日前，由伟易博商务统计与计量经济系、北京大学统计科学中心陈松蹊教授情形统计团队关于气象转变与中国北方地区空气质量状态评估的研究论文Meteorological Change and Impacts on Air Pollution - Results from North China被《地球物理学研究期刊》《Journal of Geophysical Research--Atmospheres》正式吸收。

《地球物理学研究期刊》是美国地球物理团结会的旗舰期刊，包括7个分刊，收录的论文涵盖太阳、地球和行星科学、大气等众多地球物理学领域。创刊于1896年，是现在国际地球物理学界论文质量最高、笼罩领域最广、刊行数目最多的国际顶尖学术期刊之一。

研究描绘38年的气象变量与大气污染的关系

随着经济生长，能源消耗的大幅提高，我国大气污染问题日益严重。但在北方的冬季，一场砭骨的冬风往往能短暂“拯救”人们，带来一连几天的优良空气。在坊间，一个普遍撒播的看法是北方近些年严重的大气污染可以部分归罪于中国北方的（1）大宗植树造林和（2）兴建风力发电站所导致冬风的削弱。在学术界，Wang et al. (2018) [1]和Long et al. (2018) [2]等研究也间接支持了类似的看法：Wang等使用中国北方的数据发明高气溶胶浓度（高污染）一定水平上增进了树木的生长，而Long等发明北京西北偏向树木的茂盛导致京津冀地区PM2.5浓度上升了6%。别的尚有一些研究也体现天气转变加剧了空气污染(H. Wang et al. (2015) [3]，Cai et al. (2017) [4], Taylor et al. (2012) [5])。

陈松蹊教授研究团队的研究旨在磨练天气转变导致大气污染的科学性。团队团结使用了欧洲气象中心在差别等压面上的261个0.5经纬度格子点再剖析数据与161其中国大气污染监测站点的数据。研究分为两个部分（1）使用高维数据多重磨练要领，量化温度、湿度、风速、界线层等气象变量在1979年到2016年的转变，并磨练这些转变的显著性（2）量化这些转变对2014年-2016年PM2.5浓度的影响。

图1.研究区域为图中白色实线所标注的矩形，其中红点所标注的6个都会将用于进一步磨练天气转变对污染物影响的研究。

研究发明：冬风没有镌汰， 气温增添， 湿度镌汰

文章首先使用基于高维数据的多重假设磨练要领，剖析了地表温度、界线层高度、地吐露点温度、累计相对湿度（图2）与累计风速（图3）在1979-1997年与1998-2016年这两个19年阶段均值的转变。研究发明以下污染物有显著的转变：（1）地表温度上升了0.57度
；（2）累计东冬风速、界线层高度和耗散有显著上升
；（3）相对湿度（北方变干）和累计西南风速有显著下降
；（4） 但人们普遍体贴的西冬风没有镌汰。研究发明露点温度和空气污染水平显著相关，只管地表温度在中国北方地区上升显著，显著下降的相对湿度使得露点温度很洪流平上坚持了稳固。同时温度的上升导致界线层高度和耗散的上升，造成有利于污染物的笔直扩散。总体来说，自70年月末中国北方地区的气象转变现实上营造了更好地污染物扩散条件。这批驳了植树造林、兴建发电站导致冬风削弱的说法。

图2.比照两个19年阶段（1979-1997，1998-2016）（a）地表温度（b）界线层高度（c）地吐露点温度（d）累积相对湿度在中国北方地区差别月份的差别。（黑点体现统计学意义上转变显著的区域）

图3.比照两个19年（1979-1997，1998-2016）各个月份各个风向下累积风速均值的转变（a）西冬风（b）东冬风（c）西南风（d）东南风。（黑点体现统计学意义上转变显著的区域）

进一步地，研究通过回归模子构建了气象转变效应指标。该指标剖析了2014到2016三年各个月份排放配景下1979年到2016年的气象转变对PM2.5浓度的影响。团队对研究区域的32个都会均盘算了气象转变效应指标，并汇总在图4。

图4.（a）32个都会中天气转变在各个月份使PM2.5显著上升或下降的比例，正向体现上升的比例，反向体现下降比例
；（b）和（c）体现天气转变在各个月份对PM2.5的平均影响与相对影响。

图4（a）显示在整年12个月份、32个都会中，有下降效应的都会比例远大于有上升效应的都会比例。（b）和（c）显示平均和相对气象转变效应在整年大大都月份也泛起减小污染的效应。只管在统计学意义上天气转变对PM2.5有着显著的削弱效应，但在2014-2016年间的年度污染削弱作用均在1.29%-2.76%之间。并缺乏以抵消人为排放做造成的污染。

综上所述，研究团队得出如下结论：（1）地表温度、界线层高度和界线层耗散在1979-2016之间有显著上升、相对湿度则有所下降，而冬风并没有显著下降
；（2）在1979-2016这两个19年阶段间的天气转变导致中国北方地区在2014-2016年PM2.5下降了1.9%-2.7%（3）中国北方地区近年来的空气污染并不可归罪于天气转变， 而是过量的人类排放。

该论文的第一作者北京大学元培学院2018届本科结业生许子平 （现美国密西根大学安娜堡分校统计学博士生），其本科时代的学术导师是陈松蹊教授。文章的通讯作者是陈松蹊教授。另一作者是美国爱荷华州立大学气象系吴小青教授。本研究获得了国家重点研发妄想《大气污染成因与控制手艺研究》专项项目2016YFC0207701与国家自然科学基金项目71532001的资助。

[1] Wang, Xin, et al. "Field evidences for the positive effects of aerosols on tree growth." Global change biology 24.10 (2018): 4983-4992.

[2] Pendergrass, D. C., et al. "Predicting the impact of climate change on severe wintertime particulate pollution events in Beijing using extreme value theory." Geophysical Research Letters 46.3 (2019): 1824-1830.

[3] Chen, Huopo, and Huijun Wang. "Haze days in North China and the associated atmospheric circulations based on daily visibility data from 1960 to 2012." Journal of Geophysical Research: Atmospheres 120.12 (2015): 5895-5909.

[4] Cai, Wenju, et al. "Weather conditions conducive to Beijing severe haze more frequent under climate change." Nature Climate Change 7.4 (2017): 257-262.

[5] Taylor, Karl E., Ronald J. Stouffer, and Gerald A. Meehl. "An overview of CMIP5 and the experiment design." Bulletin of the American Meteorological Society 93.4 (2012): 485-498.