河北省霾日变化及成因

利用1981-2010年河北省142个气象站地面观测资料,按照霾的观测和预报等级行业标准,分析河北省霾日空间分布特征.以石家庄为例对多霾日成因进行探讨。结果表明：河北省霾日主要分布在太行山东麓地区,霾日高频次中心随时间范围在扩大,频次有增加趋势;典型代表站霾日随时间呈现增加、减少和平稳变化三种态势,单站间变化差异明显;河北省霾日主要以能见度大于5km轻微霾为主,代表站中度、重度霾日季节变化显著,64%以上出现在秋冬季节;霾的形成是多种因素综合作用的结果,区域分布主要与地理环境有关,气候上逆温层、风速、相对湿度、年降水日数与霾的形成有关,另外地方经济发展、人类社会活动对大气污染物的排放起到一定作用。     

1980~2013年安徽霾天气变化趋势及可能成因

对1980~2013年安徽省霾日数的时空变化趋势及可能原因进行了分析,结果表明:(1)1980年以来,霾天气年均发生日数总体呈上升趋势,年际波动较大。不同年代,霾高发区的位置不同:20世纪80年代平均为5.5 d,沿江到江淮之间有零星的高发区;20世纪90年代平均为8.5 d,高发区在沿江中西部的望江和池州、省会合肥、淮北北部的萧县和灵璧;2000年代,平均发生日数为8.7 d,有3个高发区,分别是以合肥为中心的江淮之间中部、沿淮中部地区和沿江中东部地区。(2)按地理位置把安徽省分为6个子区,不同子区年霾日数的变化趋势不同:皖南山区变化较平缓,沿淮地区2000年后上升明显,淮北北部和沿江有先升后降的趋势。(3)地级市平均霾日数呈显著上升的趋势,而县城霾日数上升速度缓慢,且在2008年之后有下降趋势。(4)城市化和汽车拥有量激增导致氮氧化物排放量快速增多,可能是2000年之后地级市霾日数显著增多的主要因子,而县城霾日数变化的驱动因子可能是气候变化原因,如东亚季风强度的变化。     

浙北地区一次冷空气过程中的灰霾天气过程分析

利用常规气象观测资料、中尺度自动站资料、探空站资料和空气污染资料,对2014年1月3-4日浙北地区的一次大范围灰霾天气过程进行了综合分析,结果表明:冷空气南下和中层高度的干燥暖舌影响,是这次灰霾天气过程的天气背景;冷空气受到700 h Pa干暖舌的抑制作用,侵入700 h Pa以上高度的速度缓慢,导致地面虽然有较大风速,但在中层形成的逆温结构,使得这次灰霾天气过程能够维持;发生霾时的混合层高度比轻雾高,大气混合层高度的变化对霾的发展变化有较好的指示作用,可为霾的预报提供参考依据。     

1961-2010年四川盆地霾气候特征及影响因子分析

利用1961-2010年四川盆地122个气象站观测资料,分析四川盆地年平均霾日数时空分布特征及霾日数季节和年变化趋势。探讨近50 a四川盆地大气干消光系数、风速、能源消耗和人口等因素与霾日数之间的关系。结果表明：1961-2010年四川盆地122个站年平均霾日数为62.5 d,最多的站可达100.0 d以上。霾日数有明显季节变化,四川盆地冬季霾日数最多（28.4 d）,春、秋季次之,夏季最少（5.9 d）。四川盆地有104个站霾日数年变化呈增加的趋势,其中有71个站通过了置信度99 %的检验,霾日数增加最多的是四川省内江地区的戚远,气候倾向率为42.0 d/10 a;霾日数增加最少的是成都市的新都,气候倾向率为0.4 d/10 a。四川盆地有18个站霾日数年变化呈下降趋势,仅7个站点通过了置信度99 %的信度检验,霾日数减少最多的是四川北部广元地区的南江,气候倾向率为-16.7 d/10 a。霾日数的年变化与大气干消光系数呈显著正相关,与风速呈显著负相关,与四川盆地的能源消耗和人口增长呈显著正相关。     

鲁西南霾天气个例分析

2007年6月11～13日鲁西南连续3天出现罕见的霾天气过程,为了弄清楚这次霾天气过程形成的天气学原因.利用常规气象资料、探空站资料及自动气象站资料和空气污染资料对这次过程进行综合分析.结果表明,霾的形成是多种气象因素共同作用的结果,大陆暖高压东移人海,其底部的偏东气流将海上的低温高湿空气向鲁西南输送,是霾形成的有利环流条件;中低层风速较小,且风向随高度逆转,是霾形成的有利风场;大气层结稳定,且低层存在逆温层是霾形成的重要条件;高污染浓度是形成霾的物质基础.     

