造成北京PM10重污染的二类典型天气形势

利用北京空气质量监测资料和NCEP再分析资料,分析了北京发生PM10重污染的天气形势。研究表明:1)虽然北京地区PM10重污染(API指数3级以上)每年只有10 d左右,但与之关联的轻微或轻度空气污染(API指数3级)天数,却可能占全年3级污染总天数的40%-50%。因此,分析研究造成北京PM10重污染的天气形势,对于空气污染的预警预报以及污染源的控制和管理,都具有十分重要意义。2)通过海平面气压场的主观分析,确定了二类北京PM10重污染的典型天气形势,即高压南下东移阻滞型和与北上台风(或热带低压)相关联的弱高压控制型,并指出了后者在2008年奥运会期间,对开展北京空气污染预报和污染控制的指导作用。     

2008年奥运会期间北京地区PM10污染天气形势和气象条件特征研究

利用2008年7～9月北京污染监测资料、气象观测资料、韩国气象厅天气图资料及NCEP再分析资料,分析了2008年奥运会期间北京地区空气动力学当量直径小于等于10μm颗粒物(PM10)污染特征及其成因,统计了利于和不利于污染物扩散的天气形势,研究了北京发生PM10污染的典型天气形势和气象条件。结果表明:1)奥运会期间北京共有8天出现PM10污染,包括一次持续污染过程,奥运会赛时和残奥会赛时未出现污染过程,这主要与北京8、9月降水偏多有关;2)不利于污染扩散的天气形势(如风速较小、偏南风、高温高湿、近地层出现持续逆温)出现频率较高,但并未造成特征性的PM10污染,这可能与奥运会期间的污染控制措施有关;3)PM10污染过程多与台风系统或热带低压的北上,从而阻滞了华北地区天气系统的南下东移相关联。     

北京及周边地区一次大气污染过程的数值模拟

利用中尺度气象数值模式MM5与第三代空气质量模式系统Models-3／CMAQ,对2002年10月北京及周边地区一次典型大气污染过程进行数值模拟研究,并对其形成原因进行了分析。结果表明,污染物PM。模拟峰值出现时间与实际观测浓度峰值出现时间较为一致,模式的模拟效果较好。北京地区PM10浓度除受北京当地排放源的影响外,在特殊气象条件下,外地污染源对北京地区PM10的影响也比较大。要控制北京地区PM10浓度,除了控制北京当地的排放源外,对外地污染源的控制也需要给予高度重视。     

北上变性热带气旋对辽东半岛降水的影响

9711(Winnie)和0509(Matsa)是两个登陆北上影响辽东半岛的变性台风,Matsa直接登陆辽东半岛,但降水量仅为穿过渤海间接影响辽东半岛的Winnie的一半.分析其变性过程与辽东半岛热带气旋降水的关系发现,Winnie和Matsa的降水差异与其北上期间与西风带系统的相互作用密切相关.Winnie变性北上期间被中纬度西风槽"捕获",发生耦合,高层正湿位涡扰动下传,西风带冷空气与热带气旋暖湿气流相互作用,有利于对流云团的生成、发展,在半岛地区产生大暴雨的降水雨带由多个β中尺度云团组成.Matsa在北上变性过程中,只是靠近高空槽底,没有发生耦合,高层正湿位涡扰动不强,没有与低层环流相互作用,冷空气偏南偏弱,变性过程中半岛地区只有1个β中尺度云团生成,降水量较小.     

北京春季一次霾和沙尘混合污染天气过程分析

2015年3月26—31日北京地区发生一次霾和沙尘天气交替出现的混合型污染天气过程。利用常规气象观测数据、南郊观象台探空数据以及北京环境保护监测总站的空气质量数据,分析了典型个例的发生发展过程。结果发现:此过程可分为霾—沙尘—沙尘回流—霾4个发展阶段。第1阶段北京受弱辐合区控制,大气层结稳定,风速较小,以霾天气为主;第2阶段受蒙古气旋影响,沙尘天气南下影响北京;第3阶段沙尘从华北南部回流,再度影响北京;第4阶段沙尘天气逐渐减弱,北京地区再次出现霾。HYSPLIT后向轨迹模型的模拟结果表明,这是一次典型的沙尘回流所导致的混合污染型天气个例。     

