特高压跨区域输电对空气质量的影响研究

依托“锡盟—济南”特高压输电工程,根据WRF-Chem V3.7大气化学模式系统对北京及周边地区污染物浓度变化进行模拟和评估,设置不同地点、不同高度、不同排放量等,定量化评估特高压跨区域输电工程对受端区域空气质量的影响。结果表明：不同气象条件下,东南小风的情况下,工程对北京大气环境影响范围最大;根据虚拟电厂的高度,对9 m、27 m、46 m、64 m、91 m、130 m、185 m和255 m高度分别评估,发现在电源点附近,对91 m空间层的大气PM_2.5浓度影响最大;远距离输送后,对0—45 m空间高度层的大气PM_2.5浓度影响最大;“锡盟—济南”特高压工程配套电源点对北京地区相关污染物浓度变化影响极小。     

WRF模式对济南地区夏季近地面气象场模拟效果评估

不同地区中尺度气象模式WRF的模拟性能存在明显差异,本文利用数值模拟和统计方法,评估了WRF模式在济南地区的模拟性能,并对比研究地形和土地利用对WRF模式模拟性能的影响,为WRF模式在济南地区的业务化运行提供参考。结果表明:WRF模式能较准确的模拟济南地区近地面气象场及其时间变化特征;统计分析发现,WRF模式对济南地区近地面气温、比湿、风速及风向的模拟准确率分别为72.5%、59.6%、29.4%和36.2%。WRF模式模拟的济南地区夏季比湿偏低、风速偏高,模拟的风速存在系统性偏差。下垫面对WRF模式的模拟结果有显著影响,10 m风速的均方根误差(RMSE)与地形、坡度、模式格点和观测站点的地形偏差显著相关,与坡度的相关系数最大;2 m气温的RMSE仅与地形偏差显著相关,在复杂地形区比较站点观测气温与模式格点气温时,需考虑地形偏差的影响。     

河北省输电线路舞动特点及气象因素分析

利用2007—2010年河北省发生的9次输电线路舞动故障资料和代表气象站的观测资料,分析了输电线路舞动的时空分布特点;从降水、气温、平均相对湿度、风速等方面研究了影响输电线路舞动的气象条件;对导致输电线路舞动的天气过程、环流背景和冷空气路径进行了详细的分析。结果表明:河北省有2个输电线路舞动高发区,分别在蔚县和沽源;输电线路舞动出现在雨、雨夹雪或雨转雪的天气条件下,气温经历(或接近)0 ℃(最高气温≥0 ℃、最低气温≤0 ℃),平均相对湿度≥70%;在平原地区,平均风速≥4 m/s,最大风速≥7 m/s,在山区风速条件较平原低;输电线路舞动前后风速存在短周期的高频变化;输电线路舞动产生在地面等压线密集的区域,舞动区域与冷空气路径有关。      

济南市城市热岛和山谷风环流的模拟研究

基于区域大气模拟系统(RAMS),采用水平网格嵌套等方法,实现了使用同一模式对区域尺度和城市尺度气象场的同步模拟.作者重点模拟和分析了济南地区两种典型的中尺度局地环流--城市热岛环流和山谷风环流.在考虑复杂地形条件和非均匀下垫面型对中尺度天气系统的动力过程和热力过程的影响下,结合考虑长短波辐射、湍流扩散和积云对流等多类重要物理过程,揭示了影响济南地区这两种中尺度局地环流的基本特征及其形成、演变规律.       