温州一次重度霾天气过程分析

利用常规气象观测资料、探空站资料、环保部门提供的AQI监测数据,对2015年1月26—27日温州地区重度霾天气过程进行了综合分析。结果表明:此次重度霾过程影响时间之长,影响之严重,在温州霾气象记录中是十分罕见的;高空3层西北气流控制,风速较小,静稳天气,地面冷空气扩散南下,将浙北方污染物推至浙南,重度霾天气是由北方污染物输入和本地污染物叠加,地面存在弱辐合,近地面又存在逆温层不利于水汽和污染物在垂直方向扩散,利于大气颗粒污染物在浙南温州地区堆积,使得霾污染天气稳定维持;此后,冷空气主体南下,风速加大,气象扩散条件转好,污染物扩散至海上或福建,霾渐消散。     

长沙地区30a霾观测记录的分析

利用长沙、浏阳、宁乡3站1981-2010年30 a霾观测记录,按照相对湿度判识标准订正霾日数,进行两种判识标准对比分析,给出三站记录偏差,结果表明:台站按照《规范》对霾观测记录有很大的不确定性,两种判识标准记录的霾日数相差较大,订正前后年平均偏差率宁乡38.8％、长沙52.5％、浏阳64.6％,月平均偏差率宁乡48.3％、长沙56.65％、浏阳68.0％;霾最多出现在12月,其次是1月、11月,最少出现在7月,次少在6月和8月.为使霾观测记录更趋完整、连续和合理、为霾观测及其资料应用提供重要依据,必须对历史资料序列订正.24h定时观测、使用能见度观测仪与大气气溶胶浓度观测数据相结合判识霾,是确保霾记录真实可靠最有效的办法.     

长江中游地区霾日的年际和年代际变化及其城乡差异成因研究

利用长江中游地区的湖北和安徽境内的156个气象站1961-2013年的逐日能见度、相对湿度、降水、天气现象等常规观测要素,对长江中游地区霾日进行了重建,并分析了霾日长期变化特征及其主要影响因素。结果表明:城市站较乡村站霾日数普遍偏多,且不同区域的霾日年际、年代际有着较为明显的差异。东亚冬季风的阶段性减弱(东亚大槽强度减弱)、北极海冰的减少等气候变率对大气环境容量变小、大气自净能力减弱和霾日的增加有较大的贡献。乡村地区的霾日年际变化和气候变率的相关性更高,表明乡村地区的霾日变化以受气候变率影响为主;而城市地区霾日数和气候变率的相关性较低,表明城市地区霾日变化主要受源排放影响,气候变率对霾日增加的贡献相对较小,城市区域大气环境容量的减弱是气候变化和城市化共同影响的结果。     

辽宁省城郊霾日变化特征分析

根据站点位置、城郊站间距离、资料累积时间、资料连续性等对辽宁省61个气象站进行筛选,进而分为城区站、近郊站、远郊站和乡村站4类。利用辽宁省1980—2013年每日02时、08时、14时和20时的能见度、相对湿度和逐日天气现象等气象资料,统计分析了辽宁省城郊霾日变化特征。结果表明:辽宁省城区、近郊和远郊月霾日变化与全省霾日变化均呈W型波动。平均月霾日近郊最高,为7.6 d,近郊和城区(6.8 d)明显高于远郊(4.9 d)和乡村(2.3 d)。四季相比,近郊季霾日最高,春夏秋冬分别为14.6 d、22.1 d、22.9 d和31.7 d,其次是城区、远郊和乡村。1980—2013年,城区、近郊、远郊和乡村年霾日与全省平均年霾日均呈下降趋势,其中城区最明显,其趋势率为-9.9 d/10 a,而近郊趋势率仅为-0.1 d/10 a。全省平均年代霾日呈微弱的递减趋势。城区年代霾日呈明显的下降趋势,而近郊和远郊年代霾日呈波动中下降趋势。空间变化上,月、季、年和年代霾日空间变化较大,均呈多中心的空间变化态势,霾日大值中心和低值中心在不同时间尺度上是变化的。霾日第1和第2大值中心均出现在沈阳站和苏家屯站以及辽阳县站等城区站和近郊站,而霾日低值中心多为远郊站。霾日时空变化表明,近郊霾污染更为严重。城区、近郊和远郊典型代表站年霾日变化较大,与当地经济发展和环境状况密切相关。     

