ｔ￣常吻合。

非常值得关注。

随着湿度的增大，气溶胶会吸湿增长从而增加其

参考文献：

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２１４ 热带气象学报 ２９卷

『６１ ＷＯＮ，Ｊ Ｇ，Ｙ０ＯＮ Ｓ Ｃ，ＫＩＭ Ｓ Ｗ，ｅｔ ａ１．Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｒｅｃｔ Ｒａｄｉａｔｉｖｅ Ｆｏｒｃｉｎｇ ｏｆ Ａｓｉａｎ Ｄｕｓｔ Ａｅｒｏｓｏｌｓ ｗｉｔｈ Ｓｕｎ／Ｓｋｙ Ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ ａｎｄ Ｌｉｄａｒ

Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ａｔ Ｇｏｓｎ，Ｋｏａｒｅａ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆｔｈｅ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆＪａｐａｎ，２００４，８２（１），ｌｌ５—１３０．

ｆ７１ ＬＡＵ Ｋ Ｍ，ＲＡＭＡＮＡＴＨＡＮ Ｖ，ｗＵ Ｇ ｘ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ Ｊｏｉｎｔ Ａｅｒｏｓｏｌ ｏｎｓｏｏｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ：Ａ Ｎｅｗ Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ ｆｏｒ Ｍｏｎｓｏｏｎ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ［Ｊ］．

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【９】ＬＯＨＭＡＮＮ Ｕ，ＬＥＳ１ＮＳ Ｇ．Ｓｔｒｏｎｇｅｒ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｎｔａｈｒｏｐｏｇｅｎｉｃ ｉｎｄｉｒｅｃｔ ａｅｒｏｓｏｌ ｅｆｆｅｃｔ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００２，２９８（５５９５）：１ ０１２—１ ０１５．

【１０】ＣＡＯ Ｊ Ｊ，ＬＥＥ Ｓ Ｃ，ＨＯ Ｋ Ｆ，ｅｔ ａ１．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｒａｂｏｎａｃｅｏｕｓ ａｅｒｏｓｏｌ ｉｎ Ｐｅａｒｌ Ｒｉｖｅｒ Ｄｅｌｔａ Ｒｅｇｉ０ｎ，Ｃｈｉｎａ ｄｕｒｉｎｇ ２００１ ｗｉｎｔｒ ｅｐｅｒｉｏｄ［Ｊ］．

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【ｌ１】ＰＥＮＮＥＲ Ｊ Ｅ，ＤＯＮＧ Ｘ Ｑ，ＣＨＥＮ Ｙ．Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｌ ｅｖｉｄｅｎｃｅ ｏｆ ａ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｒａｄｉａｔｉｖｅ ｆｏｒｃｉｎｇ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｄｉｒｅｃｔ ａｅｒｏｓｏｌ ｅｆｆｅｃｔ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，２００４，

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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

ｏｖｅｒ ａ ｔｒｏｐｉｃａｌ ｓａｔｔｉｏｎ，Ｐｕｎｅ，Ｉｎｄｉａ［Ｊ］．Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００３，１０（３）：２５３－２６２．

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ｌｉｖｅｄｇｒｅｅＴｌｌｌｏｕｓｅ ｇａｓｅｓ［Ｊ］．ＪＧｅｏｐｈｙｓＲｅｓ，２００７，１１２，Ｄ１４２０９，ｄｏｉ：１０．１０２９／２００６ＪＤ００８０５１．

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—

ｄｏｉ：１０．１０２９／２００９ＧＬＯ４０ｌ１４．

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Ｇｅｏｐｈｙｓ Ｒｅｓ，２００６，ｌｌ１，Ｄｌ５２０１，ｄｏｉ：１０．１０２９／２００５ＪＤ００６３１２．

『２１１ ＨＵＡＮＧ Ｙ，ＣＨＡＭＥＩＤＥＳ Ｗ Ｌ，ＤＩＣＫＩＮＳＯＮ Ｒ Ｅ．Ｄｉｒｅｃｔ ｎｄ ａｉｎｄｉｒｅｃｔ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｎｔａｈｒｏｐｏｇｅｎｉｃ ａｅｒｏｓｏｌｓ ｏｎ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｐｒｅｃｉｐｉａｔｔｉｏｎ ｏｖｅｒ Ｅａｓｔ Ａｓｉａ．

Ｊ Ｇｅｏｐｈｙｓ Ｒｅｓ，２００７．１１２。Ｄ０３２１２，ｄｏｉ：１０．１０２９／２００６ＪＤ００７ｌｌ４．

『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．

【２３】ＨＵＡＮＧ Ｊ，ＺＨＡＮＧ Ｃ，ＰＲＯＳＰＥＲＯ Ｊ Ｍ．Ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ ｅｆｅｃｔ ｏｆ ａｒｏｓｅｏｌｓ ｏｎ ｐｒｅｃｉｐｉａｔｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｗｅｓｔ Ａｆｒｉｃａｎ Ｍｏｎｓｏｏｎ ｒｅｇｉｏｎ［Ｊ］．Ｑｕａｒｔｒｌｅｙ

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆｔｈｅ Ｒｏｙａｌ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ．２００９，ｌ３５（６４０）：５８１．５９４．

［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

ｓａｔｅｌｌｉｔｅ—ｂａｓｅｄ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ［Ｊ］．Ｊ Ｇｅｏｐｈｙｓ Ｒｅｓ，２００６，１１ １．Ｄ１９２０４。ｄｏｉ：ｌＯ．１０２９／２００５ＪＤ００６８８４．

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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