兰州市冬季空气污染的天气成因分析及浓度预报

兰州是全国冬季大气污染最严重的城市之一 ,通过对污染与天气形势的分析 ,给出了影响冬季兰州污染的天气分型 ;对 3种主要空气污染物TSP、SO2 、NOX 浓度值与同期表征逆温特征的逆温参数及地面气象要素作了统计分析 ,结果表明 :(1)污染物浓度与逆温层厚度呈显著正相关 ;(2 )污染物浓度与平均温度、能见度、风速、总云量、相对湿度成负相关 ,与温差、气压成正相关。最后针对不同天气分型 ,给出了冬半年兰州污染物浓度预报方程 ,经检验预报效果良好     

兰州市冬季大气边界层结构特征的观测和数值模拟研究

本文利用甘肃省政府和中国科学院的科技合作项目"兰州市大气污染及对策研究"所获得的系留气球探空资料,并且结合数值模拟方法,对兰州市冬季大气边界层温度场特征进行了对比分析,结果表明:在没有特殊天气过程的典型冬季代表性时段,山谷城市兰州逆温边界层结构无论白天或夜间都存在,而且经常出现多层逆温和白天的脱地逆温情况,只有当冷空气过境时,逆温现象才减弱或消失;与观测结果相比较可以看出,数值模拟结果基本上反应了温度场的主要特征。     

成都市冬季逆温对大气污染的影响分析

根据2002年1月的温度场和大气污染浓度强化监测资料,分析成都市冬季逆温特征。成都市的冬季逆温主要为上部逆温,出现频率为62.9%;通过分析其上部逆温的时间和空间分布特征,认为成都市冬季逆温对大气污染扩散的不利影响,主要表现为03时上部逆温对≤75m的低矮源污染物扩散的影响,而对高架源污染物的扩散影响不大。     

成都市冬季逆温对大气污染的影响分析

根据2002年1月的温度场和大气污染浓度强化监测资料,分析成都市冬季逆温特征.成都市的冬季逆温主要为上部逆温,出现频率为62.9%;通过分析其上部逆温的时间和空间分布特征,认为成都市冬季逆温对大气污染扩散的不利影响,主要表现为03时上部逆温对≤75m的低矮源污染物扩散的影响,而对高架源污染物的扩散影响不大.     

从大庆地区逆温特征看大庆大气污染的防治措施

本文从大庆地区冬、春、夏季逆温特征入手,得出了大庆地区冬季逆温频率最高,厚度大,强度大。春季次之,夏季最弱,即冬季是最不利于大气污染物扩散、稀释的季节这个结论,同时利用实际环境空气质量监测资料分析了逆温与大庆地区大气污染二者之间的关系,指出了逆温是制约大气污染的主要污染气象条件之一,逆温持续性、强度和层高对大气扩散影响存在着正比关系,即逆温频率越高、厚度越大、强度越高,可吸入颗粒物的浓度越高,大气污染越严重的规律;最后,有针对性地提出了大庆地区防治大气污染的六项措施。     

上海地区低能见度特征分析

利用上海机场气象观测资料以及同时段的探空资料、大气污染资料,分析了上海地区低能见度的季节和日变化特征,以及影响低能见度的天气因子和大气污染浓度,结果表明:低能见度在12月出现次数最多,其次是1月、11月,6-9月出现最少;05:00-08:00出现频率最高,维持时间在1-5 h内的累积频率达到84.4%.降水、雾、霾等是造成低能见度的天气因子.低能见度日空气污染比较严重.冬季大气边界层稳定比例较高、多层逆温频繁发生、混合层高度低,是上海地区低能见度发生频率较高的主要原因.     

