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空氣污染的鍋，氣候變化也有份？至少在中國的北方地區(qū)，這口鍋背得有點“冤”。

北京大學(xué)光華管理學(xué)院商務(wù)統(tǒng)計與計量經(jīng)濟(jì)系、北京大學(xué)統(tǒng)計科學(xué)中心陳松蹊教授環(huán)境統(tǒng)計團(tuán)隊的最新研究發(fā)現(xiàn)，自70年代末中國北方地區(qū)的氣象變化實際上營造了更好的污染物擴(kuò)散條件。

日前，該團(tuán)隊關(guān)于氣象變化與中國北方地區(qū)空氣質(zhì)量狀況評估的研究論文Meteorological Change and Impacts on Air Pollution - Results from North China被《地球物理學(xué)研究期刊》《《地球物理學(xué)研究期刊》是美國地球物理聯(lián)合會的旗艦期刊，包括7個分刊，收錄的論文涵蓋太陽、地球和行星科學(xué)、大氣等眾多地球物理學(xué)領(lǐng)域。創(chuàng)刊于1896年的《地球物理學(xué)研究期刊》，是目前國際地球物理學(xué)界論文質(zhì)量最高、覆蓋領(lǐng)域最廣、發(fā)行數(shù)量最多的國際頂尖學(xué)術(shù)期刊之一。

研究刻畫38年的氣象變量與大氣污染的關(guān)系

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能源消耗的大幅提高，我國大氣污染問題日益嚴(yán)重。但在北方的冬季，一場刺骨的北風(fēng)往往能短暫“拯救”人們，帶來連續(xù)幾天的優(yōu)良空氣。在坊間，一個廣泛流傳的觀點是北方近些年嚴(yán)重的大氣污染可以部分歸咎于中國北方的（1）大量植樹造林和（2）興建風(fēng)力發(fā)電站所導(dǎo)致北風(fēng)的削弱。在學(xué)術(shù)界，

陳松蹊教授研究團(tuán)隊的研究旨在檢驗氣候變化導(dǎo)致大氣污染的科學(xué)性。團(tuán)隊結(jié)合使用了歐洲氣象中心在不同等壓面上的261個0.5經(jīng)緯度格子點再分析數(shù)據(jù)與161個中國大氣污染監(jiān)測站點的數(shù)據(jù)。研究分為兩個部分（1）使用高維數(shù)據(jù)多重檢驗方法，量化溫度、濕度、風(fēng)速、邊界層等氣象變量在1979年到2016年的變化，并檢驗這些變化的顯著性（2）量化這些變化對2014年-2016年P(guān)M2.5濃度的影響。

圖1. 研究區(qū)域為圖中白色實線所標(biāo)注的矩形，其中紅點所標(biāo)注的6個城市將用于進(jìn)一步檢驗氣候變化對污染物影響的研究。

研究發(fā)現(xiàn)：

北風(fēng)沒有減少， 氣溫增加， 濕度減少

文章首先使用基于高維數(shù)據(jù)的多重假設(shè)檢驗方法，分析了地表溫度、邊界層高度、地表露點溫度、垂直累計相對濕度（圖2）與累計風(fēng)速（圖3）在1979-1997年與1998-2016年這兩個19年階段均值的變化。研究發(fā)現(xiàn)以下氣象因素有顯著的變化：（1）地表溫度上升了0.57度；（2）累計東北風(fēng)速、邊界層高度和耗散有顯著上升；（3）相對濕度（北方變干）和累計西南風(fēng)速有顯著下降；（4） 但人們普遍關(guān)心的西北風(fēng)沒有減少。研究發(fā)現(xiàn)露點溫度和空氣污染程度顯著相關(guān)，盡管地表溫度在中國北方地區(qū)上升顯著，顯著下降的相對濕度使得露點溫度很大程度上保持了穩(wěn)定。同時溫度的上升導(dǎo)致邊界層高度和耗散的上升，造成有利于污染物的垂直擴(kuò)散?？傮w來說，自70年代末中國北方地區(qū)的氣象變化實際上營造了更好地污染物擴(kuò)散條件。這否定了植樹造林、興建發(fā)電站導(dǎo)致北風(fēng)減弱的說法。

圖2. 對比兩個19年階段（1979-1997，1998-2016）（a）地表溫度（b）邊界層高度（c）地表露點溫度（d）累積相對濕度在中國北方地區(qū)不同月份的差異。（黑點表示統(tǒng)計學(xué)意義上變化顯著的區(qū)域）

圖3. 對比兩個19年（1979-1997，1998-2016）各個月份各個風(fēng)向下累積風(fēng)速均值的變化（a）西北風(fēng)（b）東北風(fēng)（c）西南風(fēng)（d）東南風(fēng)。（黑點表示統(tǒng)計學(xué)意義上變化顯著的區(qū)域）

進(jìn)一步地，研究通過回歸模型構(gòu)建了氣象變化效應(yīng)指標(biāo)。該指標(biāo)分析了2014到2016三年各個月份排放背景下1979年到2016年的氣象變化對PM2.5濃度的影響。團(tuán)隊對研究區(qū)域的32個城市均計算了氣象變化效應(yīng)指標(biāo)，并匯總在圖4。

圖4.（a）32個城市中氣候變化在各個月份使PM2.5顯著上升或下降的比例，正向表示上升的比例，反向表示下降比例；（b）和（c）表示氣候變化在各個月份對PM2.5的平均影響與相對影響。

圖4（a）顯示在全年12個月份、32個城市中，有下降效應(yīng)的城市比例遠(yuǎn)大于有上升效應(yīng)的城市比例。（b）和（c）顯示平均和相對氣象變化效應(yīng)在全年大多數(shù)月份也呈現(xiàn)減小污染的效應(yīng)。盡管在統(tǒng)計學(xué)意義上氣候變化對PM2.5有著顯著的削弱效應(yīng)，但在2014-2016年間的年度污染削弱作用均在1.29%-2.76%之間。并不足以抵消人為排放所造成的污染。

綜上所述，研究團(tuán)隊得出如下結(jié)論：（1）地表溫度、邊界層高度和邊界層耗散在1979-2016之間有顯著上升、相對濕度則有所下降，而北風(fēng)并沒有顯著下降；（2）在1979-2016這兩個19年階段間的氣候變化導(dǎo)致中國北方地區(qū)在2014-2016年P(guān)M2.5下降了1.9%-2.7%；（3）中國北方地區(qū)近年來的空氣污染并不能歸咎于氣候變化， 而是過量的人類排放。

該論文的第一作者北京大學(xué)元培學(xué)院2018屆本科畢業(yè)生許子平（現(xiàn)美國密西根大學(xué)安娜堡分校統(tǒng)計學(xué)博士生），其本科期間的學(xué)術(shù)導(dǎo)師是陳松蹊教授。文章的通訊作者是陳松蹊教授。另一作者是美國愛荷華州立大學(xué)氣象系吳小青教授。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃《大氣污染成因與控制技術(shù)研究》專項項目2016YFC0207701與國家自然科學(xué)基金項目71532001的資助。

陳松蹊，北京大學(xué)講席教授，國家特聘專家；光華管理學(xué)院商務(wù)統(tǒng)計與經(jīng)濟(jì)計量聯(lián)席系主任；北京大學(xué)統(tǒng)計科學(xué)中心創(chuàng)始主任。2017年全職北大之前是