内蒙古地区沙尘和霾自动观测数据的可靠性和修正方法研究*

2014年,中国气象局将地面人工观测业务调整为自动仪器观测的方式,这一改变明显提高了工作效率,但对观测结果,特别是视程障碍类观测产生了一定的影响。为了完善内蒙古地区霾和沙尘天气判别标准,获得准确可信的气象资料,本文选取了2001-2019年内蒙古12个站点逐三小时的气象观测资料,从时空分布特征和判别方法研究了内蒙古地区沙尘和霾自动气象观测数据的可靠性和判别标准的适用性。结合PM2.5和PM10两个空气质量指数,通过修正错误记录,将沙尘中误判的霾和无天气、霾中误判的沙尘、雾和无天气等分离出来。对比结果来看,修正前,霾和沙尘分别占总频次的95%和5%；修正后,霾、沙尘、雾和无天气分别占总频次的55%、17%、1%、27%。对比呼和浩特单站一次沙尘和一次霾天气过程中气象要素和空气质量指数的连续变化可以看出,相对湿度与PM2.5的相关性均达到了0.5以上。沙尘期,能见度与PM10负相关,PM2.5和PM10相关性较差；而霾期,能见度与PM2.5和PM10的相关性较差,PM2.5和PM10相关性达到了0.8以上,即不同相对湿度环境下影响能见度的因素不同。     

京津冀地区霾健康气象服务社会经济效益评价研究

采用统计调查分析方法,对京津冀地区2014年霾气象服务情况进行调查。在此基础上,统计分析了公众对霾的认知程度、防护措施及预报服务评价等情况,并利用直接损失评估法和疾病成本法等方法,对北京地区2014年霾健康气象服务减少的健康人口损失和经济损失进行了估算。研究发现,京津冀地区的公众对霾的认知度和关注度极高,但公众对霾预报气象服务满意程度仍有较大的提升空间;七成以上的公众会根据霾预报服务信息采取适当的防护措施。经估算,北京市2014年由于PM_(2.5)造成的健康人口损失数为3085人,占总死亡人数的2.3%,造成的健康经济损失值为24.52亿元;未来在与2014年同等的PM_(2.5)暴露浓度之下,公众采用相应气象服务后,在不同的情景下所接受的PM_(2.5)年平均暴露浓度减少5%和10%的情况下,北京市每年可能减少的健康人口损失数为113～226人,可能减少健康经济损失值为0.9～1.8亿元。     

西宁市霾天气及治理对策分析

随着经济社会的发展,城市规模和机动车数量的不断增加,城市霾天气出现频率逐年增多。霾出现后环境空气混浊,能见度低,严重影响居民的健康生活和交通运输。利用2008—2014年8年的气象资料,分析了霾天气发生的现状、气象要素变化及出现的原因,提出霾天气的治理应对措施,为政府部门提供决策依据。     

1981～2015年华北地区持续霾事件的特征及其环流分类研究

根据1981～2015年华北地区地面基本气象要素定时值数据集和地面气候日值数据集站点资料,分别利用14时实测值法和目标区域极端事件的客观识别方法挑选霾日数和持续霾事件,并分析了它们的特征;,然后对持续霾事件进行了分类研究。结果表明:（1）华北地区霾日数空间分布极不均匀,有4个大值区:吕梁山和太行山之间的河谷地区、沿太行山以东的平原、河南北部、环黄海和渤海地区。（2）华北地区共挑选出111个持续霾事件,其中,持续3～5 d的事件最多,占了总数的86.5%,最长的事件可达12 d。（3）持续霾事件和霾日数的空间分布特征相似,且存在明显的年、季变化。1981～2015年持续霾事件数呈增加趋势,冬季增加最显著,其次是秋季和春季,夏季最少。（4）结合地形、霾日数、持续霾事件的分布和环流特征把持续霾事件分为7类,对发生频次较多的4类（华北地区型,河南北部及太行山以东的平原型,河南北部型,河南北部及环渤海、黄海地区型）的环流进行了对比分析。其环流形势的主要特征包括:对流层的中低层华北地区为纬向西风气流或脊前西北气流,我国南部或东南部地区高压西部的西南气流与华北地区的偏西气流产生弱辐合下沉气流;近地面层由于地形的影响形成垂直环流圈,霾最严重的地区一般出现在地形的东坡和垂直环流圈的下沉支。近地面东南气流和低层的西南气流向该地区输送了暖湿空气和污染物。华北地区霾发生位置的不同,主要由低层我国东部或者南部高压的位置和强度,以及局地垂直环流的下沉支的位置决定。这些研究结果可以为华北地区持续性霾的防控提供参考。     