乌鲁木齐冬季大气边界层温度和风廓线观测研究

为了进一步认识乌鲁木齐冬季大气边界层的结构特征及其对大气污染的影响,为改进城市空气污染预报和污染治理提供科学依据,利用2008年1月11—13日系留气艇对乌鲁木齐市城区大气边界层过程进行观测试验的资料,分析了观测期间乌鲁木齐风、温廓线和混合层厚度的变化特征,并探讨了大气边界层结构对乌鲁木齐大气污染的影响。结果表明:观测期间乌鲁木齐近地面全天存在悬浮逆温,且有时为多层逆温,大气层结稳定;受逆温层的影响,近地面全天风速都很小,均在4m/s以下,风向随高度变化规律明显;观测期间乌鲁木齐大气混合层厚度平均为274m。乌鲁木齐冬季大气边界层风、温廓线的特征及混合层厚度,对大气污染的影响作用显著,是造成该地区冬季多污染的主要原因之一。     

延安市冬季边界层风、温场特征分布

本文利用1985年12月25日—1986年1月9日的实测资料,分析了延安市冬季边界层风、温场特征。结果表明:延安市冬季低层逆温持续时间长、强度大,逆温持续期近地面几十米表现为混合层结构。边界层风场十分复杂,时空变化大,地面常为小风状态,风向、风速沿垂直方向有明显切变,低层流场有显著渠道效应,山谷风明显。     

2019年冬季呼和浩特市大气污染频发的气象条件分析

利用2015—2019年呼和浩特市大气污染物质量浓度、气象要素观测及NCEP FNL 1°×1°再分析资料,分析近5 a冬季环境空气质量特征及与大气污染扩散紧密相关的气象要素和大气边界层特征,研究2019年冬季呼和浩特市大气污染频发的气象条件变化特征。结果表明:(1)呼和浩特市冬季较易出现污染天气,以PM 2.5污染为主,2019年冬季,大气污染呈现出污染物积聚难于扩散、污染长时间持续、污染天数和重污染占比均显著增高等特点。(2)2019年冬季呼和浩特市气象条件呈现出平均风速偏小、小风日数偏多、南风出现频率增多、相对湿度偏高、混合层高度偏低、通风系数较小、逆温日数较多等特征。     

高原盆地边界层内冬季逆温特征的分析

本文利用1000m以内系留气球探测资料,分析研究了高原山间盆地冬季边界层内的逆温特征和生消规律,指出冬季逆温层厚度厚,强度强,是引起严重大气污染的重要原因之一。     

A Study of the Relationship between Air Pollutants and Inversion in the ABL over the City of Lanzhou

By analyzing the pollutant concentrations over the urban area and over the rural area of the city of Lanzhou, Gansu Province, China, the relationships between the daytime inversion intensity and the pollutant concentration in the atmospheric boundary layer (ABL) are studied with the consideration of wind speed and direction, potential temperature, specific humidity profiles, pollutant concentration in the ABL, the surface temperature, and global radiation on the ground. It was shown that the daytime inversion is a key factor in controlling air pollution concentration. A clear and positive feedback process between the daytime inversion intensity and the air pollutants over the city was found through the analysis of influences of climatic and environmental factors. The mechanisms by which the terrain and air pollutants affect the formation of the daytime inversion are discussed. The solar radiation as the essential energy source to maintain the inversion is analyzed, as are various out-forcing factors affecting the inversion and air pollutants. At last, a physical frame of relationships of air pollution with daytime inversion and the local and out-forcing factors over Lanzhou is built.     

大气自净容量的算法及关键物理因子分析

为更科学地量化大气对污染物的清除能力,使用WRF-NAQPMS模式对2017年12月进行模拟,对比分析影响大气清除能力的主要关键物理因子,修正A值法和大气自净容量算法的差异,进一步计算大气自净容量余量及各关键物理化学过程的贡献量。结果表明,边界层高度、风廓线、湿清除系数等3个关键物理参数较混合层高度、10 m高度风速、雨洗强度等更适用于量化清除过程;修正A值法和大气自净容量算法虽均能表征大气清除能力的强弱,但前者受目标城市面积影响较大,结果远高于大气自净容量算法;大气自净容量余量与细颗粒物（PM2.5）浓度变化趋势呈负相关,污染越重,大气自净容量亏空越多,其中平流扩散对大气自净容量贡献最大,化学转化过程次之,湿沉降等过程也不可忽视。     

