石家庄市风环境容量变化特征及区划研究

利用气象观测、高分辨率城市地理信息、卫星遥感反演及ERA-Interim再分析资料,基于水平风速、混合层高度及地表粗糙度长度指标,利用等权重加权综合评价法和几何间隔分级法,开展了石家庄市风环境容量指标和区划研究,得到风环境容量指数分级阈值和空间分布.结果表明,石家庄市水平风速和大气混合层高度均由西部山区向东南部平原逐渐降低,在西南部山区存在一个高值区,在东南部平原存在一个低值区,且具有明显的季节和日变化特征;石家庄市区和西部山区地表粗糙度长度较大,平原地区较小;风环境容量指标分为低值区、次低值区、中等区、次高值区和高值区5个等级,在空间上石家庄市区及平原地区级别较低,西部和北部山区级别较高,其中石家庄市区、正定东南部、栾城东部、藁城大部分地区及无极西部是风环境容量最低区域,赞皇、高邑、赵县西南部、元氏西部、南部及井陉西南部为最高区域.     

1961-2010年安徽省大气环境容量系数变化特征分析

基于1961-2010年安徽省气象台站的定时观测资料,采用国标法计算安徽省近50年大气稳定度、混合层厚度和大气环境容量系数,并结合合肥市空气质量逐日观测数据初步分析了大气环境容量系数对空气质量的影响。结果表明：安徽省大气稳定度以中性类居多,稳定类其次;近50年来,中性类稳定度呈明显下降趋势,不稳定类和稳定类呈显著上升;不稳定类和稳定类有明显的季节差异,中性类不明显。年平均混合层厚度显著下降;春季混合层厚度在2000年左右发生转折,夏、秋、冬三季下降趋势显著;春、夏季混合层厚度高于秋、冬季,冬季最低,春季最高。安徽省大气环境容量系数以沿淮中部、大别山区南部和沿江中西部最大,淮北大部、大别山区北部和江南南部最小,各地均呈现一致的显著下降趋势,并具有明显的年代际变化特征。年内大气环境容量系数呈"双峰型"分布,秋、冬季为低值时段,大气对污染物容纳能力较差,不利于扩散和清除,空气质量较差。总的来看,1961-2010年安徽省大气稳定度显著增加,混合层厚度较明显下降、风速快速减弱是全省大气环境容量系数变小、大气自净能力减弱的最主要原因。     

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。     

内蒙古呼包鄂地区近56年来大气环境容量变化特征分析

为探讨内蒙古呼包鄂地区大气对污染物承载能力的变化,科学评价气候变化对大气环境的影响,利用1961—2016年呼包鄂地区8个国家气象站降水量、风速、云量资料,分析了该地区气象条件的变化特征及大气环境容量的时空分布特征,并对大气环境容量与气象要素之间的相关性进行了分析。结果显示:呼包鄂地区大气环境容量1月的最小、4月的最大,春季的>秋季的>夏季的>冬季的,年平均大气环境容量为62.4 t/d/km^2;月、季、年平均大气环境容量呈波动减小趋势,特别是20世纪70年代末期之后减小趋势更为显著;有明显的空间分布特征,由城区向郊区逐渐增大,城郊差异冬季最为明显,夏季差异最小;大气环境容量与降水相关性差,与风速和日最大混合层高度呈显著的正相关关系,特别是与风速相关性更显著,与小风日数呈显著的负相关关系。     

2000—2014年东北高纬度地区霾环境参数分析

利用探空观测资料及NCEP再分析资料,统计2000-2014年东北高纬度地区霾发生时的环境气象条件,并进行对比分析。结果表明：风垂直切变、地表风速、假相当位温垂直差、逆温强度、混合层高度、K指数、A指数、理查森数和扩散系数等指标和霾发生与维持关系密切。对于东北高纬度地区而言,500hPa与850hPa水平风垂直切变低于21m/s,地表风速在6m/s以下,理查森数大于0.3,逆温强度大于-0.9℃/100m,假相当位温垂直差大于-3K,混合层高度低于1000m,K指数和A指数低于对流天气发生时的经验阈值的情况下,大气垂直和水平方向都不利于污染物扩散,有利于霾的产生与维持。探空资料与再分析资料对应各统计指标在数值上具有较高一致性,特别是极值以外的部分,二种资料计算的指标具有显著的相关关系。对于东北高纬度地区,再分析资料可以代替探空观测资料进行环境参数分布和阈值的统计分析。     

