银川市大气边界层逆温影响因素及其与冬季PM2.5的关系

为了探究银川市大气边界层逆温特征和影响因素及其与冬季PM_2.5污染的关系,利用2015—2020年银川气象站探空、地面气象观测资料及银川市空气质量监测数据,在分析银川市大气边界层逆温及地面气象要素特征基础上,以冬季为研究时段,探讨逆温与地面气象要素对PM_2.5污染的影响。结果表明：(1)银川市清晨大气边界层较傍晚更易出现逆温,且逆温多为贴地逆温,贴地逆温较悬浮逆温强度大、厚度小;逆温频率和厚度冬季最大、夏季最小,逆温强度秋季最强、夏季最弱。(2)冬季晴天,地面平均风速1.0～1.5 m·s^-1、相对湿度30%～60%的气象条件下易出现逆温。(3)贴地逆温是影响冬季PM_2.5污染天气的主要气象因素之一,当逆温厚度超过596 m、强度超过1.4℃·(100 m)^-1时,易出现PM_2.5污染天气,且随着逆温厚度增大、强度增强,污染加重。(4)冬季PM_2.5污染天气下,清晨天空状况多为晴天,通常地面平均风速小于1.3 m·s^-1     

北京地区日最大边界层高度的气候统计特征

使用北京气象站探空观测数据和地面气温观测数据,以干绝热曲线法估算1984~2013年逐日最大边界层高度,同时计算对应的边界层平均风速和通风量。统计分析这3个边界层参量的平均特征,并利用2001~2012年的空气污染指数(API),探讨大气污染与边界层参量的关系。结果表明:(1)日最大边界层高度的30年月均值以春季和夏初(3~6月)最高,约1600 m;夏季和秋初(7~10月)次之,约1300 m;冬季(11月、12月和1月)最低,约1000~1200 m。(2)夏季,日最大边界层高度不同数值的频率大致为对称分布,峰值处于1000~1600 m范围;秋、冬季,频率分布系统性地向低值一方偏斜,600~800 m的出现频率大大增加;春季边界层高度的变化极大。(3)各季边界层平均风速以夏季为最小。(4)一年中春季通风量最大,秋季次之,冬季较低,夏季最小。(5)秋、冬季,北京中度和重污染个例(API200)集中分布于弱风、低边界层和小通风量条件,反映污染物局地累积的作用;春季污染个例半数以上以高风速、高通风量为特征,反映沙尘类外部输入性污染的作用。     

乌鲁木齐一次重污染过程及其边界层特征量分析

针对2020年1月5—17日乌鲁木齐出现的重污染天气，利用乌鲁木齐的探空站资料和地面常规气象数据计算了最大混合层高度、平均风速、逆温特性、边界层通风量、能见度、相对湿度等，对最大混合层高度、能见度、相对湿度与PM_2.5质量浓度进行了相关性分析，并利用Hysplit后向气团轨迹模式分析污染形成源。结果表明：此次重污染天气过程大气层结较为稳定，主要表现为逆温层厚(平均577 m)、逆温强度大(平均1.7℃/100 m)、最大混合层高度低(平均400 m)；边界层通风量对局地空气质量影响显著；PM_2.5质量浓度与相对湿度呈弱的正相关，与能见度呈指数相关；Hysplit后向气团轨迹模式分析得出此次污染过程以局地排放为主要形成源。     

墨玉气象站迁移前后观测要素对比分析

选取墨玉新旧站2017年逐小时气温、相对湿度、风速3个气象观测要素进行差值分析，同时选择旧站1966—2013年与新站2014—2021年的月平均数据做t检验。结果表明：(1)墨玉新旧站气温、相对湿度和风速差值均呈偏态分布，气温差值分布较分散，仅有38.68%的差值在-1～1℃，相对湿度和风速差值分布较集中，58.91%的相对湿度差值在-10%～10%,79%的风速差值在-1～1 m·s^-1。(2)新站平均气温低于旧站，全年平均气温差值为-1.7℃；新站平均相对湿度和平均风速大于旧站，全年平均相对湿度差和平均风速差分别为11%和0.3 m·s^-1。(3)经t检验，在0.05的显著性条件下，3种要素均存在断点，需进一步订正。平均气温在1、2、7、9月连续，平均相对湿度在1—3月和10—12月连续，平均风速仅3月连续。     