霾对海口地区大气环境影响的分析与预报

利用海口1962～1997年的历史资料,结合热带地面天气图,对影响海口地区大气环境的霾的特征、来源和成因进行了分析.结果发现影响海口地区的霾来源主要有三个一空中杂质随西路冷空气南下影响;二是中南半岛的霾由偏西气流输送影响;三是局地形成的霾影响.本文同时总结出影响海口地区大气环境的霾的气候特征和结构特点,为海口地区霾的预报提供了基本的预报方法和预报着眼点.     

濮阳一次持续性雾霾天气的阶段性特征和维持机制

2018年11月23日至12月3日,华北平原出现了一次较长时间的雾霾天气。利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和污染物浓度资料,以河南省濮阳市为例,对此过程的大尺度环流背景场、边界层内气象要素特征、动力因素和污染状况等进行综合分析,分3个阶段探讨此过程形成的原因和维持机制。结果表明:(1)雾霾发生在高空纬向环流背景下,华北处于高压脊前西北气流中,频繁受下滑短波槽影响。(2)冷空气活动偏弱,中低层维持暖脊控制,使边界层内出现较强逆温,制约低层水汽和污染物的垂直扩散。(3)地面处于均压场或锋后弱冷高压控制,弱风条件不利于污染物的水平扩散。(4)前期大雾形成时,强逆温层在900 hPa以下的贴地高度,能见度很低,污染严重;中期霾严重时,较强逆温层上移至900—850 hPa,并出现双层逆温,能见度虽较好,污染仍然严重;后期的雾霾主要由高湿度环境中污染物聚集吸湿增长造成。(5)中低空弱的下沉气流及近地面辐合风场是雾霾天气得以发展维持的动力因子。     

湖南岳阳一次重度霾过程近地层物理量场异常特征分析

利用杭瑞高速公路洞庭湖大桥北岸测风塔的梯度风观测资料、三维超声风温仪资料以及岳阳气象站提供的逐小时气溶胶浓度和能见度观测资料,对湖南岳阳2017年1月28日的一次重度霾天气中的重污染过程的近地层物理量变化特征进行了分析,结果表明:（1）重污染来临前约130 min即28日01:50（北京时间,下同）,水平风速、垂直风速、高低层风切变都出现零值,大气处于静稳状态。重污染结束前180 min即28日09:00,上述物理量和高低层温度切变出现零值。（2）湍流强度在重污染来临前有强烈异常信号,其中水平纵向湍流强度异常信号最明显,于重污染发生前130 min出现异常峰值4.15,重污染结束前180 min出现异常峰值3.24。（3）湍流动能和动量通量都在重污染来临前130 min接近0.0 m2/s2,即湍流交换最弱,有利于污染物在近地面的持续堆积和重污染过程的发生。近地层的平均物理量和湍流特征量的异常信号的出现时间有较好的一致性,即出现在重污染来临前的130 min和结束前的180 min。揭示了重度霾污染天气的近地层物理量时间变化规律,着重分析了霾污染的生成、发展、消亡全过程的边界层湍流异常的前期信号,为深入认识霾污染天气进行有益的探索并为这类天气的预测预警提供科学依据。     

2016—2017年冬季华北地区一次重污染过程的气象条件分析

以华北地区为研究区域,利用地面监测数据、高空观测资料、NCEP FNL资料及HYSPLIT后向轨迹模式,对2016年12月26日至2017年1月9日该地区的雾霾天气过程进行综合分析。结果表明,雾霾期间高空以纬向环流为主,冷空气势力偏弱,主要受高压、弱高压或均压场控制,有利于华北地区静稳天气形成。同时,雾霾期间边界层平均高度约600~900 m,污染物浓度与边界层高度呈负相关,且污染物浓度变化较边界层高度变化存在滞后现象。逆温层的长期存在,不利于污染物垂直扩散,能见度一直维持在5 km以下。后向轨迹集合模拟与聚类分析表明,以北京地区为核心的华北地区雾霾天气期间,外来污染物中,80%来自西北方气团,20%来自河北西南地区气团。     

