南京信息工程大学联合研究EST|人为空气污染物改变热带气旋生成环境条件

人为气溶胶可改变热带气旋生成的关键环境条件，但不同气溶胶物种的综合及特异性影响尚未明确。本研究采用最新排放清单驱动的 WRF-Chem 模式，量化西北太平洋区域主要气溶胶物种对热带气旋生成潜力指数（GPI）的影响。结果显示，相较于清洁大气基准情景，全气溶胶负荷使区域 GPI 降低约 24%，核心源于潜在强度、对流层中层湿度、涡度下降及垂直风切变增强。气溶胶扰动进一步改变热带气旋特征，导致其生命周期缩短、生成纬度南移、强度减弱、移动速度放缓。物种层面，人为硫酸盐与黑碳的抑制效应最强，自然气溶胶影响较弱。研究揭示人为排放与热带气旋生成环境间存在热力 - 动力耦合路径，为亚洲沿海人口密集区的气候适应与减排政策制定提供科学依据。

1 科学问题

1. 不同人为气溶胶物种对热带气旋生成的有利环境，是否存在差异化影响，且影响程度尚未精准量化；
2. 人为气溶胶排放是否会改变西北太平洋热带气旋生成区的空间分布，以及气旋移动路径的偏移规律尚不明确；
3. 气溶胶 - 辐射相互作用、气溶胶 - 云相互作用如何通过热力与动力过程，耦合调控热带气旋生成潜力，其内在机制亟待厘清。

2 研究方案

模式与模拟区域：采用 WRF-Chem（v4.7.0）模式，模拟区域覆盖西北太平洋（5°N-30°N、100°E-160°E），水平分辨率 25km，垂直 35 层，气象初始场采用 NCEP-FNL 再分析数据，排放源采用 HTAP v3.2 清单。

实验设计：设置两组核心实验，全气溶胶实验纳入所有人为气溶胶排放，对照实验无人工气溶胶排放；另开展单物种模拟，分离硫酸盐、黑碳、硝酸盐等不同气溶胶的独立影响，选取 2017-2019 年三个热带气旋活跃期开展模拟。

评估指标与分析方法：以气溶胶光学厚度、海表温度验证模式可靠性；采用生成潜力指数（GPI）量化气旋生成潜力，分解涡度、相对湿度、垂直风切变、潜在强度四大关键因子；通过轨迹追踪与统计分析，量化气溶胶对气旋生命周期、生成纬度、强度及移动速度的影响。

3 结论

1. 人为气溶胶显著抑制西北太平洋热带气旋生成，全气溶胶负荷使 GPI 降低 24%，核心驱动因子为潜在强度下降、中层湿度降低、涡度减弱及垂直风切变增强。
2. 气溶胶物种抑制效应存在层级差异，黑碳与硫酸盐抑制作用最强，ΔGPI 分别为 - 0.83、-0.73；PM10、PM2.5、氮氧化物等人为气溶胶抑制效应依次减弱；自然气溶胶（沙尘、海盐）影响微弱。
3. 气溶胶扰动重塑热带气旋活动特征：生成区整体南移，生命周期缩短，强度减弱，移动速度降低；弱气旋缓慢移动可能增加沿海区域降水累积，加剧洪涝风险。
4. 气溶胶影响具有空间异质性，130°E 以西抑制效应最强，东亚排放对南海及近岸气旋活动影响尤为显著；气溶胶间存在非线性相互作用，全气溶胶综合效应小于单物种效应之和。

不足与展望

1. 模拟仅聚焦西北太平洋区域，未开展全球尺度对比；未深入探讨气溶胶与季风、海洋环流的长期耦合反馈；单物种模拟未完全厘清气溶胶间的协同与拮抗机制。
2. 未来可拓展至全球多洋盆对比研究；结合长期观测数据，解析气溶胶 - 气候系统的长期演变规律；深化减排情景模拟，量化不同污染物控制策略对热带气旋活动的调控效应，为减排与气候适应协同政策制定提供支撑。