Air Pollution Transport in an Alpine Valley: Results From Airborne and Ground-Based Observations

An observational dataset from a wintertime field campaign in the Inn Valley, Austria, is analysed in order to study mechanisms of air pollution transport in an Alpine valley. The results illustrate three types of mechanisms: transport by a density current, back-and-forth transport by valley winds, and transport by slope winds. The first type is associated with an air mass difference along the valley. Cooler air located in the lower part of the valley behaves like a density current and produces the advection of pollutants by upvalley winds. In the second type, strong horizontal gradients in pollution concentrations exist close to ground. Multiple wind reversals result in a back-and-forth transport of pollutants by weak valley winds. In the third type, upslope winds during daytime decrease low-level pollution concentrations and cause the formation of elevated pollution layers.     

2008年北京奥运会期间污染控制效果数值模拟——以个例分析为例

利用2007和2008年北京地区空气质量监测资料和NCEP再分析资料,分析了北京地区空气动力学当量直径小于等于10μm颗粒物(PM10)污染过程与天气形势及天气系统之间的关系。结果表明:西太平洋热带气旋路径对北京地区发生PM10污染具有预示作用,即当热带气旋北上并在朝鲜半岛或日本登陆的情况下,北京地区一般受持续均压场等弱中尺度天气系统控制,这种中尺度天气系统不利于污染物的扩散,因此北京地区经常发生区域性的PM10空气污染事件。在2007年9次台风北上登陆朝鲜半岛或日本的过程中,北京地区伴随发生了9次PM10污染过程,预示准确率达100%,2008年的预示准确率也达到了80%以上。为了说明北京奥运会期间污染控制措施对改善北京空气质量有实际效果,利用中国科学院大气物理研究所区域空气质量模式NAQPMS,采用无控制措施源和有控制措施源,对2008年北京残奥会期间一次西太平洋北上型热带气旋天气条件下的空气质量状况进行了数值模拟试验,揭示了此次过程北京地区未发生PM10空气污染的原因。     

北京市房山区大气污染物时空分布特征及气象影响因素分析

利用北京市房山区良乡镇和琉璃河镇内的区域自动气象站和环境监测站观测数据,对2013年至2015年PM_(2. 5)、PM_(10)、NO_2、SO_2、CO 5种大气污染物浓度变化特征进行了统计分析。结果显示,近3年来,两个镇综合污染物指数呈现逐年下降趋势,各污染物对房山区整体大气污染的贡献率从大至小依次为PM_(2. 5)、PM_(10)、SO_2、NO_2、CO,PM_(2. 5)已取代传统大气污染物SO_2成为房山区的主要大气污染贡献体。两个站点各污染物浓度均表现出明显的季节、月、日变化特征。在不同季节条件下,局地气象要素与污染天气发生概率之间有着很好的相关关系。因此,可根据气象要素分级方法找出各季节污染天气发生时最敏感的气象因素,为局地污染天气预报提供参考指标,也为防范空气污染、制定科学的综合管理措施提供科学参考。     

Observations of the Relation Between Upslope Flows and the Convective Boundary Layer in Steep Terrain

Slope flow mechanisms are crucial for the transport of air pollutants in complex terrain. Previous observations in sloping terrain showed upslope flows filling the entire convective boundary layer (CBL) and reducing air pollution concentrations by venting air pollutants out of the CBL into the free atmosphere. During the Pacific 2001 Air Quality Field Study in the Lower Fraser Valley, British Columbia, Canada, we observed slope flows during weak synoptic winds, clear skies, and strong daytime solar heating. With a Doppler sodar we measured the three wind components at the foot of a slope having an average angle of 19° and a ridge height of 780 m. We operated a scanning lidar system and a tethersonde at a nearby site on the adjacent plain to measure backscatter of particulate matter, temperature, wind speed, wind direction, and specific humidity. Strong daytime upslope flows of up to 6 m s⁻¹ through a depth of up to 500 m occurred in the lower CBL, but with often equally strong and deep return flows in the upper part of the CBL. The mass transport of upslope flow and return flow approximately balanced over a 4-h morning period, suggesting a closed slope-flow circulation within the CBL. These observations showed that air pollutants can remain trapped within a CBL rather than being vented from the CBL into the free atmosphere.     