2018年常州一次罕见持续性雾-霾天气分析

利用常规气象观测资料、探空资料、污染物浓度及AQI资料、NCEP再分析资料等,对2018年11月24日至12月3日夜间常州持续11 d的强浓雾和严重霾天气过程进行了分析。结果表明：（1）此次雾-霾过程持续时间长、范围广、强度大、污染重。（2）中纬度地区高层持续纬向环流控制、中低层暖脊稳定存在,地面持续受均压场或弱倒槽顶部、弱冷锋前部影响,是这次持续性雾-霾过程的重要天气条件。（3）边界层内弱辐散、负涡度及弱的下沉气流是此次雾-霾天气得以长时间维持、发展的动力因子。近地层长时间水汽饱和且维持小风速利于雾-霾的长时间维持。（4）近地面高强度的贴地逆温长时间维持和持续较低的混合层高度是此次雾-霾形成、发展和长时间维持的重要热力条件。雾比霾的平均混合层高度明显偏低且霾等级越高混合层高度越低,混合层高度的变化先于能见度变化,对雾-霾临近预警有较好的指导作用。（5）弱冷空气渗透、风速适当增加、混合层高度的先期快速下降、负净辐射曝辐量绝对值的明显增大是雾爆发性增强的主要原因。     

2014年秋季长株潭城市群一次典型霾污染天气过程的气象特征及成因分析

利用长株潭地区地面空气质量监测资料、常规地面气象资料及NCEP再分析资料和MODIS火点监测资料,结合HYSPLIT4后向轨迹模式,对2014年10月1718日长株潭地区一次严重霾天气过程的空气污染特征和成因进行综合分析。研究表明,长株潭地区此次严重霾天气污染事件的主要污染物为PM2.5,安徽南部和江西西北部地区秸秆焚烧产生的颗粒物,经高空偏东北气流引导输送到长株潭地区,是这次大范围烟霾天气的主要来源。长株潭地区西部高空槽区宽广,槽前西南气流较为强盛,地面受均压场控制,水平风速弱,为严重霾污染天气的维持提供了有利的环流条件。中低层逆温和大气底层湿度的增加,使污染物粒子不断累积;近地面连续静（小）风和风向的频繁转变,不利于污染物粒子的水平扩散;中下层弱的下沉气流、较低的混合层高度有利于污染物的垂直累积,为此次重度霾污染天气的发展、加强提供了有利的气象条件。     

2019年1月长春市一次霾污染过程成因分析

利用空气质量历史监测数据、地面气象要素及激光雷达探测资料,综合分析了2019年1月10—15日长春市一次霾污染过程,探讨了污染过程中污染物和气象要素的变化特征与影响机制。结果表明：此次霾污染过程中12—13日污染最重,PM_2.5和PM₁₀质量浓度均超过150 μg·m^-3,气溶胶消光最强,超过70%的PM_2.5/PM₁₀比值大于0.7,指出了细粒子对重污染事件的贡献;重污染期间近地面风速偏小、相对湿度增加、变压较小,同时低空风出现明显的风向转变,弱下沉运动与逆温以及较低的边界层共同削弱了大气的水平和垂直扩散能力,有利于污染物累积,导致霾污染。500 hPa天气形势表明长春市位于槽前脊后,850 hPa高度场为弱西风,相对湿度大;海平面气压场存在低压气旋及弱西南气流,该气流有利于将污染物输送至长春市,造成霾污染加剧;1月14—15日高空槽加深东移,850 hPa西北气流增强,近地面气压梯度力变大,污染物得到扩散,霾污染逐渐结束。     