地形对登陆台风麦莎(2005)影响的数值模拟研究

利用非静力平衡的中尺度模式MM5(V3)对2005年9号台风Matsa("麦莎")登陆后期的过程进行了48h模拟,应用低通滤波器分离模拟结果中的天气尺度和次天气尺度运动,并采用热带气旋动态坐标跟踪考察登陆过程中热带气旋的次天气尺度环流特征.通过研究地形对两种尺度间动能和涡度转换的影响,进一步证明了地形对热带气旋有着不可忽视的影响.结果表明,地形的存在有利于维持热带涡旋性强度,这种影响随气旋中心与地形间距离的缩小而逐渐增强,且强度的增强在对流层中高层表现得更为明显.去掉地形后对流层低层次天气尺度系统向热带气旋输送的动能减少,次天气尺度系统对热带气旋动能的消耗增大;当低层涡度转换项的垂直运动贡献为负时,去掉地形会加剧这种负贡献,即次天气尺度系统从热带气旋得到更多的正涡度;从整体上看,去掉地形后,热带气旋不仅没有从次天气尺度系统获得正涡度,反而将自身的正涡度向外输送.     

登陆北上减弱的台风所导致的暴雨——半热带系统暴雨

分析了登陆北上减弱的7805号台风在华北所产生的暴雨过程。指出:在中低纬系统相互作用下,导致暴雨的系统具有半热带性质。讨论了半热带气旋和半热带锋区的特征,并比较了大陆半热带气旋与海洋半热带气旋的不同,强调进一步研究半热带天气系统是重要的。     

河套气旋发展东移与北京721暴雨的关系

对河套气旋发展东移引发的北京2012年7月21日特大暴雨天气过程(简称“北京721暴雨”)进行了诊断分析。结果表明：河套气旋是北京721暴雨的直接影响系统,高空辐散区的强迫作用和对流层低层锋区走向“引导”河套气旋改变了北上的常规路径,迫使其东移直接影响河北、北京地区。河套气旋在沿着锋区东移过程中,由暖心正压气旋转变为斜压性气旋,同时,将锋区的势能转变为动能使河套气旋迅速发展,形成正反馈效应,使得本次暴雨天气过程降水强度自西向东不断增强。河套气旋在北京特大暴雨中的作用表现为：动力抬升、增强水汽输送、触发不稳定能量等三方面。午后,河套气旋暖锋触发不稳定能量释放,在北京地区产生强对流系统,形成中尺度对流辐合体（MCC）,使得降水强度成倍增长,是北京地区产生特大暴雨的主要原因,东南气流中地形抬升作用对降水有增幅作用,北京721暴雨是多种有利因素叠加所致。     

一次热带气旋外围下沉气流造成的珠三角地区连续灰霾天气过程分析

通过研究广州番禺大气成分站的气溶胶颗粒物质量浓度(PM10和PM2.5)、黑碳浓度、臭氧浓度等大气成分要素,常规地面气象要素以及气流后向轨迹、垂直速度、位温和边界层高度等资料,结合热带气旋路径和天气形势对热带气旋外围下沉气流造成的一次珠三角地区连续灰霾天气过程的形成原因和变化特征进行了分析.由于热带气旋移动缓慢,其外围下沉气流使珠三角地区形成了层结稳定、静小风和晴朗少云的天气条件,导致珠三角地区出现连续的灰霾天气.在这次灰霾过程中,气溶胶粒子来源以本地源为主,并且以细粒子为主,PM2.5占PM10的比例接近70％,黑碳浓度占PM10的6.0％左右;在凌晨,由于边界层高度降至最低,垂直扩散条件差,同时相对湿度也达到峰值,气溶胶吸湿增长明显,易出现能见度低值.     

