潮汐变化对雾霾的影响：关注圈层差异旋转

                               杨学祥，杨冬红

1． 西风带对雾霾的影响

黄土是西北地区戈壁、沙漠中的细粒物质被风吹到黄土高原上堆积而成的，灰霾是否也是西北地区戈壁、沙漠中的更细粒物质被风吹到中国东部而成的？在历史上这一过程难以找到证据，但理论上应该是成立的：在沙尘暴由西向东传送的过程中颗粒大的物质先沉降，颗粒小的物质后沉降，直到最小的颗粒物质沉降到大海。这应该是灰霾远距离传送的大背景。静稳天气有利于大气中灰霾的沉降，并与当地的大气污染相配合，形成严重的雾霾灾害。这是严重雾霾集中在中国东部平原地区的原因。

在北纬30度以北，中国地形为西高东低，从西到东有4000-5000米的青藏高原、1000-2000米的黄土高原、50米以下的华北平原。西风由西向东而过，气流横截面积逐渐扩大，流速不断缩小，漂浮颗粒物质由大到小逐段沉降，先细沙，后微尘，中间是黄土。

中国西部的开发，导致西部大城市大气污染加剧，西风远距离输送是导致东部城市雾霾加剧的重要原因，根据这一模型，兰州和西安的雾霾强度在相同天气条件下与河北正相关。

图1 北纬30度以北西风带对中国东部地区雾霾的影响

蒋大和教授最近指出，实际上空气污染物在被排放后直至消失（如果难以消散，就会像二氧化碳那样有累积了）的生命周期包括来源（排放），输送过程（风吹、扩散、化学转化等），和沉降（重力沉降、干沉积、湿沉降），或者还有分解（很少讨论）和衰减（放射性物质）。重力沉降主要指尺度比较大的粗颗粒物，即PM10中尺度大于2.5微米的颗粒物，及大于PM10的颗粒物。PM2.5等细颗粒物因为空气阻力等原因，一般不考虑它们的重力沉降。湿沉降是指雨滴在成型时已经包含的污染物，和从云底降下过程中又冲刷空气中的污染物。干沉积只发生在地面，因为污染物和地表接触，发生吸收和吸附使污染物停留在地面，不再介入输送，因此被从大气中“清除”。

http://news.sciencenet.cn/htmlpaper/20114613363996715958.shtm

2． 东风带对雾霾的影响

在北纬30度以南，中国地形为西高东低，从西到东有4000-5000米的青藏高原、1000-2000米的云贵高原、200-600米以下的东南丘陵。东风由东向西而过，气流横截面积逐渐缩小，流速不断增大，有利于雾霾的清除。

图2 北纬30度以南地区地形有利于东风增强和雾霾清除

3． 潮汐周期对雾霾的影响

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，雾霾的峰值一般出现在非潮汐组合的潮汐平静期，在科学网有相关的对应数据。

4． 实例

2013年12月21-22日是非潮汐组合的平静期，相关数据表明，北纬30度以北地区中国东部雾霾强度大于中国西部，与西风带的雾霾远距离传输作用有关；北纬30度以南地区中国东部雾霾强度小于北纬30度以北中国东部地区，表明其东部海洋环境优于北纬30度以北中国西部，也表明东风在地形变化中逐渐加速，对雾霾有很好的清除作用。

截至12月21日早上7时，河北省的石家庄、邢台和保定三个城市的AQI（空气质量指数）“爆表”达到500，属于六级严重污染，成为74个公布PM2.5数据城市中空气质量最差的城市。

今天北京空气比海口还好，74个城市中北京最好，北京雾霾的大起大落说明了什么？

气候条件对雾霾的形成和排除非常重要。北京处于12月20日20时-21日20时雾霾区边缘，21日8时-14时雾区边缘，所以没有受到雾的侵扰，有利于霾的扩散，得利于气候条件的优越，天气预报给出来了答案。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-751703.html

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。

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。

本月天文奇点相对较集中，相互作用增强，可激发极端事件发生，2013年12月至2014年3月地震活动进入高潮，可能导致冷冬。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-735254.html

今日空气海口不如北京 河北4城市"爆表" (图)

数据来源：天气通APP

http://env.people.com.cn/n/2013/1221/c1010-23907461.html 

参考文献

Li G Q.27.3-day and 13.6-day  atmospheric tide and 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