0679香山局地大暴雨的中小尺度天气分析

利用Doppler雷达、地面自动站、Profile垂直风廓线及GPS水汽分布等多种新型探测资料, 对2006年7月9日夜间发生在北京西郊香山附近的局地大暴雨天气的影响系统和γ-中尺度强降雨落区形成的动力机理进行了精细分析。对雷达等本地多种探测资料的精细研究表明:地形辐合回波带是造成这次过程的主要影响系统。地形辐合回波带上中气旋回波块的滚动更迭是大暴雨落区形成的直接原因; 近地面辐合对大暴雨落区强降雨的发生具有重要作用。大暴雨落区形成阶段近地面3种辐合同时存在:平原东南风与山区偏北风风向切变辐合、平原东南风在山脉阻挡作用下的抬升辐合、大暴雨落区中心的γ-中尺度气旋性辐合。研究还表明:山前近地面地形辐合扰动, 向上传播, 引发边界层扰动的动力过程是香山大暴雨落区形成的主要动力源, 而来自东南方向近地面层的暖湿平流为大暴雨提供了有效的水汽和能量。     

Characteristics of Turbulent Transfer during Episodes of Heavy Haze Pollution in Beijing in Winter 2016/17

We analyzed the structure and evolution of turbulent transfer and the wind profile in the atmospheric boundary layer in relation to aerosol concentrations during an episode of heavy haze pollution from 6 December 2016 to 9 January 2017. The turbulence data were recorded at Peking University’s atmospheric science and environment observation station. The results showed a negative correlation between the wind speed and the PM_2.5 concentration. The turbulence kinetic energy was large and showed obvious diurnal variations during unpolluted (clean) weather, but was small during episodes of heavy haze pollution. Under both clean and heavy haze conditions, the relation between the non-dimensional wind components and the stability parameter z/L followed a 1/3 power law, but the normalized standard deviations of the wind speed were smaller during heavy pollution events than during clean periods under near-neutral conditions. Under unstable conditions, the normalized standard deviation of the potential temperature σ _θ /|θ_*| was related to z/L, roughly following a –1/3 power law, and the ratio during pollution days was greater than that during clean days. The three-dimensional turbulence energy spectra satisfied a –2/3 power exponent rate in the high-frequency band. In the low-frequency band, the wind velocity spectrum curve was related to the stability parameters under clear conditions, but was not related to atmospheric stratification under polluted conditions. In the dissipation stage of the heavy pollution episode, the horizontal wind speed first started to increase at high altitudes and then gradually decreased at lower altitudes. The strong upward motion during this stage was an important dynamic factor in the dissipation of the heavy haze.     

基于BJ-RUCv2.0预报系统对大雾形成和发展关键条件的数值分析

为了弄清北京地区持续性雾-霾天气过程的演变规律、揭示大雾形成和发展的关键条件,利用常规气象观测资料、高速路自动气象站观测资料和大气成分观测资料分析了2013年1月26~31日雾-霾天气过程的演变特征和有利于大雾形成和发展的天气形势。在此基础上,采用先进的北京快速循环同化中尺度数值预报系统（BJ-RUC v2.0）开展数值模拟,分析大雾形成的水汽、动力和热力条件,得出:模式对1月30日夜间至31日前半夜的雾区模拟较好,但对28日夜间至29日白天（大雾天气伴严重大气污染）雾区的模拟偏差较大。发现近地层的持续性东南风使950 hPa以下湿度增大是大雾形成的关键条件。上层（975~800 hPa）的明显暖平流导致逆温层的加强和维持,使大气层结稳定度增强,是大雾天气发展和维持的重要条件。另外,近地层950 hPa以下为风场辐合、其上层为风场辐散的结构有利于雾的进一步发展。     

北京冬季PM2.5重污染时段不同尺度环流形势及边界层结构分析

城市重霾污染事件的发生除排放源内在原因之外,气象条件是最直接的客观外因。本文以2013年2月21~28日北京地区典型细颗粒物(即PM2.5)重污染过程为例,基于颗粒物水平和垂直监测数据,常规及加密自动气象站数据和高时间分辨率风廓线数据,分析了重污染过程中不同尺度环流形势以及边界层结构的变化对细颗粒物重度污染形成、累积和消散的影响。结果表明:弱低压场或弱高压场控制下,局地西南风和东南风输送与北部山区偏北风在山前的汇聚,配合边界层低层顺时针方向的风切变,易发生大气中细颗粒物的爆发性增长;而均压场控制和近地层持续偏南气流输送,配合高层持续稳定的西北风,是污染长时间持续稳步增长的主因。此外,近地层低风速、高湿度和逆温的维持是区域霾污染爆发增长和长时间持续增长的关键气象因素。高压前部的系统性西北大风是污染得以驱散的直接外部动力。