乌鲁木齐市冬季混合层厚度及对大气污染影响的个例分析

利用国标法、罗氏法对乌鲁木齐市2008年1月11—13日的混合层厚度进行了计算,并用实测的混合层厚度验证了两种方法在乌鲁木齐的应用效果,最后分析了混合层厚度对大气污染的影响。结果表明:国标法、罗氏法计算的混合层厚度比实测的偏大,在用国标法与罗氏法求一个地区的混合层厚度时,进行大气稳定度分级及选用地面风速时要适当进行调整;观测期间乌鲁木齐市的平均混合层厚度在154 m左右,最大值在350 m左右;相对于地面风速,地面气温对混合层厚度的影响较为明显;混合层厚度对大气污染具有显著影响。     

上海徐家汇地区台风“灿鸿”与良态风风速特征

上海徐家汇地区建筑分布密集且高低不一,是典型的具有非均一下垫面特征的城市地貌。本文利用该地区的地理信息研究了粗糙度长度的分布规律,并基于80m高度的风速实测数据,对台风"灿鸿"和良态风作用下的平均风速、湍流强度、阵风因子等参数与粗糙度长度之间的关系进行了分析。结果表明:不同风向角对应的计算扇区内建筑物高度、分布密度的差别导致了粗糙度长度值随风向角发生明显变化,但是变化幅度随着计算扇区的增大而减小;台风"灿鸿"作用下的平均风速最大值大于良态风,两者对应的粗糙度长度变化范围差别甚微,但是台风作用下的粗糙度长度中位数较小且分布相对集中;台风"灿鸿"作用下各向湍流强度均随着平均风速的增加呈明显的减小趋势,但不随粗糙度长度变化;良态风作用下,各向湍流强度不随平均风速变化,而随着粗糙度长度的增加而增加;台风"灿鸿"和良态风作用下,各向阵风因子均随湍流强度的增加而增大,但前者作用下的阵风因子略大于后者。     

上海市近15 a大气稳定度和混合层厚度的研究

利用了上海市1990~2004年逐日4个时次的气象资料,运用修正的Pasquill稳定度分类方法和国家标准GB/T13201-91规定的混合层厚度的计算方法计算得出了逐日四个时次的稳定度等级和混合层的厚度,分析了各类稳定度频率和混合层厚度的逐年、逐月和不同时次的变化规律。结果表明:云量对该地区大气稳定度的影响较大;风速对该地区混合层厚度影响较大。     

塔里木盆地一次“东灌”沙尘暴大气边界层特征

利用探空、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、地面气象站观测资料,对新疆塔里木盆地2014年10月28—29日的沙尘暴天气过程前、中、后大气稳定度、混合层厚度、风、温、湿廓线等边界层特征量进行分析。结果表明:此次天气过程为欧洲脊东移,推动西西伯利亚低槽快速进入北疆地区,随后东移翻越东天山进入南疆,造成"东灌"沙尘暴天气;沙尘暴造成边界层特征量表现为K指数减小,沙氏指数增大,理查逊数减小,混合层厚度降低等特征;风向由偏西风转为偏东风,风速则在静风转为30 m/s的偏东急流;温度为沙尘暴之前为贴地逆温,之后大气混合比较均匀,相对湿度为先增加后减小,沙尘暴天气是一个降温增湿的过程,边界层风、温、湿廓线都打破了原有分布规律;沙尘暴过程是大气不稳定层结变为稳定层结的过程。     

