华北平原是我国大气污染最严重的区域之一。自《大气十条》和《蓝天保卫战五年计划》执行以来，华北平原的PM2.5浓度出现明显下降，但整体水平依旧高于世界卫生组织给定的健康阈值。华北平原PM2.5污染主要由排放和不利的气象因素所致，后者主要调制其多时间尺度变率。陈文教授团队早期的研究指出80%的东北亚异常反气旋事件能引起华北平原至少2天PM2.5浓度异常偏高（An et al., 2022@ACP），并证实东北亚异常反气旋与ENSO（An et al., 2022@JC, 2022@JGR-A）和北极海冰（An et al., 2023@GRL）有关，但ENSO和北极海冰是否对东北亚异常反气旋及其相关的华北空气污染具有协同影响效应尚不清楚。
近日，中国科学院大气物理研究所和中国海洋大学联合培养博士研究生安霞东（导师陈文教授和盛立芳教授），联合中国海洋大学李春教授和大气所马天娇博士，基于中国海洋大学李建平教授提出的协同诊断分析方法（Li et al., 2019@AAS），分析了ENSO和北极海冰对初冬（11月-1月，NDJ）东北亚异常反气旋及其相关的华北平原PM2.5浓度异常的协同效应。结果发现10月份巴伦支海海冰增加可引起该地区11月负的热通量异常，负的热通量异常可以激发反气旋式异常，并以波动的形式加强东北亚异常反气旋，最终导致华北平原PM2.5浓度异常偏高。进一步发现，在厄尔尼诺事件影响下，受巴伦支海海冰影响的强东北亚异常反气旋和华北平原PM2.5高浓度现象出现的概率分别为57%和43%，远高于巴伦支海海冰增加（29%和0%）或厄尔尼诺事件（29%和14%）单独发生时的概率。基于上述研究重建的东北亚异常反气旋指数可提前一个月预测前冬东北亚异常反气旋的强度，预测值与原始序列的相关系数为0.61（通过有效自由度为14的0.05显著性水平）（图1），说明厄尔尼诺事件和巴伦支海海冰增加对东北亚异常反气旋及其相关的华北空气污染具有显著协同效应（图1和2）。该研究成果进一步揭示了热带和北极气候因子对中纬度大气环流系统及天气气候事件的协同影响。
上述成果于2023年3月15日发表在大气科学权威期刊Journal of Geophysical Research: Atmosphere上。该研究得到国家自然科学基金（42275191、41721004、42005032）和国家重点研发计划（2019YFA0607002）的资助。
图1. 初冬东北亚异常反气旋指数时间序列。其中红色实线为原始东北亚异常反气旋指数；蓝色实线为利用10月巴伦支海海冰指数和Nino3指数重建的东北亚异常反气旋指数；黑色虚线为利用10月巴伦支海海冰重建的东北亚异常反气旋指数；黑色点线为利用Nino3指数重建的东北亚异常反气旋指数
图2.（a）华北平原区域平均的PM2.5浓度异常。其中蓝色柱子代表只有巴伦支海海冰起作用；红色柱子代表只有厄尔尼诺起作用；紫色柱子代表巴伦支海海冰和厄尔尼诺共同起作用。（b）类似于（a），但为（a）所描述现象的反位相
相关论文信息：
An, X. D., W. Chen, L. F. Sheng, C. Li, and T. J. Ma, 2023: Synergistic effect of El Nino and Arctic sea-ice increment on wintertime northeast Asian anomalous anticyclone and its corresponding PM2.5 pollution. Journal of Geophysical Research: Atmosphere, 128, e2022JD037840.
论文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022JD037840
参考文献列表：
An, X. D., W. Chen, T. J. Ma, H. Aru, Q. Y. Cai, C. Li, and L. F. Sheng, 2023: Key Role of Arctic Sea-Ice in Subseasonal Reversal of Early and Late Winter PM2.5 Concentration Anomalies Over the North China Plain. Geophysical Research Letters, 50, e2022GL101841.
An, X. D., W. Chen, P. Hu, S. F. Chen, and L. F. Sheng, 2022: Intraseasonal variation of the northeast Asian anomalous anticyclone and its impacts on PM2.5 pollution in the North China Plain in early winter. Atmospheric Chemistry and Physics, 22, 6507–6521.
An, X. D., W. Chen, S. Fu, P. Hu, C. Li, and L. F. Sheng, 2022: Possible Dynamic Mechanisms of High- and Low-Latitude Wave Trains Over Eurasia and Their Impacts on Air Pollution Over the North China Plain in Early Winter. Journal of Geophysical Research: Atmosphere, 127, e2022JD036732.
An, X. D., F. Wang, L. F. Sheng, and C. Li, 2022: Pattern of wintertime South Rainfall–North Pollution over eastern China: the role of the strong eastern Pacific El Nino. Journal of Climate, 35, 3659–3673.
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