潮汐组合类型转换与雾霾频发期的相关性及其地球物理学机制

                             杨学祥，杨冬红

关键词：雾霾，潮汐组合，地球自转，差异旋转，天文条件

1．  引言

2013年北京1月份雾霾天气最多仅4天空气优良。2013年，浓浓的雾霾天“拉开幕”，将会以什么样的天气“画句号”？本应频现蓝天的1月份却成了严重雾霾天最多的月份，而按往年惯例，污染天少不了的11月份，一级优的蓝天数却多得能“笑傲”全年。

污染最严重的当数1月12日，当天一些站点的PM2.5监测仪瞬间“捕捉”到空气中每立方米悬浮的细颗粒物突破1000微克。如果按照新空气质量标准规定，一天中PM2.5浓度要控制在75微克/立方米才算达标的话，这天的PM2.5浓度超过新标准10多倍。

http://news.stnn.cc/c6/2013/12/24/1387864753722.html

公布的材料表明此次重霾前后一共4次（到1月30日为止），分别是7—13日，16—19日，21—23日，26—30日。与1月9-12日、16-19日、21-23日、27-30日四次潮汐组合一一对应，与地球潮汐形变、自转速度变化造成的“地球呼吸”相一致。计算表明，地球潮汐形变造成的地壳容积周期变化，可以形成地球的呼吸运动。异常规模的地球呼吸与地震火山活动相对应，与异常雾霾天气相对应，值得深入研究。如果潮汐组合导致中国及其周边地震频发，在没有强冷空气活动配合的条件下，潮汐形变引发的地下排气就是雾霾形成的重要因素。

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表1 2013年1月潮汐组合

潮汐组合A：2013年1月5日为日月小潮（下弦），3日月亮赤纬角达到极小值北纬0.0002度，两者强叠加，赤道和两极潮汐变化幅度变大，地球扁率变大，地球自转变慢，有利于拉尼娜发展（弱），可激发地震火山活动和冷空气活动。

潮汐组合B：1月12日为日月大潮，10日月亮近地潮，9日月亮赤纬角达到最大值南纬20.5247度，三者两两强叠加，潮汐强度较强，潮汐南北摆动最大，地球扁率变小，地球自转变快，有利于厄尔尼诺发展（强），可激发地震火山活动和冷空气活动。

      潮汐组合C：1月19日为日月小潮（上弦），16日月亮赤纬角达到极小值北纬0.0002度。两者弱叠加，赤道和两极潮汐变化较大，地球扁率变大，地球自转变慢，不利于厄尔尼诺发展（弱），可激发地震火山活动和冷空气活动。

潮汐组合D：1月23日月亮赤纬角达到最大值北纬20.92863度， 22日为月亮远地潮，21日为冬至，太阳在南回归线（南纬23度半），23日月亮潮和太阳潮近似在同一纬度，三者强叠加，潮汐南北摆动恨大，地球扁率变小，地球自转变快，有利于厄尔尼诺发展（弱），可激发地震火山活动和冷空气活动。

潮汐组合E：1月27日为日月大潮，30日月亮赤纬角达到极小值北纬0.0002度。两者弱叠加，赤道和两极潮汐变化较大，地球扁率变大，地球自转变慢，不利于厄尔尼诺发展（弱），可激发地震火山活动和冷空气活动。

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当时的关注重点是地下排气，忽略了潮汐组合对冷空气活动的影响。

按往年惯例，污染天少不了的11月份，一级优的蓝天数却多得能“笑傲”全年，我们意外发现，其原因在于2013年11月是两种潮汐类型的转型时期。

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2．  潮汐组合类型转换与雾霾频发期的相关性

自2013年12月16日以来，陕西省已连续8天出现严重的雾霾天气，预计关中地区的雾霾天气仍将持续到26日。

从17号开始，陕西省低层偏南风发展，带来较多水汽。高层西北风带来暖空气，造成我省关中、陕南地区部分地方出现大雾天气。一般大雾形成时，大气属于静风状态，不利于雾霾的扩散，所以持续了较长时间的雾霾天气。

预计25号将有一股冷空气降临我省，在冷空气来临之前，暖湿气流将会加强。暖湿气流加强的同时，由于湿度加大带来更多水汽，所以今天到明天，雾会比前几日更加严重，能见度也会随之降低。雾越大，霾越不易扩散，会在大气底层越积越多，浓度进一步加强，所以造成今日进一步升级霾预警信号。预计25号冷空气如约而至后，雾霾将会逐渐减弱。

表2 2013年12月潮汐组合及其对冷空气活动的影响

潮汐组合C：12月17日月亮赤纬角达到极大值北纬19.57002度，12月17日为日月大潮，20日为月亮远地潮，两者强叠加，三者弱叠加，潮汐强度较大，潮汐南北摆动较大，地球扁率变小，地球自转变快，有利于厄尔尼诺发展，可激发地震火山活动和冷空气活动。

本次潮汐组合中潮汐强度较大，潮汐南北摆动较大，地球扁率变小，地球自转变快，赤道空气向两极流动，有利于陕西低层偏南风的发展，带来较多水汽，造成陕西省关中、陕南地区部分地方出现大雾天气。

潮汐组合D：12月25日为日月小潮（下弦），12月24日月亮赤纬角达到最小值北纬0.00048度，两者强叠加，地球扁率变大，地球自转变慢，有利于拉尼娜发展，可激发地震火山活动和冷空气活动。