西安市霾天气与清洁天气变化特征及影响因素分析

利用2006-2012年西安市污染物质量浓度、气象站逐时地面风场、相对湿度和能见度等资料,依据霾天气的定义统计理论霾日数,对比人工观测霾日与判据统计理论霾日的合理性,通过对霾天气与清洁天气过程的气象条件分析,分析西安市霾天气与清洁天气过程的变化特征及影响因素。结果表明：2006-2012年西安市霾天气过程在干季发生频率较高,湿季发生较少。地面风场对霾天气过程影响较大,绝大部分霾天气过程的日平均风速＜1.5 m·s^-1;干季大部分霾天气过程日平均风速≤1.0 m·s^-1,极端个例甚至在0.5 m·s^-1以下。清洁天气过程在干季发生次数多于湿季,主要与干季风速较大和湿度较小相关。     

北京及周边地区2013年1—3月PM2.5变化特征

2013年1—3月北京及周边地区雾、霾高发,气候特征异于常年。利用2013年1—3月北京及周边地区6个地面观测站观测资料,研究PM_2.5和黑碳 (BC) 的质量浓度、区域分布特征及气象要素的影响情况。结果表明:北京及周边地区PM_2.5污染呈区域性高值、污染局地积累以及由南向北输送的特征。北京上甸子站在雾、霾与清洁期间BC与PM_2.5质量浓度的比值分别为7.1%和10.3%,雾、霾期间低于清洁期间;而河北固城站在雾、霾与清洁期间BC与PM_2.5质量浓度的比值分别为17.5%和11.9%,雾、霾期间明显高于清洁期间。二者相反的比值特征反映在清洁的下游地区雾、霾过程中二次生成的气溶胶所占比例较污染的上游地区偏高。     

基于FY-3/MERSI卫星资料的霾判识方法研究

选取2015年12月25日及2016年1月18日两次覆盖湖北的重污染天气过程,利用FY-3A(B)/MERSI卫星资料和气象、环境监测资料,应用图像色彩处理技术、可见光近红外通道反射率分析等技术,开展对湖北地区霾的遥感识别研究。研究结果表明:以不同波段进行红绿蓝三通道合成时,霾可以被识别,其中以全可见光模式合成时,霾以灰白色为主,比周围的云雾区略暗;以可见光、近红外、红外三通道合成时,霾以紫色、紫灰色为主,云类识别精细;以可见光、近红外两通道增强显示合成时,霾以紫灰色为主,与晴空地表及云区差异明显,但易将由小粒子组成的薄卷云误判为霾,需通过云顶黑体亮温进行剔除。通过建立红外亮温和可见光反射率识别指标,可将霾与晴空、厚云区区分开来,但很难与低云/雾区进行有效区分,加入对有效粒子半径敏感的近红外通道反射率后,借助两者在粒子大小上的差异,可在一定程度上解决这一问题,并通过地面人工观测资料进行分析验证。     

