1980-1995年美国雾霾趋势分析外文翻译资料

 2022-12-08 15:43:13

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1980-1995年美国雾霾趋势分析

摘要

本文主要讨论了1980-1995年期间美国灰霾分布情况和典型趋势。雾霾测量是基于由美国气象服务中心掌控的298个综合气象台站观测的能见度。在过去的15年期间灰霾的天数有一个显著的下降（～10%）。在美国东部和加利福尼亚的盆地这种减弱是显著的。在相同时期，在美国东部，硫的释放减少了大约10%。然而，这种减少的原因并不清楚。这份报告是对一份早期从1950-1980年灰霾分布情况和典型趋势的调查的再分析。

  1. 引言

大气灰霾空间和时间的趋势以及人为原因受到了来自北美的科学和管理研究者的广泛关注。目前，大部分的文章就灰霾的物理和化学属性以及污染的排放源，形成和传输进行了一定的探讨。这份报告主要是更新了由华盛顿大学的空气污染影响和趋势分析中心始于1976年开展的灰霾趋势的研究。

2. 灰霾趋势数据和处理方法

用于能见度趋势分析的数据是人工观测台站在白天每小时测得的能见度值V(km)组成的。观测的视程范围被用来计算消光系数，通过科希米德关系式（Koschmieder,1926）。科希米德常量值，K ,是由人眼的视觉阈值，在水平天空下可见目标物的亮度的对比。在这篇报告中，我们使用K=1.9根据griffing和ozkaynak测得的数据确定的。消光系数大致与光的散射、气溶胶的吸收和气体的浓度成正比。消光系数是灰霾的量度，并且这两个术语在此可以互换使用。要检查时空的趋势，最初的能见度观测数据被总结为一个季度的白天消光系数的综合。能见度同时受到灰霾时气溶胶和气象条件的影响，如降水，雾和雪。这些天气障碍的影响通过丢弃在雨、雾和雪天的观测值来消除。相对湿度（RH）的影响被施加RH修正因子，以产生干消光系数补偿。

季节性分布函数的第75百分位是选择在这个灰霾分析中使用的具体参数。虽然标新立异，但是它是不需要任何推断或其他调整数据的最安全的方法。与机场视觉范围观察一个显著的问题是，有一个最远的标记超出该可视范围仍未解决，由此偏斜其他统计度量，如平均值（Husar享用和Wilson，1993）。平均可从第75百分位估计。以前的研究，已经表明，消光系数为2.5的典型的对数标准偏差大致呈对数正态分布。对于这样的分布，第50个百分位是第75百分位数0.5倍，平均为第75百分位数0.76倍。

空间格局显示为等高线地图。等高线是从利用逆距离站点的观测得出的平方的空间内插方案（法尔克等人，2001）。插值法用于250公里半径范围内最近的六个站点。标高数据被合并为水平和垂直的障碍，这阻止了高海拔下估计的 的在山谷中观测使用，且阻止了在插值过程中横贯山脉的观测。

3. 美国灰霾季节性趋势图

在这12幅季节性图中展现了自1980年以来每五年美国灰霾模式和变化趋势，以1983年，1988年，1993年为中心（图片1）。在日历中一月份是第一季度的开始，图中显示了两个大的连续阴霾区域，一个在美国东部和另一个是太平洋沿岸。这两个灰霾地区之间，其实存在着一个低灰霾的区域，从落基山脉跨越塞拉 - 级联山脉。这种模式在过去的30年（Husar享用和威尔逊，1993年）一直被保持着。然而，在西部和东部地区的灰霾已经发生了显著的变化趋势。

图.1（1980-1995）显示，在美国东部，干消光系数最高的是在夏季（第三季度）。在毗邻田纳西州阿巴拉契亚山脉和卡罗来纳境内观测到最高的消光系数（相当于六英里的能见度距离）。相比之下，在美国东部（缅因州，佛罗里达州，德克萨斯州，北达科他州）的外围，夏季消光系数比美国东部的中心值的近一半还小。

在冬季，美国东部的干消光系数（图1，1和4季度）显示在大湖和俄亥俄河谷之间灰霾值（）的升高。在德克萨斯和佛罗里达州之间的海湾国家和沿着从北卡罗莱纳州到新泽西州大西洋中部海岸发现了另一个冬季灰霾区。