河北省冬季低槽冷锋层状云结构特征和可播性分析

2018年1月6日河北省出现一次低槽冷锋天气系统,利用两次云粒子垂直探测资料分析层状云结构特征和演化规律,探讨冬季低槽冷锋系统层状云催化条件和催化时机。结果表明：天气系统初期西南风风速中心发生在6500 m高空时,风速随高度呈不连续分布,层状云云顶温度为-29.2℃,中低云层稀薄;3000 m以上云层粒子基本被冰化,云内过冷水含量小于0.05 g·m^-3,固态含水量为0.1 g·m^-3左右,3000 m以下云层有大量自然冰晶,过冷水低于0.15 g·m^-3,不具备催化条件。700—3000 m高度层西南风加强,云内过冷水含量普遍大于0.1 g·m^-3;2200 m风速中心风速达16 m·s^-1,该高度最大液态水含量达0.38 g·m^-3,冰晶浓度为6 L^-1,温度为-9℃,适宜催化。低槽冷锋天气系统层状云结构特征和催化条件受槽前西南风强弱和风速中心高度影响,天气系统初期层状云云顶过高、温度过低时,层状云为不可播云。随槽线东移,风速中心高度降低,3000 m以下西南风加强,层状云转变为可播云。     

2015—2017年唐山市PM2.5重污染生消气象条件分析

利用2015—2017年唐山市空气质量日空气质量指数、小时PM_2.5浓度和气象数据,分析了唐山市重污染特征及PM_2.5重污染生成、消散气象条件。结果表明：2015—2017年唐山市重污染天数为减少趋势,年平均重污染天数36 d。冬季发生重污染天数最多,秋季次之。重污染天气中首要污染物为PM_2.5、PM₁₀和O₃,PM_2.5为首要污染物占比87%,PM₁₀占比6%,O₃占比7%。小时PM_2.5浓度与相对湿度、总云量、24 h变温正相关,与风速、气温、风向、1 h降水负相关。冬季相关性最好,其次是秋季和春季。90%PM_2.5重污染相对湿度均为50%以上,冬季和秋季高达98%;风速大于4 m·s^-1时,有0.7%的PM_2.5达到重污染;降水对PM_2.5有一定清除作用。升温、湿度增加和负变压有助于污染天气形成,生成过程中平均风速为1.8 m·s^-1,主导风向为SW,其次是S、W。降温、湿度下降、正变压、降水有助于污染天气消散,消散过程中平均风速为3.1 m·s^-1,主导风向为E,其次是NE、N。各方位3 m·s^-1的风具有清除能力,偏北风具有较好清除能力,风速较其他方向风速小。     

苏州东山冬季大气边界层结构特征及其对污染物浓度的影响

利用2015年1月15—27日在苏州东山气象观测站系留气艇观测数据以及细颗粒物浓度观测资料,对东山大气边界层结构特征及其对污染物垂直结构分布的影响进行分析研究。结果表明:苏州东山地区冬季空气污染过程的边界层结构演变比较典型,夜间稳定边界层高度约为200 m,白天最大边界层高度可达1 000 m。边界层内污染物垂直结构分布易受边界层高度的影响,较低的大气边界层高度可使细颗粒物在近地层持续累积;反之,边界层高度较高,湍流发展旺盛,颗粒物垂直分布均匀。夜间大气边界层稳定,逆温结构多发,导致近地面出现细颗粒物堆积。风的垂直结构对细颗粒物空间分布也存在显著影响,在风速较小的低空层细颗粒分布较多,而风速较大的中高层的分布较少。      