陕西省冬季霾天气的背景环流与欧亚大陆积雪深度的联系

基于1980-2017年陕西省地面气象观测站观测资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料和日本JRA-55再分析陆地雪深资料,对1980-2016年陕西冬季霾日数的时空变化及可能原因进行了分析。根据陕西冬季霾日数偏多年与偏少年的高度场环流背景,研究了影响陕西省冬季霾日数的主要环流系统。对欧亚大陆积雪深度分布对于陕西省冬季霾日数的影响进行了探讨。研究表明:(1)乌拉尔山地区的500hPa高度场负(正)异常中心,是有利于陕西省冬季霾日数增多(减少)的大气背景环流,影响陕西省霾日数变化的海平面气压存在地中海地区与中亚至西伯利亚地区反位相变化的特征。(2)欧洲地区积雪深度增加(减小),会造成陕西省冬季霾日数的减少(增多)的气象条件。(3)欧亚大陆积雪深度分布与陕西省冬季霾日数的相关呈现欧洲地区与西伯利亚地区反位相的分布,冬季积雪深度指数与陕西省冬季霾日数相关大于0.41,积雪深度指数正(负)异常会造成乌拉山地区位势高度负(正)异常,不利于(有利于)冷空气向东亚移动,造成有利于陕西省冬季霾日数的增多(减少)的气象条件。     

基于NOAA/AVHRR卫星资料的北京地区霾识别研究

利用2008—2013年NOAA/AVHRRlB卫星资料和气象观测资料,应用米氏散射理论、图像色彩处理技术、频数分布图和可见光通道表观反射率阈值技术,开展了北京地区霾的遥感识别研究,并在京津冀地区进行了应用。研究结果表明:易于识别的霾在NOAA/AVHRR遥感图像上一般以1、2、1波段或4、2、1波段进行红、绿、蓝三通道假彩色合成.图像颜色以灰色、紫色和蓝色三大系列为主;一般仅靠遥感图像难以识别霾与轻雾,但借助先验知识、周围环境和图像色彩.可在一定程度上区分霾与轻雾;NOAA/AVHRR图像的第一波段表观反射率作为光谱指标可以对霾进行较好识别,反射率识别指标值分别为:冬季0.15～0.32,春季0.15～0.30,夏季0.14～0.30,秋季0.14～0.32;指标对霾的有效识别准确率为82%。利用上述建立的颜色指标和光谱指标可以较好地对2013年1—3月发生在京津冀地区的雾霾进行有效监测。     

广东记录霾日和统计霾日的气候特征及比较

利用广东省86个气象观测站1961—2013年记录霾日资料和1981—2013年统计霾日资料,采用线性趋势分析、计算气候趋势系数等统计诊断方法,分析了广东记录霾日和统计霾日的气候特征并进行比较。结果表明:广东统计霾日与记录霾日的年平均分布非常相似,但是统计霾日数比记录霾日数明显增加10~80 d。广东霾分布可划分为三个区:(1)多霾区:包括珠江三角洲、北部的南雄、东南部的汕头,年统计霾日40.0~144.5d;(2)一般霾区:包括广东中部偏北的部分地区,年统计霾日20.0~39.9 d;(3)少霾区:广东西南部和东部大部分地区,年统计霾日1.0~19.9 d。广东年记录霾日和统计霾日均以11 d(10 a)的速率明显上升,1990年后显著增加,特别是2003年以来上升非常明显,2007年达到最大,但2008年以来逐年波动下降。广东年霾日数增加最明显的区域在珠三角、汕头、南雄等地。1980—2013年的广东平均年记录霾日序列与统计霾日序列的相关系数达0.78,显著相关。分析表明统计霾日比记录霾日总体上更客观合理,并对两者存在差异的原因进行了分析与讨论。     

广州灰霾天气的气候特征分析

根据广州气象观测站1961-2002年观测资料，对广州市灰霾天气的气候特征及其成因进行了分析。结果表明，广州灰霾日数12月最多，6月最少，秋冬两季占全年灰霾日总数的70％以上。年灰霾日数总体呈上升趋势，年灰霾日数变化可分为5个阶段，其中，70年代末期至80年代中期、80年末期至90年代中后期是灰霾的两个急剧上升阶段。灰霾日数年际变化多与大气中的污染物浓度有关，而月、季的分布多受天气形势和气象条件所控制。灰霾能够降低到达地面的太阳总辐射，减少日照时数。     