近71a影响黑龙江省热带气旋统计特征分析

利用中国气象局上海台风研究所整编的1949—2019年热带气旋数据,统计分析近71 a影响黑龙江省的热带气旋发生时间、频率、强度、移动路径等特征。结果表明：近71 a影响黑龙江的热带气旋共有77个,平均1.08个·a^-1,其中有28 a没有热带气旋影响黑龙江;近10 a是黑龙江受热带气旋影响的活跃期,西北太平洋生成的热带气旋频数与影响黑龙江的频数没有直接相关关系,出现El Ni1o或La Ni1a现象时对影响黑龙江的热带气旋起抑制作用;热带气旋影响黑龙江最早出现在5月,最晚出现在9月,8月出现频率最高,“七下八中下”是每年的活跃阶段;在强度上,影响黑龙江的超强台风居多,但近年趋于减少,更多低级别的热带气旋可维持较长生命史北上产生影响;牡丹江市为黑龙江最易受热带气旋影响的地区;按移动路径可将影响黑龙江的热带气旋分为两类,分别为北上热带气旋和偏东路径热带气旋,其中北上热带气旋又可进一步分为七类,其中经朝鲜半岛东转向出现的频次最多,但对黑龙江影响相对较小;经朝鲜半岛北上和高纬东转向更容易给黑龙江带来严重的风雨影响。     

影响北京大气污染物变化的地面天气形势分析

首先对影响北京地区大气污染扩散的地面天气形势进行了分类，然后结合1998－2000年北京南郊观象台的地面、高空资料，重点分析了在各类地面天气形势控制下北京地区局地低空、地面的气象条件特征。发现当低压类地面天气形势控制时，容易引起污染物在北京地区的汇聚和累积。比较各类地面天气形势对二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO）、可吸入颗粒物（PM10）、一氧化碳（CO）浓度的影响，说明同一种天气形势对不同污染的影响程度不同，进一步证实了在低压类地面天气形势控制时，容易出现重污染。     

北京城市大气环境污染机理与调控原理

该文主要介绍了科技部国家重点基础研究发展规划项目“首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理及调控原理”大气分项目的研究成果。项目分别于2001年和2003年重点开展了BECAPEX科学试验 (Beijing City Air Pollution Experiment)。BECAPEX试验同步进行城市边界层气象与大气化学观测, 通过卫星遥感、地面观测, 即城市空间和地面以及点与面结合的技术途径, 以揭示北京城市污染“空气穹隆”大气化学结构特征及其变化规律, 为城市环境大气动力-化学模式提供基本科学参数, 给出城市边界层大气物理化学过程综合模型, 为提高城市环境大气物理-化学过程耦合模式的准确性和可靠性提供科学依据。该项目揭示了北京城区和城近郊区城市边界层结构与湍流特征, 城市大气污染垂直结构特征; 发现了城市大气污染空间结构多尺度特征, 其中包括大气污染源影响和城市热岛多尺度特征; 揭示了城市大气重污染过程周边源影响域, 以及北京及周边地区气溶胶影响域和区域气候响应; 提出了北京市典型污染源排放清单; 发展了城市气象模式系统, 包括冠层模式、街谷环流和热力结构以及城市高大建筑群周围风环境数值模拟; 发展了空气质量模式技术, 包括二次气溶胶模拟试验、北京地区SO₂污染的长期模拟及不同类型排放源影响的计算与评估、影响北京地区的沙尘暴输送模拟、区域化学输送模式中NO_x和O₃源示踪法, 城市尺度的大气污染CAPPS模式及统计模型的应用、大气污染及紫外辐射数值预报模式和CMAQ-MOS空气质量预报方法; 改进了美国公共多尺度空气质量预报模式, 建立了CMAQ-MOS区域空气质量动力-统计模型预报模式, 以及发展的源同化技术, 突破了当前空气质量模式技术“瓶颈”, 使模式预报准确率明显提高。     