嵌套网格空气质量预报模式系统的发展与应用

主要综述中国科学院大气物理研究所自主开发的嵌套网格空气质量预报模式系统(NAQPMS,Nested Air Quality Prediction Modeling System)的历史发展与应用情况.模式发展伊始为欧拉污染物输送实用模型,利用其研究东亚硫氧化物的跨国输送问题,得出中国对于周边国家的输送量不大的结论; 在系统中嵌入适合东亚的起沙机制模块,用来模拟沙尘发生、输送及沉降等过程,估算亚洲大陆沙尘气溶胶对海洋地区的输送与沉降通量,为研究海洋生物地球化学循环提供基础数据; 利用该系统研究沙尘及其土壤粒子对酸雨的中和作用,发现沙尘输送对东亚酸雨的分布影响很大; 发展城市尺度高分辨率气象和空气质量预报技术,使模式水平分辨率达到500 m,并应用于台北高浓度臭氧和PM10的模拟; 研究和集成区域及城市尺度大气污染预报理论和模拟技术,研制成目前的嵌套网格空气质量预报模式系统,以探讨不同尺度各种污染(如沙尘暴、城市光化学烟雾、酸雨、高浓度悬浮颗粒物等)的变化规律.在模式系统中初步建立资料同化模块,开展大气化学成分及沙尘输送模拟的资料同化研究.系统已经在北京、上海、深圳、郑州等城市环境监测中心实施空气质量的实时预报.未来,系统将集成到全球环境大气输送模式(GEATM),以实现从城市群到全球具有双向耦合功能的模式系统.     

呼和浩特市大气污染与天气气候的关系

利用1990～2002年呼和浩特市区空气污染物TSP、SO2、NOx浓度的实际监测数据,分析了呼和浩特市大气污染物浓度变化的时空分布特征、大气污染与天气条件的关系。呼和浩特市市区主要以煤烟型污染为主,冬、春季比夏、秋季污染严重,采暖期比非采暖期污染严重,市区中心污染最严重。污染物的排放量及大气的稳定度状态是城市大气污染的主要影响因子,天气变化是城市大气污染物浓度变化的主导因素,局地环流是决定城市污染物分布的关键因素。因此,不同季节排污量的变化、天气条件是制作呼和浩特市大气污染预报的主要依据。     

Numerical modeling of pollutant transport and chemistry during a high‐ozone event in northern Taiwan

An air pollution prediction model system (APOPS) is developed and applied to northern Taiwan with complex terrain and local thermal circulations. It consists of a nonhydrostatic mesoscale meteoro‐logical model system (MMPMS) and a gas/aerosol transport and air quality model (GATAM). The basic processes relevant to modeling the urban air pollution problems such as meteorology, dispersion, chemistry and deposition are solved at the same time on practically the same grid. The APOPS was tested on a high‐ozone event in northern Taiwan on 16 November 1998. Comparison with observed surface winds shows able to predict local flow patterns such as sea/land breezes and mountain‐valley wind in this high air pollution episode. The predicted surface concentrations of ozone and other pollutants are compared with measured values, and a fairly good agreement with the mean normalized biases of −6%, −11%, for one‐day simulation and for daytime, respectively, is obtained for ozone. Thus, it is confirmed that the APOPS can be utilized to predict urban air quality in complex terrain area.     

山谷风环流控制下的大气污染物输送和扩散过程:二维数值模拟研究

本文以兰州地区的实际地形为背景,建立了一个二维小尺度数值模式,并用它对山谷之间热力差异造成的山谷风环流及其控制下山谷中高架源排放的污染物输送和扩散过程进行了模拟研究。结果表明,在山谷风环流控制下,造成山谷内高污染浓度的主要因素有两个:一是日出前和日落后山谷风的转换;二是在白天由于山谷风环流所造成的山谷上空较强的下沉气流。