南阳市灰霾天气污染特征及其健康效应

利用南阳市1971—2007年地面气象站观测资料以及2004—2005年环境检测站提供的空气污染物监测数据和南阳市中心医院门诊逐日病例资料,统计分析了南阳市灰霾天气及其空气污染特征,并根据灰霾天气对应的门诊病历,分析了灰霾天气对人体健康的影响。结果表明:南阳市灰霾日数的年代际变化非常明显,37年来南阳市霾的发生频率和持续时间都呈持续增加的趋势。秋冬是灰霾的高发季节。灰霾天气出现时空气污染程度加剧,特别是PM10浓度在灰霾出现日明显升高。就诊人群以呼吸系统为主的疾病发生率在灰霾发生当天明显升高,呼吸系统疾病门诊例数与PM10浓度正相关。     

广西霾天气系统分型

利用2009—2013年NCEP再分析资料和广西14个地级市的历史气象资料,通过天气学方法对广西233个霾日对应的天气系统进行了分类,将形成广西霾日的天气系统分成冷高压脊控制型、入海高压后部型、低压槽型、均压场型、冷锋前部型、副高控制型、静止锋暖区型和热带气旋外围型共8种类型,研究了各类型天气系统的特点及其在广西霾形成中的作用。结果表明:冷高压脊控制型、入海高压后部型、均压场型和低压槽型是4种主要的环流型,造成的广西霾日较多,静止锋暖区型和热带气旋外围型造成的霾日较少;冷高压脊控制型和副高控制型的霾过程持续时间比较长,冷锋前部型的霾过程持续时间最短;地面风速较小,中低空为下沉气流是出现霾日时各类天气型的共同特征。     

我国霾和光化学污染观测研究进展

霾和光化学污染已成为我国最严重的环境气象灾害,受到政府和公众广泛关注。针对我国的环境气象问题,国内外科研人员开展了大量研究工作,发表了一系列的研究成果。该文对近年来我国霾和光化学污染的观测、分析和影响研究方面的文献进行综述,为将来相关研究提供基础。在霾污染方面,主要回顾了霾的现象与判别、组成与来源、影响霾的气象因素、霾的长期趋势等方面的研究进展。在光化学污染方面,主要回顾了污染的特征与水平、污染的区域化、臭氧垂直分布、地面臭氧影响因素、臭氧污染发展趋势等方面的研究进展。此外,还概括了霾和光化学污染危害研究主要成果,在文献综述的基础上,提出了未来研究中值得关注的几方面问题,包括进一步加强霾和雾的科学判识方法、污染物相互作用、污染-气象-化学-生态间耦合效应研究,特别关注光化学污染发展态势,加强长期观测资料的积累、分析与应用等。     

乌海市灰霾天气的气候特征分析

利用乌海市1971—2009年每天4个时次（或3个时次）的常规地面观测资料和2004—2009年的空气质量状况（PM10、SO2、NO2浓度值）,统计分析了乌海市灰霾的分布特征和规律以及出现灰霾时的相对湿度、平均水平能见度、2分钟平均风速、风向特征和空气质量状况。得到：（1）乌海市1971—2009年共出现165次灰霾天气,2004年以后出现了161次,最多出现在2007年和2009年;春季出现次数最多,冬季最少;4月出现最多,1月和2月出现最少;82.4%的灰霾天气出现在08时。（2）当出现灰霾时,相对湿度在60%以下占71%,相对湿度在70%以上时绝大部分是与雾同时出现;灰霾天气出现最多风向是偏南风,最多风速是≤3.0 m.s-1。（3）2004—2006年出现灰霾时92%的空气质量出现了三级轻微或轻度污染,2007年以后出现灰霾时,在冬半年空气质量绝大部分为三级轻微或轻度污染,而在夏半年大部分空气质量为良。     

无锡市霾天气特征及影响因子研究

利用太湖北岸无锡气象局国家基本气象观测站1980—2011年地面气象观测资料及1991—2011年无锡市统计年鉴资料,对无锡市霾天气演变特征、气象要素特征及其影响因素进行了分析。结果表明：无锡市的霾日数总体呈上升趋势,近5年来更加明显;霾日数冬季>春季>秋季>夏季;连续10 d及以上霾过程都经历了地面均压场、〖JP2〗入海高压后部及地面倒槽3个连续天气过程。出现重度霾的地面天气形势为地面均压场型、冷锋前型、地面低压倒槽型3种类型。连续10 d以上的霾及重度霾,中低空气团的后向轨迹都出现了下沉运动,且气团经过地区为污染物浓度较高区域。工业污染物中的粉尘排放是造成20世纪90年代霾日数增加的最大因素,2004年以后由于工业废气的排放量以及汽车拥有量的逐年增加,霾日数仍然呈上升趋势。     