本次潮汐组合中潮汐强度较小，地球扁率变大，地球自转变慢，两极空气向赤道流动，偏北风的发展有利于雾霾的清除，但强度较弱。

2013年12月中国雾霾天气频发的原因是，日月大潮与月亮赤纬角最大值叠加，地球扁率变小，地球自转变快，赤道空气向两极流动，有利于北半球低层偏南风的发展，带来较多水汽，造成部分地方出现大雾天气。日月小潮与月亮赤纬角最小值叠加，潮汐强度较小，地球扁率变大幅度小，地球自转变慢速度小，两极空气向赤道流动规模小，偏北风的发展有利于雾霾的清除，但强度较弱，效果差。

这种情况也出现在2013年的1月，这两个月的潮汐组合类型完全相同，但在1月末得到改变。

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2014年1月末到2月初，是两种潮汐类型转型期，雾霾有望在1月末逐渐减弱。不利于雾霾产生的潮汐组合类型如下：

潮汐组合D： 2月23日为日月小潮（下弦），2月24日月亮赤纬角达到最大值南纬19.16922度，两者强叠加，潮汐南北摆动较大，地球扁率变小，地球自转变快，有利于厄尔尼诺发展（强），可激发地震火山活动和冷空气活动。

潮汐组合E：2月28日为月亮近地潮，3月2日月亮赤纬角达到极小值南纬0.00068度，2014年3月1日为日月大潮，三者强叠加，潮汐强度较大，地球扁率变大，地球自转变慢，有利于拉尼娜发展（弱），可激发地震火山活动和冷空气活动。

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雾霾天气与潮汐组合类型的对应关系，给出了雾霾天气出现的天文原因，对雾霾天气的预测和预防有重要意义。

3．  潮汐组合类型转换与雾霾频发期的地球物理机制

对海洋潮汐，人们不但很容易接受和理解，而且相关的研究和应用也很多。而在同属地球流体，且流动性更强的大气中，由于月球和太阳(主要是月球)的吸引力引起的大气潮汐却很少有人注意。在国家自然科学基金的支持下，已退休的中国科学院大气物理研究所研究员李国庆在这一领域作了大量研究，用赤纬角的对应关系、日、月、地距离等因素推导出了一个引潮力公式，从而推算出天体引潮力造成的27.3天及13.6天周期的大气潮。

李国庆认为，人们站在钱塘江边，当然能感受到大潮出现时潮涨潮落的汹涌澎湃。如果我们穿上潜水衣，潜入海底去观察，那么人们可能根本感知不到海洋潮汐的变化。同样的道理，人们对大气潮感觉不很明显，是因为我们身处大气层的底部。“大气和海水同属地球流体，且大气流动性更强。如果我们从外太空的视角观察，大气潮比海潮剧烈得多”。

“同样，引潮力也会对地壳产生一些影响，有数据表明，引潜力大时地球的形变可以达到半米。海洋变化更大，钱塘江大潮就非常壮观。而引起大气变化的幅度更大。”李国庆说，“一些低纬度地区这种影响更明显些，在高空(8千米～9千米的高度)，空气可以上下振动50米左右。由于大气是一种连续流体，地球又在旋转，这种上下的移动还会引起大气的水平运动，因而会引起天气的变化。”

李国庆认为，作用在大气上的不光有引力，还有热力、平流影响等，潮汐是其中一个重要因素。气压场的变化会引起空气流动，就会影响降水，因此对天气预报也会有些影响。“现在我们的天气预报模式并没有考虑这些因素，我呼吁将这一因素考虑进去”。

http://tech.enorth.com.cn/system/2009/06/15/004091359.shtml

计算表明，地球潮汐形变导致的各圈层差异旋转，可使地壳、海洋、大气分别产生0.2、0.6、80米的固体潮、海洋潮和大气潮的上下震荡，长生各圈层的差异旋转，影响不同风带的风速和强度，对雾霾天气的形成和清除有重要的影响。潮汐组合是潮汐强度极值和潮汐南北震荡幅度极值所形成的活动期组合，中国雾霾的峰值一般出现在增强赤道气流向两极流动的潮汐组合，在增强两极向赤道流动的潮汐组合中，偏北冷空气活动变强，不利于雾霾的形成，在科学网有相关的对应数据。

形成雾霾的静稳天气与天文条件密切相关。

4．  潮汐组合类型转换与雾霾频发期相关的规律及预测

2012年11月至2013年1月的潮汐组合类型有利于雾霾的形成，2013年2月-4月的潮汐组合类型不利于雾霾发生；2013年5-7月潮汐组合类型有利于雾霾发生，2013年8-10月潮汐组合类型不利于雾霾发生，2013年12月-2014年1月的潮汐类型有利于雾霾发生。2014年2-4月潮汐组合类型不利于雾霾发生。潮汐组合类型转化的周期为6个月。

预计2014年1月末雾霾将逐渐变弱，进入2-4月的相对平静期。

特别声明：本文是最新的科学创新，为了雾霾的治理和预测而提前在科学网发表，版权所有，转载和引用必须注明出处，否则将追究责任。

参考文献

Li GQ.27.3-day and 13.6-day  atmospheric tideand lunar forcing on atmosphericcirculation. Adv. Atmos. Sci., 2005, 22: 359~374

杨学祥, 陈殿友.构造形变、气象灾害与地球轨道的关系. 地壳形变与地震,2000,20（3）：39~48

杨学祥. 全球变暖、构造运动与沙漠化. 地壳形变与地震. 2001, 21（1）：15~23

杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934.

杨学祥, 陈殿友.地球差异旋转动力学, 长春：吉林大学出版社,1998

杨冬红, 杨学祥. 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 2013，28（1）：58-70。http://manu16.magtech.com.cn/geoprog/CN/volumn/home.shtml

杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677.