2014—2016年开封市空气污染特征及重污染过程气象成因分析

利用2014-2016年高空、地面气象资料和大气环境监测资料,分析了开封市空气质量特征及10次连续性重度污染过程天气形势。结果表明:2014-2016年,开封市空气质量整体呈转好趋势,优良率由53%增加到67%,污染时数由47%下降至33%,轻度污染和中度污染时数下降明显;重污染日主要出现在1月、11月和12月,其中1月出现重污染日和连续性重污染过程次数最多;3年内共出现连续性重污染过程23次,最长持续日数达6 d;开封市重污染天气主要受PM2.5和PM10浓度变化影响,PM2.5和PM10浓度具有明显的季和日变化特征,平均浓度最高值主要出现在秋冬季和09时。重污染过程期间的500 hPa形势中,平直纬向环流型出现次数最多,占总次数的63%;其次为低槽型,出现次数占21%;西北气流型出现次数最少,占16%。地面气压场形势主要分为4类:1)高压前部型,出现重污染次数最多,占总次数的55%;2)均压场型,出现次数占25%;3)低压带型占16%;4)高压后部型出现次数最少,仅占4%。当上游地区有较严重污染时,本地污染物浓度将快速升高,区域传输作用明显。     

北京一次持续霾天气过程气象特征分析

2013年1月10-14日,北京平原地区出现了水平能见度在2 km以下、以PM_2.5为首要污染物、空气质量持续5 d维持在重度以上污染水平的霾天气。综合分析此次霾天气过程的天气形势、北京地区常规和加密气象资料以及城郊连续观测的PM_2.5浓度资料。结果表明：此霾过程期间,北京高空以平直纬向环流为主,受西北偏西气流控制,没有明显冷空气南下影响北京地区,地面多为不利于污染物扩散和稀释的弱气压场;大气层结稳定、风速小(日平均风速小于2 m·s^-1)、相对湿度较大（日平均相对湿度在70 %以上）、逆温频率高强度大,边界层内污染物的水平和垂直扩散能力差;北京城区及南部的京津冀地区人类活动排放污染物强度大,在相对稳定和高湿的天气背景下,受地形和城市局地环流的影响,北京本地污染物累积和区域污染物输送以及PM_2.5细粒子在高湿条件下的物理化学转化等过程共同作用造成此次北京城区及平原地区污染物浓度快速增长并持续偏高,高浓度PM_2.5对大气消光有显著影响,造成低能见度和持续霾天气。     

贵港市污染天气分型及污染气象特征研究

污染天气分型研究对空气质量预报预警等具有重要的意义,基于2015年1月~2018年12月欧洲数值预报中心（ECMWF）再分析资料和国家气象站常规资料,采用聚类分析法按高空及地面天气形势划分了贵港市的污染天气类型,并探讨各天气类型下的污染天气特征和空气质量状况。结果表明,发生大气污染时,按高空(500 hPa)环流形势可分为两槽一脊型、一槽一脊型、副热带高压型,其中两槽一脊发生在秋冬季的频率最高。按地面环流形势可分为冷高压脊底部型、冷高压控制型、冷高压后部型、西南暖低压型、热带气旋型、均压场型共6种类型,并构建天气学模型。其中冷高压脊底部控制下的污染天气天数最多(61天);但冷高压控制型空气质量最差(AQI为163),是造成颗粒物(PM2.5/PM10)超标的类型;西南暖低压型次之(AQI为135);热带气旋型和均压场型常常表现为高温多日照,容易造成O3污染。大气污染发生时环流形势和气象要素表现为大气稳定度升高,水平和垂直扩散条件变差,地面平均风速不超过1.5m/s,相对湿度大于50%,日雨量皆为不超过5mm的零星小雨。     

Using synoptic classification and trajectory analysis to assess air quality during the winter heating period in Ürümqi,China

Synoptic patterns identified by an automated procedure employing principal- component analysis and a two-stage cluster analysis, and backward trajectory analysis clustered by the HYSPLIT4.9 model were used to examine air quality patterns over¨ Uru¨mqi, China, one of the most heavily polluted cities in the world. Six synoptic patterns representing different atmospheric circulation patterns and air-mass characteristics were classified during the winter heating periods from 2001 to 2008, and seven trajectory clusters representing different paths of air masses arriving at ürümqi were calculated during the winter heating periods from 2005 to 2008. Then air quality was evaluated using these two approaches, and significant variations were found across both synoptic patterns and trajectory clusters. The heaviest air-pollution episodes occurred when ürümqi was either in an extremely cold, strong anticyclone or at the front of a migrating cyclone. Both conditions were characterized by with light winds, cold, wet surface air, and relatively dry upper air. ürümqi was predominately influenced by air masses from the southwest and from local areas. Air pollution index (API) levels were highest for air masses originating from the southwest with a longer path or for the local area, because of transport from semi-desert/desert regions by strong winds and because of local heavy pollution emissions, respectively. The interactions between these two analytical approaches showed that poor diffusion conditions, together with local circulation, enhanced air pollution, besides, regional air-mass transport caused by strong winds contributed to serious air quality under relatively good diffusion conditions.     