重庆雾和霾的气候特征分析

利用1981—2014年重庆地区气象观测资料,基于气候统计法分析重庆地区雾和霾的气候特征,结果表明:重庆雾日总体呈显著减少趋势,两种雾日观测资料的倾向率分别为为-10.3 d/10a和-7.6 d/10 a;雾日的空间分布总体呈"中西部多,东南东北少,西部偏北地区多于西部偏南地区"。霾日总体趋势与雾日变化相反,呈显著上升趋势,倾向率为12.9 d/10a,并且霾日发生显著增加的时段与雾日发生显著减少的时段基本一致,2000年前后霾日经历了明显的突变;霾的分布主要呈现"以主城为中心,中西部多,东北部和东南部少"的特点。     

A Novel Four-Wavelength Transmissometer for Distinguishing Haze and Fog

Haze and fog exhibit different microphysical and optical properties according to Mie scattering theory. Haze particles are smaller than fog droplets. Light of a shorter wavelength is reduced more than that of a longer wavelength during haze events. In fog, the differences between the extinction coefficients at different wavelengths are not as apparent. On the basis of the different light extinction characteristics of haze and fog, a novel four-wavelength transmissometer based on charge-coupled device （CCD） imaging was designed to distinguish haze from fog with central wavelengths at 415, 516, 650, and 850 nm. The four-wavelength transmissometer was tested in an insitu experiment during the winter of 2009. Fog was determined when the differences of the extinction coefficients at the four wavelengths were not notable, whereas haze was determined when the light at shorter wavelengths was significantly more reduced than that at longer wavelengths. A threshold which describes the relative size of the extinction coefficients at the four wavelengths was defined to distinguish between fog and haze. The four-wavelength transmissometer provided results consistent with the commercial fog monitor during several measurements made in fog and haze events, especially under conditions of low visibility and high relative humidity.     

太原地区灰霾天气特征及影响因子分析

利用2008~2012年太原常规地面气象观测资料、高空探测资料和大气污染物观测资料,对主要天气形势、典型气象要素以及空气污染状况下灰霾天气特征及形成机制进行了综合分析。结果表明:1)太原地区灰霾出现频率存在明显的季节变化,冬半年灰霾出现天数占全年的65.7%;一天中08:00(北京时间,下同)至13:00发生灰霾的频率较高。2)霾日静风频率较高,主导风向为偏东南风;重度灰霾天气出现时相对湿度较高。3)霾日的大气稳定度主要表现为稳定类;霾日平均混合层高度比非霾日低约100 m;08:00逆温出现次数高于20:00,霾时平均逆温强度和厚度高于非霾时。4)高压类型天气形势对灰霾的产生有重要影响,低压天气形势下较少出现灰霾天气。5)可吸入颗粒物、SO2和NO2浓度在非霾日比霾日分别下降32.6%、48.6%、21.7%;随着灰霾等级的增加,SO2和可吸入颗粒物的浓度有显著的增加。6)灰霾天气下到达地面的太阳辐射强度明显减弱,日照时数明显减少。     

四川省1980~2014年霾的时空分布特征

利用四川省1980~2014年地面观测站气象资料,系统分析了四川省霾的时空分布特征。结果表明:四川省霾日高值区主要分布在四川盆地;川西高原、攀西地区霾天数极少;重度霾主要分布在四川盆地的中东部地区,中度霾年平均最大值40 d出现在自贡;轻微霾日数随时间变化不大且发生日数最多;中度霾和重度霾时间变化特征相似,呈现波动性变化,1992年达到峰值,随后又呈波动性下降趋势;霾的发生有显著季节性特征,冬季最高,秋季次之,春季低于秋季,夏季最轻。