基于地面观测数据的重庆主城区通风量定量分析

利用重庆沙坪坝气象站1989—2018年30 a地面观测资料,定量分析重庆主城区通风量以及混合层高度、大气稳定度和混合层平均风速的多时间尺度变化特征。结果表明:重庆主城区通风量阶段性变化明显,2003年以前位于一个较高水平,且减少趋势明显;2003年以后通风量较低,近10 a转为增加趋势。重庆主城区通风量具有2~3 a的振荡周期。通风量四季的年代际变化与年平均基本一致。在不同季节,通风量的年际振荡强度有所差异。夏季振荡幅度最大,秋季和冬季相对较小。通风量的季节差异明显,夏季最大,冬季最小。通风量的日变化与混合层高度、混合层平均风速的日变化基本一致,在午后达到最大,并能维持到傍晚。重庆主城区通风量与混合层高度、混合层平均风速显著相关。     

基于人工神经网络算法的渤海海风预报方法研究

基于2015—2017年常规海洋气象观测资料、天津中尺度天气预报模式(TJ-WRF)预报产品、EC数值预报及其集合预报产品,建立了渤海BP神经网络两级海风预报模型,该模型在大量历史样本的拟合训练基础上分别实现小风和大风与相关因子间的非线性映射,其结果有较高的预报准确率。一年的业务试用期间,该模型对各风级、各预报时效的预报能力基本稳定,预报误差较使用该释用技术前数值模式误差有所减小,72 h内风速平均绝对误差为1. 72 m·s^-1;对灾害大风的预报准确率仍能保持较高水平,8级风风速平均绝对误差仅为1. 77 m·s^-1。     

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。     

基于卫星遥感的新疆地表太阳总辐射估算

为了实现地表太阳总辐射合理的精细化模拟,本文尝试将天文辐射分布式理论模型和总辐射气候学经验模型相结合,引入重采样后的FY-2G卫星遥感总云量资料,建立了基于卫星遥感数据的地表太阳总辐射估算模型,并以气象站点稀疏的新疆为例,完成年、季地表太阳总辐射的精细化空间模拟,同时对模拟结果进行分析和检验。结果表明:(1)新疆区域年天文辐射量由南向北递减,大致以天山为界,天山以南区域的年天文辐射量高于10 000 MJ·m^-2,天山以北低于9750 MJ·m^-2,三大山脉对天文辐射的影响非常明显;(2)基于条带状重采样后的FY-2G总云量建立的日照百分率模型,其模拟的新疆区域平均绝对误差14.4%,且空间分布更加客观;(3)新疆"单站单月式"地表太阳总辐射气候学估算模型中,相关系数在夏半年较高,冬半年略有下降,且a、b系数的互补关系较为稳定;(4)从地表太阳总辐射检验结果来看,全区地表太阳总辐射的均方根误差年平均3.08 MJ·m^-2,模拟结果夏半年好于冬半年,南疆好于北疆,其中乌鲁木齐误差最大;(5)新疆年地表太阳总辐射整体表现为由西北向东南逐渐增加的空间分布,南疆盆地的总辐射量高于北疆盆地,天山山区西部为低值中心,而春、夏季总辐射由西向东呈经向分布,秋、冬季则呈纬向分布。     

天山山区夏季MαCS时空分布特征

利用常规观测、FY-2E卫星及EC-Interim 0.5°×0.5°再分析资料对2010-2014年夏季天山及其两侧地区α中尺度对流系统(MαCS)的时空分布特点进行分析,并对典型个例的云图特征和环境条件进行了深入的探讨。结果表明:(1)6月为MαCS出现的高发期且椭圆形MαCS占多数。MαCS形成和发展期主要集中在午后和后半夜,消亡于前半夜,三个时期最易发生时间依次滞后大约2 h,圆形和椭圆形MαCS日频次分别呈单峰和多峰型变化分布。MαCS生命史主要为3~6 h,其中6月生命史分布较广,7-8月较集中;大部分椭圆形MαCS较圆形MαCS生命史和消亡阶段长,圆形MαCS在形成阶段维持时间较长。(2)MαCS多生成于山边平原或浅山区,并在山区主脉上空形成直至成熟,在河谷和山脉两侧的平原区消亡。MαCS成熟期冷云盖长轴长度集中在500~800 km,云顶面积随MαCS出现频次增加而逐渐减小。圆形MαCS发展期移动缓慢,成熟后移速加快,椭圆形MαCS始终移速较慢。MαCS云团TBBmin呈现单峰型且近似正态分布,圆形较椭圆形MαCS的TBB平均梯度大。(3)天山山区MαCS的形成主要是通过层云中多个独立的β中尺度对流云团合并形成。MαCS易发生在高层急流带的抽吸区以及中层低槽前部的辐合上升区,中低层西南和西北气流携带的充沛水汽在大气不稳定层结、不稳定能量持续聚集的背景下辐合上升,促使MαCS不断发展。     