北京山区与平原冬季近地面风的精细观测特征

利用2009—2018年冬季北京地区200多个自动气象站逐时10 m风速、风向观测数据,分典型区域（山区、山区与平原过渡区、平原区、城区）研究北京地区冬季近地面风的精细特征,并使用有完整记录的2 a（2017和2018年）冬季延庆高山区不同海拔高度10 m风逐时观测数据,多视角分析高山区不同海拔高度近地面风的特征和成因,以深刻认识北京地区复杂地形条件下冬季近地面风的特征和规律。结果表明:（1）北京地区冬季近地面平均风受西部北部地形、城市下垫面粗糙度和冷空气活动共同影响,平均风速沿地形梯度分布,山区高平原低,平原中又以城区风速最小;盛行西北风和北风,在城区东、西两侧盛行风出现扰流,在山区和过渡区一些地方还存在与局地地形环境明显关联的其他盛行风向。（2）4个典型区域冬季近地面风速日变化均表现为白天风速大于夜间,午间风速最大的“峰强谷平”单峰特征,这一特征的稳定性在城区高、山区低。（3）4个区域冬季弱风（< 1 m/s）频率为31%—42%,城区较高、山区较低;强风（> 10.8 m/s）频次则是山区多、城区少,强风风向主要表现为偏西—偏北,与冷空气活动密切关联;城区、平原区和过渡区偏南风频率均为极小,暗示北京“山区—平原”风模态在冬季是“隐式”的、不易被直接观测到。（4）近地面风的水平尺度代表范围在延庆高山区高海拔处明显大于低海拔处,海拔1500 m附近（平均的边界层顶高度）是延庆高山近地面风速日变化特征的“分水岭”,低于该海拔高度时近地面风速日变化表现为前述“峰强谷平”单峰特征,而高于该海拔高度时近地面风速日变化则呈现相反特征,即夜间大白天小、午间最小的“峰平谷深”特征,这是由边界层湍流活动的日变化及伴随的低层自由大气动量向边界层内下传所致。（5）延庆高山近地面风速大体上随观测高度而增大,高海拔站点日平均风速数倍于低海拔站点。白天—前半夜,海拔约2000 m的站点冬季盛行偏西风,风向变化不大,但风速为2—12 m/s;1000 m左右的低海拔站则风速比较稳定（< 6 m/s）,风向从午间至傍晚相对多变。      

金华市不同区域负氧离子浓度特征与气象环境因素相关分析

利用2019—2021年金华市空气负氧离子浓度和气象环境资料，研究不同区域（平原城区、平原公园、水边景区、山林景区）负氧离子浓度时空分布特征，分析人类活动最多的城区负氧离子浓度与气象环境因素不同时间尺度的相关性，以及不同天空状况的差异。结果表明：负氧离子浓度呈现平原低、山区高的分布特征，植被茂密、动态水流可增加负氧离子浓度和提高浓度等级。山林景区日出和日落前后负氧离子浓度较高，水边景区凌晨和午后出现高值，平原地区则在下午达到高峰。不同区域四季日变化趋势整体较一致，但不同季节负氧离子浓度峰值大小、日较差和出现峰值时刻存在差异。四季不同区域负氧离子浓度有所差异，主要表现为6—9月高，其中尤以8月山林景区为最。负氧离子浓度与气象环境因素的相关性在不同时间尺度上差异较大：时尺度上与气温、风速、雨量和O3呈显著正相关，而与PM2.5呈显著负相关。四季看，负氧离子浓度春季与风速相关性最高，夏季为气温，秋季为O3，冬季为PM2.5。日尺度上则与相对湿度、风速、雨量呈显著正相关，与PM2.5和O3呈显著负相关，且雨天负氧离子浓度明显高于其他天空状况，差异在冬季达最大。     

甘肃省城市环境气象工作的进展与设想

“九五”期间 ,甘肃省城市环境气象工作先后开展了兰州生活气象指数、紫外线、医疗气象、空气质量等方面的预报业务服务工作 ,并建立了甘肃省省级城市专业气象服务系统。提出“十五”以后城市环境气象工作的设想 ,要加快城市环境气象监测系统的建设 ;加强城市环境气象基础性工作的研究 ;加大城市精细预报技术的研究 ;扩大城市环境气象工作的范围和领域     

A preliminary study of the formation of precipitation systems under undisturbed conditions during TAMEX

Summary The effect of mountains on the occurrence of precipitation systems on Taiwan island is very significant, especially as mountain areas occupy about two-thirds of the land-mass. The mountains are, on average, about 3 km high. To investigate the formation of precipitation systems influenced by Pacific high pressure systems, we selected five cases (May 24, 25 and 26, June 19 and 20 in 1987) during a field program, TAMEX (Taiwan Area Mesoscale Experiment, Kuo and Chen, 1990). In all cases most of the rainfall took place in the afternoon when the level of free convection (LFC) was at about the 1 km height. If the average wind (below 3 km in height) was from the south (May 25 and 26), higher amounts of precipitation would be found along the sloped areas of western and eastern Taiwan. Rainfall also occurred in southern and northern Taiwan. If the average wind was from the southwest (May 24), the precipitation pattern was similar to that on May 25, except over the plains area in southwest and northeast Taiwan, where the amount was less. However, if the prevailing wind direction changed little with height and the average wind was from the south-southeast (June 19), higher rainfall amounts occurred from northwestern to central Taiwan. If the average wind was from the south and wind direction changed little with height (June 20), higher rainfall amounts took place in northern and central Taiwan. A nonhydrostatic model was used to simulate the formation of precipitation systems in all five cases. Simulation results indicated that the mixing ratio of rainwater could occur on the upstream side of a mountain slope and in the central mountain areas, where topographic lifting from the environmental wind and an upslope flow due to surface heating were evident. On the downstream side of the mountain, upward motion due to lee-side convergence and upslope motion from surface heating would also help rain form.With 13 Figures     