浙江省输电线路覆冰灾害风险评估方法研究

以浙江省为例,进行省域冰区图绘制和杆塔尺度的输电线路评估。首先,利用覆冰生成数值模式,针对2005—2014年覆冰灾害进行了逐小时0.01°×0.01°分辨率的覆冰过程反演,结合Gumbel极值分布刻画各栅格超越概率分布并绘制浙江省冰区图;其次,通过多因素比较分析,建立基于高程要素的杆塔覆冰降尺度方案;最后,基于区域灾害风险评估方法,选取易损性评估模型,对浙江省输电线路覆冰灾害下的杆塔失效率给出了定量评估。结果显示,浙江省冰区呈北、中、南带状分布,且中部覆冰带可能强度最大;在当前气候背景条件下,忽略人为抗冰、融冰等作用,浙江省中部及北部的输电线路覆冰风险相对较高。     

基于MODIS影像内蒙古地区植被长势监测分析

利用MODIS卫星250m分辨率数据,运用归一化植被指数和地理信息系统的统计分析方法,对内蒙古地区7月份植被长势进行监测分析。内蒙古7月份植被长势较好,与多年同期平均值相比,植被长势较好的区域约占总面积的50%,植被长势较差的区域约占总面积的30%;植被长势好的区域主要集中在东部地区,植被长势差的地区主要在西部地区。从内蒙古植被的总体长势分析得出,2009年为植被长势最差的一年,2013年是植被长势最好的一年;而分析不同下垫面类型植被指数的变化趋势可知,草原地区的植被长势较其他区域的波动最大,森林的植被长势波动最小,耕地由于人为的影响,其植被指数波动较小。     

新疆区域面雨量分布特征及其变化规律

将自然正交分解 (EOF) 和数字高程模型 (DEM) 相结合, 利用新疆区域144个气象站和水文站的1961—2005年降水量资料, 计算得到新疆区域面雨量年、季分布特征和变化规律。分析结果表明:新疆区域年平均面雨量约为2724.6×108t, 年平均降水量为165.5 mm。从空间分布来看, 天山山区面雨量最大, 约占全疆面雨量的40.4%, 该区域年平均降水量为409.1 mm; 北疆地区次之占34.3%, 年降水量为277.3 mm; 南疆地区最少约为25.3%, 年平均降水量仅有66.2 mm。从季节分布来看:夏季面雨量最大, 约占全年面雨量的54.4%;春季次之为23.6%;秋季为16.5 %; 冬季最少, 约为5.5%。新疆区域面雨量年际变化呈现出增多的趋势, 1987年存在突变, 在此之后降水量明显增多。     

雷电临近预报方法在输电线路雷击预警中的应用初探

为了探讨雷电临近预报方法在输电线路雷击预警中的应用,以2013年湖北省宜昌地区一次电力线路雷击灾害事件为例,基于高分辨实时雷达资料和二维闪电定位资料,建立了一种雷电临近预报模型,从而实现对某一区域未来30 min雷电的临近预报;在此基础上,采用雷电预报区域和输电线路网格化方法,计算输电线路和临近雷电预报区域之间的距离,并实现输电线路雷击临近预警。该方法简单、实用,其预警结果可供电力部门进行输电线路雷击风险评估时参考,特别适合于电力部门使用推广。     

河北南网架空导线载流量相关气象参数分析

传统上架空线路允许最大载流量是依据固化的、苛刻的气象参数组合来确定的,其计算结果往往偏于保守。为使允许最大载流量设定更接近实际气象情况,本研究结合河北南部94个自动气象站点逐时观测数据驱动导线热平衡方程进行载流量分析,将传统恒定载流量转换为季节变动的载流量,以充分挖掘河北南网架空导线输电能力。在分析允许最大载流量对环境风速和气温变化的敏感程度基础上,确定了环境气温和风速两种气象参数的概率密度分布,并获取了区域允许最大载流量的概率分布,评估了不同安全运行概率下的输电能力。结果表明,在95%的安全运行保障下,河北南部LGJ-400/35型架空导线最大载流量在春夏秋冬四季可分别设定为945、774、795和1012A,显著高于传统载流量定值。在季节尺度上,基于实际气象参数调整的河北南部架空导线载流量设定有效地挖掘了电网输电能力。     