Characteristics of mass concentrations depending on synoptic features during airborne dustfall episodes observed at Cheongwon in Korea in 2005

Sandstorms in the desert and loess regions of north China and Mongolia, as well as the associated dustfall episodes on the Korean Peninsula, were monitored in 2005. The ground mass concentrations of PM10 and PM2.5 were analyzed during dustfall episodes at Cheongwon, in central south Korea, based on synoptic features at surface, 850 hPa and 500 hPa levels. A total of seven dustfall episodes lasting eleven days were observed and the mass concentration ratios of PM2.5 and PM10 during dustfall episodes were classified into a severe dustfall episode (SDE) and a moderate dustfall episode (MDE) depending upon two synoptic features. The main synoptic feature was for SDEs, which occurred frequently under a surface anticyclone and cyclone located in the west and east of the Korean Peninsula with large amplitude trough at 500 hPa over the northern Korean Peninsula. The sandstorms at the source headed directly to Korea via a strong N-NW wind without passing through any large cities or industrial areas of east China. The PM10 mass concentration sharply increased during the SDEs; however, the fine aerosol fraction of PM2.5 levels was relatively low with 13.6% of the mass concentration. In a synoptic feature for MDEs, a slow moving cyclone headed to Korea via the industrial areas of northeastern China under a small amplitude trough at a 500 hPa level. A weak anticyclone was also located over China. MDEs showed low mass concentrations of coarse PM10 particles and large fraction of fine PM2.5 particles at 46.3%.     

基于敏感源分析的动态大气污染排放方案模拟

选取2014年11月6—11日一次典型污染过程,以北京城区为重点关注的目标区域,基于印痕分析技术判别对该区域影响较大的敏感源区,设计重点区域减排试验和敏感源区逐日动态减排试验,利用区域化学传输模式WRF-Chem进行模拟对比。结果显示:上述两种方案对源强较高的减排当地PM_2.5浓度降低均有明显的改善作用,且在传输作用下会辐射影响到下游地区;但仅就目标区域而言,敏感源区减排方案的减排效率要远远高于重点区域减排方案。为了验证基于敏感源分析的动态减排方法的适用性,进一步开展了不同季节以及不同背景浓度的个例模拟。结果表明:基于敏感源区分析结果制定动态逐日减排措施,可降低削减成本、提高减排效率,以达到最具经济环境效益的减排效果。     

一次大气污染过程的降水天气特征及相关分析

本文分析了大连市2015年11月16日一次污染过程的降水(降水量为5mm)天气特征及NCEP/NCAR再分析资料,结果表明,天气形势场为典型的大连秋、冬季的高空槽降水,而大气层结无论是在污染前期,还是污染后期的降水阶段均为稳定层结,有逆温层存在;空气上升运动于降水前持续了较长时间(近十几小时),表明近地面细颗粒物(PM_2.5)随着上升气流会源源不断输送到高空,其中部分颗粒物转化为云中冰核,补充了降雨云中冰核数;同时,对本次污染降水过程及大连近两年秋、冬季另外三次小雨(降水量5mm)降水过程的云中液态水含量、地面降水量和PM_2.5的小时观测值及其变化进行了详细讨论和分析发现,当PM_2.5浓度较低时,降雨云中的冰核数缺乏,地面降水较小,适合实施人工增雨(雪)作业,增加云中冰核及地面降水,当PM_2.5浓度较高,特别是出现大气污染时,降雨云中的冰核数会相对增加(甚至过量),地面降水较充分(或出现消减雨情况),此时人工影响作业应根据实际情况减小作业剂量,或减少作业。此外,相关综合分析表明,大连市大气污染源有两种,一为本地源,二为外来源;一定程度的降水对本地源大气污染能起到沉降作用,对外来源不明显。