新疆夏季对流性降水时空分布特征及成因分析

利用1979—2016年ERA-Interim再分析数据对新疆地区夏季对流性降水的时空分布特征及环流成因开展了研究。结果表明:(1)新疆夏季降水主要集中在山区,对流性降水占总降水的比例在50%上下,在大部分盆地地区,对流性降水占比达70%以上;(2)对流性降水EOF第一模态表现为塔里木盆地西侧山区和伊犁及天山北麓的反相位变化,这种分布在21世纪00年代以前存在5年和10年左右的周期,而从1995年开始出现突变。而大范围降水塔里木盆地南侧山区和天山区域是同相位的空间型分布;(3)水汽条件和层结不稳定条件的差异共同作用导致了塔里木盆地西侧和伊犁两个地区夏季对流性降水反相位的变化。     

基于不同分辨率和参数化方案的新疆区域数值模式性能初步评估

基于中尺度数值模式WRF,选取新疆两次强降水过程,设计3个试验方案,其中试验1为控制试验,试验2提高分辨率,试验3提高分辨率并调整物理参数化方案,初步评估不同分辨率和参数化方案对新疆区域2m温度、10m风速、降水预报的影响。结果表明:(1)提高分辨率对2m温度、10m风速模拟精度均有提高,2m温度预报精度提高约0.5℃,降低了日间温度模拟冷偏差;10m风速预报精度提高约0.5m/s,降低了风速模拟正偏差;但提高分辨率后,模式出现虚假降水预报的情况。(2)提高分辨率并调整物理参数化方案后,2m温度模拟误差略有减小,模拟偏差减小约0.2℃;10m风速模拟误差增大约0.5m/s,模拟偏差增大超过0.5m/s;对降水落区、量级的模拟精度显著提高,减小了降水中心的模拟强度,对虚假降水预报有一定修正。     

城市化对"城市浑浊岛效应"影响分析

采用乌鲁木齐市和其郊区日照时间的差值作为衡量城市"浑浊岛效应"的标准,以乌鲁木齐市城市化九项指标的综合值作为衡量城市化的标准,数据的跨度从1976—2004年;对这两列数值进行相关分析。文章的结论包括:城市化与"城市浑浊岛"效应有很强的相关性;城市化对城市浑浊岛的影响分3个阶段;乌鲁木齐市的浑浊岛效应符合环境库兹涅茨规律。     

WRF模式中不同土地利用数据对新疆一次高温天气模拟的影响

本研究在WRF(v3.8.1)中分别使用MODIS 21类和USGS 24类土地利用类型数据,模拟了新疆2017年7月9日的极端高温天气,并在对模拟温度进行了高度订正的基础上,对比了两种土地利用数据对2 m温度预报的影响。结果表明:(1)MODIS和USGS在新疆地区的土地利用差异主要在阿尔泰山、天山以及南疆西部的昆仑山北部海拔3000 m以上的高山带,相应地,使用USGS模拟的这些高山带2 m气温明显高于使用MODIS的模拟值,最高偏高12 K左右,是全疆范围内两者偏差的极大值。(2)就新疆区域而言,使用USGS模拟的2 m气温整体优于使用MODIS的模拟值,且USGS模拟的2 m温度整体低于MODIS模拟的2 m温度。两者与实况的偏差多在2 K以内。(3)在伊犁河谷,MODIS土地利用类型主要为"旱地/草地",USGS为"草地"和"农田/林地马赛克"。伊犁河谷代表站点2 m温度模拟多以高温偏低、低温偏高为主。(4)与MODIS相比,USGS中哈密地区"农田/林地马赛克"所占比重明显增大。哈密地区多数代表站点高、低温均以偏低为主。(5)站点温度的高度订正多以调低为主,调低幅度最大值为1.9 K,出现在伊犁河谷的尼勒克站。站点2 m温度的调整幅度整体上明显大于MODIS和USGS模拟2 m温度的差值,由此可见温度高度订正的必要性。     