沙尘输送模式的不确定性分析

利用一个远距离输送的沙尘模式估计了由于参数化过程 (干沉降速度) 和输入资料 (源强和水平风场) 的误差造成沙尘模拟的不确定性。通过对以上参数分别进行敏感性试验, 分析了模式对2002年3月15～24日期间中国东部地区两次主要沙尘过程模拟的不确定性。结果显示, 源区的潜在源强和气象水平风场的不确定性对模拟结果的影响最大, 而干沉降速度的影响相对较小。同时, 对不同区域 ［西部 (＜95°E)、中部 (95°E～110°E) 和东部 (＞110°E)］ 的潜在源强和干沉降速度参数进行敏感性试验发现, 中部区域的参数设置对模拟结果的影响最大, 而西部和东部区域的参数变化对模拟结果的影响很小。此外, 不同高度的风场影响也不一样: 地面风速影响最大, 中层的影响较小, 而高层 (约6 km高度以上) 的风场几乎没有影响。     

济南PM2.5质量浓度与气象条件相关性初步研究

通过对济南2013年12月—2018年2月PM2.5质量浓度数据分析得出,PM2.5质量浓度平均和最大值均为冬季最高,春秋季次之,夏季最低;PM2.5质量浓度值1月和12月最高,8月最低;其质量浓度呈明显的逐年递减趋势。在不同风向上PM2.5质量浓度存在显著差异性,在N风向和ESE(盛行)风向上均出现了质量浓度较大值,一方面与污染物的异地输送有关,另一方面与济南的特殊地形有关。研究表明,无论污染源在山脉的背风侧还是迎风侧,都很容易导致高浓度污染;尤其在冬季,山脉地形还会加重逆温影响,使污染程度加重。通过相关性研究发现,冬季、春季和秋季,PM2.5质量浓度与相对湿度和平均总云量均呈正相关,与日照时数及其距平呈负相关;冬季,PM2.5质量浓度与平均气温及其距平以及最高、最低气温均呈正相关,与平均、最高、最低气压均呈负相关;春季和秋季,PM2.5质量浓度与气温距平值呈正相关;夏季和秋季,PM2.5质量浓度与日降水量呈负相关,而且随着雨强的增大,对PM2.5的洗消作用越显著。上述变量间相关性均通过了P≤0.01显著性检验。     

广州地区旱季一次典型灰霾过程的特征及成因分析

通过研究2009年11月广州市气溶胶颗粒物质量浓度(PM10、PM2.5、PM1)、黑碳浓度、散射系数(Scatter)等大气成分要素,以及微波辐射计、激光雷达及风廓线雷达所探测的风、温、湿等边界层结构,统计分析广州旱季一次典型灰霾过程(2009年11月23—29日)中气溶胶颗粒物及其光学特性的时空变化特征,并配合天气形势背景、边界层结构对其形成原因进行详细分析。在典型灰霾过程中,黑碳浓度高达58.7μg/m3,散射系数高达1 902.7 Mm-1,PM10浓度高达423.5μg/m3,PM2.5浓度高达355.7μg/m3,PM1浓度高达286.5μg/m3。通过对同期的气象条件分析表明在广州地区旱季,区域性污染过程,特别是灰霾天气的形成具有以下三种气象条件:大气边界层高度较低;高压变性出海的天气形势与之密切相关;在偏东和偏南气流带来的高湿度环境下,气溶胶吸湿增长效应显著,导致出现严重灰霾天气。     