北京城市化发展对大气边界层特性的影响

利用中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室的北京325 m气象塔1993年～2003年夏季 (7月～9月) 的观测资料, 统计分析了各年的风速与温度廓线分布特征。统计分析结果表明, 随着城市化的发展, 相对风速有逐年减小的趋势, 并且越靠近地面, 相对风速的减小越明显, 这反映了城市建筑对近地面层空气流动的摩擦作用。对风速廓线进行线性拟合得到风速随高度的垂直递增率, 发现无论是100 m以下的近地面层还是较高层, 风速的垂直递增率都随城市化发展存在逐年增大的趋势, 表明粗糙下垫面的影响已经向高层扩展。根据温度廓线计算了各年的温度垂直递减率, 发现其有增大的趋势, 这表明城市化发展对边界层热力结构同样有显著影响。本文还依据统计整理得到的近中性层结下的风速廓线资料, 利用莫宁-奥布霍夫相似理论计算了下垫面的空气动力学参数, 结果表明, 地表粗糙度、 零平面位移随着城市化发展皆有明显增加的趋势。同时, 分析了各空气动力学参数与平均风速及无量纲风速的关系。其中, 摩擦速度和平均风速二者基本成正相关, 且摩擦速度随平均风速的增大而增大的趋势越发明显。本文研究结果对研究城市化发展对区域大气边界层结构、 气候和环境影响有参考意义, 可为城市大气边界层模式和区域气候模式提供参数化依据。     

Characteristics of the Drag Coefficient in the Roughness Sublayer over a Complex Urban Surface

The statistics of momentum exchange in the urban roughness sublayer are investigated. The analysis focuses on the characteristics of the dimensionless friction velocity, \({u_{*}}/U\) , which is defined as the square root of the drag coefficient. The turbulence observations were made at a height of 47 m above the ground on the 325-m meteorological tower, which is located in a very inhomogeneous urban area in Beijing. Under neutral conditions, the dependence of the drag coefficient on wind speed varies with wind direction. When the airflow is from the area of densely built-up buildings, the drag coefficient does not vary with wind speed, while when the airflow is from the area covered by vegetation, the drag coefficient appears to decrease with increasing wind speed. Also, the drag coefficient does not vary monotonically with the atmospheric stability. Both increasing stability and increasing instability lead to the decrease of the drag coefficient, implying that the roughness length and zero-plane displacement may vary in urban areas.     

2011年深圳人体舒适度空间分布特征及影响因子分析

利用深圳多个区域自动气象站资料,采用考虑了气温、风速、相对湿度等要素的人体舒适度计算方案,计算了深圳地区的人体舒适度指数以及不同舒适等级天数,分析了城市地形地貌、路网密度和人口密度等因素对人体舒适度的影响。结果表明：深圳地区沿海比内陆舒适,全市全年舒适天数为7-9个月,夏季感觉热的天数约为2-3个月,冬季感觉冷的天数大部分地区为30 d左右。从不同地区人体舒适度指数的日变化特征来看,夏季比冬季更易受地理位置和下垫面等因素影响。地形地貌、海陆分布、城市规划等地理因素对人体舒适度均有一定影响,相关分析表明海拔高度、道路占地面积和人口密度与热-炎热日数呈对数关系。但在深圳的东部人口稀疏和道路占地较小地区也并非舒适宜人,也会出现较多炎热天气,这与该地区年平均风速相对微弱有直接关系。     

Formation of horizontal convective rolls in urban areas

The formation of horizontal convective rolls (HCRs) in urban areas is investigated in this paper using observations and fine-scale numerical simulations. Cloud streets organized parallel to the mean boundary-layer wind (a manifestation of HCRs) are seen in the Fengyun-2C satellite imagery around local noon in Beijing. Observed vertical velocity and horizontal wind fields from an urban wind profiler suggest that the time scale for alternating updraft and downdraft in the boundary layer is about 30 min, and the length of the updraft/downdraft is about 9 km. Numerical simulations show that most HCRs occur in the urban areas with − z_i / L < 25 (z_i: the boundary-layer depth, L: the Monin–Obukhov length). Sensitivity tests reveal that HCRs are common in urban boundary layers, while rural areas are more conducive to forming cellular convection; the aspect ratio of HCRs in urban areas is smaller than the typical value over natural landscapes.