图.1 美国第75百分位的经RH修正的干消光系数,冬季（Q1），春季（Q2），夏季(Q3)，秋季(Q4)，是有能见度VR获得的，.天气现象造成的视程障碍忽略。

图2显示了1980-1995这15年间夏季美国东部趋势。使用来自密西西比河（美国东部），密西西比田纳西州的弗吉尼亚州和俄亥俄州东以北（美国东北部），南亚和东亚（南第75和90个百分点 - 美国东部）的所有站点的数据对趋势进行了计算。如图所示，在美国东部，在过去的15年期间第90百分位的下降了17%，第75百分位下降了9％。在美国东南部，其中第90和第75百分位数分别下降了20％和12％，观察到跌幅较大。在东北的第90和第75百分位数，其中分别为16％和8％。由于这些下降的影响，1991-1995年期间在美国东部大部分地区第75百分位消光系数低于，如图所示。

图.2 1980-1995年夏季美国东部，东北部和东南部第90百分位和第75百分位消光系数趋势图。各趋势的置信区间符合t-分布

灰霾的模式和趋势在美国西部的山间不能被评估由于可视范围数据库的空间分辨率的评估较差。极少数的观测台站报告的能见度在30-50km。为了弥补这种缺陷，地形数据被融合进了地图中。

霾的垂直分布（）可以在整个美国太平洋沿岸观察到，特别是在加州中部和南部（圣华金河和洛杉矶盆地）。灰霾在冬季是最糟糕的（1和4季度），超过。在1981- 1995年期间，霾的显著的水平（10％）在整个太平洋沿岸下跌，包括圣华和洛杉矶盆地。

由于在美国东部，硫酸构成40-70％的光散射气溶胶（NAPA，1990年），所以就将消光系数的变化趋势和硫排放的变化趋势进行了对比，见图.3。 1985年之前的排放数据是从努森（1985）和Husar（1986年）获取的，而1985年之后的数据来自国家排放趋势（NET）排放清单（US EPA，1998年）所作。国家酸沉降评估小组和美国环境保护协会定期的报告二氧化硫和氮氧化物排放量的变化趋势，包括对能见度的影响。硫排放数据的一个不寻常的特点是1995年有大幅下滑。 图3表明，在美国东部和硫排放在15年同期下降约10%。美国东北和东南部的跌幅也很明显。然而，每年关系变化显著。

图.3 美国东部，东北部和东南部每年硫排放趋势和夏季第75百分位的消光系数比较。在1980-1995年期间，美国东部雾霾和硫排放都下降了约10%

4. 讨论

灰霾趋势的更新表明，在1980-1995年期间，灰霾天全国范围内显著下降约10%。美国东部灰霾发生的频率（接下来的第90百分位）以更快的速度在下降（17％）。

由于能见度导致的灰霾是PM2.5浓度的替代品，这些结果暗示，也有在全国PM2.5水平大幅（～10％）下降。阴霾和PM2.5下降的原因并不在此调查中详细的阐述。然而，值得注意的是灰霾跌幅与美国东部硫减排一致。此外，美国东部硫酸湿法沉积速率减少的趋势和PM10分别在20世纪80年代和90年代已经被林奇等人发现。 （1995）和达林顿等人（1997）。为了充分建立观察减少的因果关系，更多的工作需要专注于特定的气溶胶化学物质，在大气中的氧化能力可能发生的变化，以及相关的气象变量的发展趋势。

这项工作进一步支持了利用灰霾变化趋势数据来监测1990年的清洁空气法修正案减排的效果。以前的工作（Husar和威尔逊，1993）还将美国东部霾污染前体物释放模式与区域性和季节性的转换成霾污染联系在一起。

自20世纪80年代末，能见度走势图，类似这里介绍的那些，是由环境保护局颁发的国家空气质量和排放趋势报告中使用。趋势报告是对国家的空气质量的官方年度报告卡。令人遗憾的是，这可能是基于表面的观测数据的最后的一份美国灰霾趋势的最新情况的报告。20世纪90年代初开始，越来越多的网站开始使用自动光散射传感器来收集能见度数据是这与长达50年的人为观测的数据并不兼容。

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