基于Grimm180粒子仪对塔克拉玛干沙漠沙尘暴的定量观测

为了得到沙尘粒子和沙尘质量浓度的实时定量特征,利用Grimm180粒子仪在塔克拉玛干沙漠对沙尘暴进行了实时观测。通过分析Grimm180粒子仪在2018年5月20日和24日两次沙尘暴过程观测的数据得到:在浮尘、扬沙和沙尘暴期间,PM_2.5的质量浓度值随时间变化不大,一般PM_2.5浓度值<1500μg·m^-3,而PM₁₀在不同阶段的变化比较明显,数值在2000~6000μg·m^-3。沙尘粒子谱和沙尘质量浓度谱的分布形状在浮尘、扬沙和沙尘暴基本相同,当粒子直径>0.35μm时,粒子数浓度随直径的增大近似符合M-P分布。从浮尘到扬沙再到沙尘暴,小粒子区(D≤1μm)的占比越来越小,而中粒子区(1μm10μm)的粒子数越来越多并且占比越来越大。当粒子直径为0.35μm左右时,粒子数浓度达到最大值;当粒子直径在25~32μm时,沙尘质量浓度的值最大。在浮尘和扬沙阶段,PM_2.5/PM₁₀>25%;每分钟1 L体积内的沙尘粒子总数大约是4×10⁵,最大沙尘质量浓度<20μg·L^-1。在沙尘暴阶段,PM_2.5/PM₁₀<15%;每分钟1 L体积内的沙尘粒子总数>5×10⁵,最大沙尘质量浓度>25μg·L^-1。这些结论为准确地分析沙尘暴的定量特征提供了科学依据。     

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。     

激光雷达反演边界层高度方法评估及在北京的应用

边界层高度是影响大气边界层发展和空气污染程度的重要因子,是环境和气候研究的重要参数。本文利用激光雷达对北京地区2011年5月至2012年4月的边界层高度进行探测分析,采用小波协方差方法反演边界层高度,评估了该方法的适用性。得到基于小波协方差方法自动判断边界层高度的最优参数组合,激光雷达与飞机探测结果对比一致性较好;与探空结果相关系数0.88,激光雷达反演的边界层高度略偏高。当激光雷达的垂直分辨率为30 m时,更加适合北京地区的步长和阈值分别为210 m和0.05;当激光雷达的垂直分辨率为15 m时,步长和阈值分别为135 m和0.05。分析期间,不同季节边界层高度日变化有明显的不同,夏季14:00（北京时）左右达到最高,较高的边界层高度可维持3~4 h,平均可达1.30 km;冬季较高边界层高度只能维持2 h左右,平均为1.08 km。有云与无云天气边界层日变化特征以及边界层高度存在显著的差异,云的存在减少了到达地面的直接辐射,抑制了湍流的发展,进一步抑制了边界层的发展;本文也将激光雷达反演边界层高度结果应用于观测时期边界层高度与地面污染的关系研究中,统计得到边界层高度与PM2.5浓度的相关系数为－0.340。     

2010年广州亚运限行减排对大气环境的影响

通过对亚运会、亚残运会期间限行减排各个阶段的广州和相邻城市监测到的污染物浓度以及同期的天气背景进行分析,探讨污染源、城市的地理位置、天气条件和限行减排对亚/亚残运会期间广州大气环境的影响,结果表明:由于人为限行减排、城市的地理位置和气象扩散条件等各种因素综合作用,使得亚运会期间广州统计平均的能见度基本大于10 km;机动车的限行减排对PM10的削减作用不如PM2.5和PM1明显;限行减排对广州O3浓度控制"不敏感",但是会导致浓度峰值时间相对广东东莞出现1小时左右时间"滞后";珠江三角洲(简称珠三角)的大气环境问题呈现区域性,而且污染程度不容乐观,将来对该区域的大气环境治理需要进行长期持续的联防联控。     