The chemistry of heavy haze over Urumqi,Central Asia

A sampling campaign of aerosols over Urumqi from 2001–2007 and soil samples in the surrounding areas were carried out to investigate the severe air pollution in Urumqi, a typical inland city, located in the center of Asia. Urumqi is one of the heavy polluted cities in the world, as the days of haze spanned over one third of the year and accounted for 60–80% of the heating period for the past 6 years. High concentration of fine aerosols, frequent occurrence, and rapid formation of heavy haze were the three main characteristics. With comparison of the pollution elements, As, Cd, and S, and the ratio of Ca/Al in aerosols and soils in those sites located on the south of Jungger Basin as tracers, it was found that As, Cd, and S highly enriched in the aerosols over urban Urumqi were not only from the re-suspended road dust but also from the soil transported from south of the Jungger Basin. Different from the most cities in China, the high concentration of sulfate in Urumqi was partially from the primary soil dust transported from the surrounding areas. The mixing of the local anthropogenic aerosols with the soil transported from outside the city was the main source of the high sulfate concentration. Ammonium salts were higher than the summed equivalents of SO₄²⁻, NO₃⁻, and Cl⁻ in Urumqi and much higher than that in other Chinese cities. The total water soluble ions and the total ammonium salts were as high as 57.8% and 51.0% in PM_2.5. The high concentration of soluble salts with high hygroscopicity, especially ammonium and sulfate salts, were the main factors contributing to the heavy haze over Urumqi.     

沿天山高速公路冰雪灾害分析及其对交通安全的影响

利用2002年12月-2006年12月沿天山高速公路因恶劣天气导致交通管制统计记录,结合相应时间段高速公路沿线气象资料,对比分析了高速公路冰雪灾害对交通安全的影响,结果表明：高速公路冰雪灾害的危害程度依次是道路结冰、风吹雪、强降雪。路面结冰主要影响路段在吐乌大高速公路、乌奎高速公路和乌鲁木齐机场高速公路;风吹雪集中出现在达坂城到乌鲁木齐一线;除了吐乌大高速达坂城到吐鲁番段没有因强降雪影响交通的记录外,沿天山其它各段均有发生。归纳了高速公路冰雪灾害气象要素预报指标,建立了预报模型,制定出冰雪灾害的气象指数等级、安全行车预防措施,为交通运输气象服务提供具体可操作的预报产品。     

兰新高铁挡风墙防风效果分析评估

基于2012年6月至2013年5月兰新第二双线DK1518、DK1527两处高铁沿线挡风墙实验段8个梯度风逐时观测资料,通过对挡风墙外环境风和挡风墙内不同位置、不同高度风的监测资料对比分析,对挡风墙的实际防风效果进行总体评估。结果表明:挡风墙对环境风速、风向都有明显的改变,环境风吹至挡风墙遭阻挡翻越后,高于挡风墙顶部的风速增大,而低于挡风墙高度位置的风速呈明显减小,距离挡风墙越近风速衰减越明显,验证了挡风墙的防风效果。不同级别的大风情况下挡风墙防风效果依然显著,在挡风墙内的中下部区域对环境风速的减小可达72%。挡风墙对风向的阻挡作用表现为:低于挡风墙高度的低层位置(车体底部、车体中部)风向明显改变产生了绕流,而高于挡风墙的高层位置(接触网悬挂处、接触网导线),风向受挡风墙影响较小,与墙外环境风向基本一致。