武汉大气能见度与PM2.5浓度及相对湿度关系的非线性分析及能见度预报

武汉作为中部地区高湿度代表城市,大气污染严重,霾天气多发,但有关该地区大气能见度与PM2.5浓度及相对湿度(RH)的定量关系尚不明确。利用2014年9月—2015年3月武汉地区逐时能见度、相对湿度及颗粒物质量浓度观测数据,研究分析了武汉大气能见度与PM2.5浓度及相对湿度的关系,并进行能见度非线性预报初探,得到以下结论:武汉霾时数发生比例高,霾的发生和加重是能见度降低的主要原因;能见度降低伴随大量细粒子产生和累积,这是武汉大气能见度恶化的重要诱因。细颗粒物浓度与相对湿度共同影响和制约大气能见度变化,高湿高浓度时能见度显著下降,湿情景下(RH≥40%),能见度恶化主要是由湿度增高诱使细颗粒物粒径吸湿增长导致其散射效率增大造成的。当RH >90%时,能见度随湿度升高成线性递减,相对湿度每升高1%,武汉平均能见度降低0.568 km。而干情景下(RH2.5质量浓度升高。在城市大气细粒子污染背景下,能见度与相对湿度成非线性关系,这主要与PM2.5对能见度的影响及吸湿性颗粒物的散射效率变化有关。PM2.5浓度与能见度成幂函数非线性关系,80%≤RH2.5浓度对能见度的影响敏感阈值是随着湿度升高而减小的,干情景下能见度10 km对应的PM2.5浓度阈值为70 μg/m3,湿情景下该阈值为18—55 μg/m3。当PM2.5质量浓度低于约40 μg/m3时,继续降低PM2.5可显著提高武汉大气能见度。预报试验表明,基于神经网络方法建立大气能见度非线性预报模型是可行的,预报能见度相关系数为0.86,均方根误差为1.9 km,能见度≤10 km的TS评分为0.92。网络模型具有较高预报性能,对霾的判别有较高准确性,为衔接区域环境气象数值预报模式,建立大气能见度精细化动力统计模型提供参考依据。      

桂林城区大气能见度与颗粒物浓度和气象因子关系研究

利用2015年1月至2017年6月桂林国家基本气象站能见度、相对湿度、气温、气压、降水等气象要素和PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0颗粒物质量浓度资料,分析桂林城区大气能见度与颗粒物浓度和气象因子之间关系。结果表明：桂林城区大气能见度和PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0呈对数关系,相关系数分别为-0.341、-0.461、-0.509,颗粒物对大气能见度影响在相对湿度为60%—70%时最为显著。在各气象因子中,大气能见度与风速的相关性最好,其次为相对湿度,与风速呈二次函数关系,与相对湿度呈幂指数关系,与温度相关性较小,与气压在秋冬季节呈正相关,相关系数冬季可达0.301,但在春、夏季节相关性不显著;利用颗粒物浓度和气象要素建立8种大气能见度非线性统计回归模型,比较后发现利用PM_1.0、风速、相对湿度、气温等因子建立的不同季节大气能见度拟合公式在实际检验中效果最优,能较好地模拟桂林地区大气能见度的变化。     

喀什地区浮尘天气特征及一次重污染天气成因分析

根据1961—2018年喀什地区9个国家站浮尘日数逐日观测资料,利用气候学统计、M-K突变检验等方法分析喀什地区浮尘日数的时空分布等气候特征,分析2019年3月19—25日喀什地区出现的强浮尘造成的重污染天气成因。结果表明:喀什地区年平均浮尘日数为71 d,浮尘日数总体呈减少趋势,并于1997年前后发生了显著减少性突变。2019年3月19—25日出现的强浮尘天气过程,持续时间长,影响范围广,乌拉尔山高压脊发展,脊前横槽转竖,在新疆东部回流东灌冷空气是造成此次沙尘过程的天气背景。浮尘天气造成21—24日喀什地区空气污染指数AQI指达500,属严重污染,首要污染物PM_(2.5)和PM_(10)在21日、22日达到峰值,分别为494、1 175μg/m~3。热力、动力条件以及近地面存在逆温层均不利于污染物的扩散。污染过程前后喀什市本站气压与PM_(10)、PM_(2.5)浓度均呈正相关,相关系数为0.762、0.507,均通过0.05显著性水平检验;气温与PM_(10)浓度呈负相关,与PM_(2.5)相关性不明显;相对湿度跟PM10和PM2.5呈正相关,表明气象因子在大气污染过程中对大气环境影响明显。