北京地区一次典型大雾天气过程的边界层特征分析

利用中国科学院大气物理研究所325 m铁塔15层风、温、湿梯度观测资料和3层超声资料,对2002年12月1~4日发生在北京地区的持续大雾天气过程进行近地面层大气边界层特征分析。结果表明,近地面大气边界层较大的相对湿度(70%)、较小的风速(3.0 m.s-1)和风速垂直切变(0.02 s-1)、稳定的层结结构以及较低的气温是北京持续大雾天气形成的主要原因。冷空气的侵入使得边界层相对湿度迅速减小,风速和风速垂直切变增大,破坏近地面大气边界层的结构,导致大雾的消散。分析还发现,大雾的维持与消散主要受风场等动力因素的影响,热力层结是大雾维持和消散的必要条件。冷空气的侵入自上而下影响平均风场,而对湍流风场的影响则是自下而上的。尺度分析结果表明,大雾期间,近地面边界层内中尺度动量通量和感热通量都大于湍流尺度的,中尺度动量通量与平均风速基本呈反相关;冷空气的侵入使得湍流通量显著加强,是导致大雾天气消失的主要原因。     

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     

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。      

雾霾天气个例气象条件对比分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和L波段探空资料从环流形势、扩散条件和边界层特征3个方面对2013年两次雾、霾天气个例进行对比分析,结果表明:500hPa西北气流冷平流、地面弱风场、垂直速度呈弱上升-下沉的垂直分层特点和逆温是两次雾、霾天气出现和维持的共同特征。地面西北风、850hPa弱冷平流、近地层浅薄的接地逆温(100~200m)和湿层与霾天气对应,地面偏东风、850hPa暖平流、925hPa以下深厚的悬浮逆温(400m)和湿层与雾天气对应,霾过程较雾过程逆温强度强,上升运动高度高。消散时雾较霾下沉运动中心高度低,强度弱;霾消散时接地逆温特征变化不大,雾消散时悬浮逆温有底部抬升和大气稳定层结向中性层结转变的变化特征;但均有下沉气流接地、垂直风切变较强和高层低露点干空气下传到地面的特点。     

汉中市一次连续空气污染过程的气象条件分析

利用汉中市环境监测站提供的空气污染资料和同期气象资料对2007年12月17—26日汉中市城区连续空气污染过程进行分析。结果表明,高空受高脊影响或平直西风气流控制,大气层结稳定,不利污染物垂直扩散;地面处于弱高压底部或均压场中,水平风速较小,不利污染物的水平扩散;近地层逆温更易造成地面空气污染;空气污染指数的变化与风速、气温日较差密切相关,相关系数分别为-0.59、0.85。     

北京地区重空气污染天气分型及个例分析

利用2008年1月至2014年12月北京地区高空和地面气象观测资料及逐日大气成分监测数据,对北京地区空气质量≥5级重空气污染的持续时间、500 hPa高空环流形势、地面气压场及相应的边界层结构特征进行了统计分析。结果表明:2008年1月至2014年12月北京地区发生重空气污染时500 hPa以纬向环流为主,占重空气污染总日数的58.4%。从地面气压场来看,低压辐合区型重空气污染出现频率最高,为38.3%;其次为高压后部型重空气污染,出现频率为18.8%。北京地区出现重空气污染天气时500 hPa多为纬向环流,850 hPa为偏南暖平流,地面气压场为低压辐合区、高压后部、高压底部、弱气压场、高压前部、低压倒槽、弱高压、鞍型场及华北地形槽时均可出现重空气污染天气过程。配合以上天气形势,重空气污染天气出现时,边界层长时间存在逆温、低层风速较小且湿度大,并根据重污染天气特征建立了北京地区重空气污染概念模型。     

对大气污染因子——辐射逆温的讨论

随着现代工业技术的发展,城市和工业区污染的问题更多的受到人们的关心和重视,人们迫切要求了解造成大气污染的各种气象条件,如行星边界层内的温度场、风场、湿度场。其中辐射逆温生消、演变是影响近地面空气污染的重要气象因素。近地面逆温的存在限制了横向也限制了垂直向的湍流。因此,从烟囱中排放到逆温层中的污染物在其最初的浮力和垂直动能消失时,便停滞或随风移动污染近地面大气。为了减少工业发展而     

2015—2019年防城港市空气污染气象条件综合分析

对防城港市影响最大的首要空气污染物为PM_2.5和O₃,空气污染日主要集中在秋冬季。空气污染按500 hPa环流形势可分为西北气流型、偏西气流型及西南气流型;按地面气压场可分为冷高压脊型、均压型、高压后部低压前部型。在无境外输入的情况下,PM_2.5产生在风速小、气温较低、能见度小、湿度较大并且无降雨或降雨不明显的天气环境里,而O₃产生在高温、低湿、日照充足、风速较大和能见度好的天气环境里。在垂直运动方面,中低层的下沉气流利于空气污染物累积。在温度层结分布方面,700~850 hPa的低层存在的逆温层对PM_2.5浓度增加非常重要,近地面的逆温层对PM_2.5浓度增加的作用要比低层弱,而近地面的逆温层对O₃浓度的增加非常重要,但是低层的逆温却不重要。     

贵阳市两次空气污染过程的气象条件分析

利用环境空气质量指数(AQI)、降水量及大气环流场资料对2013年贵阳市2次空气污染过程进行分析,从天气形势和空气污染演变角度分析气象因子在其中的作用。结果表明,2次污染过程中动力和热力气象因子均为其维持和发展提供有利条件,但存在异同。相同之处在于:2次污染过程中贵阳市均处在地面静止锋后,地面风速较小,不利于近地面空气污染物向区域外的水平输送;2次污染过程中贵阳上空均处在高空脊前的异常下沉气流区,配合对流层中低层的异常水平风速垂直梯度减小,均利于减小大气的斜压性、减弱天气尺度扰动的发展,同时异常逆温层的存在使大气近地层更加稳定,均不利于空气污染物的垂直混合、向高空扩散,加强了污染物在近地面集聚。不同之处在于:2次污染期间贵阳市上空分别存在不同程度的低层单层逆温和中、低层双层逆温,逆温增强时段与污染最重时段相对应,逆温层的存在大大增强了大气层结稳定度,为污染过程的维持和发展提供有利的气象条件;2次污染过程中风场的三维特征对演变过程中逆温层的影响各异,第1次过程中对流层中层偏南风利于将南方的暖湿气流输送到贵阳市上空,利于逆温层的增温、增湿和发展、维持,而第2次过程中高、低空一致的偏北风,在近地层易形成冷垫、抬升暖空气,加强逆温层的维持和发展。     

2003年10月至11月初南宁市空气轻微污染成因分析

2003年10月下旬至11月初，南宁市出现了持续数日的间歇性空气轻微污染过程，本文从大气环流形势、天气条件、贴地层逆温等方面对南宁市这次间歇性空气轻微污染过程的成因进行了分析，得出了造成这次南宁市空气轻微污染过程的一些初步结果。造成南宁市这次空气间歇性轻微污染的主要原因，是南宁市的高空为西北或偏西气流影响，地面受冷高压或高压脊控制，天气以晴天为主，地面风速小，湿度低，     

2017年冬季长沙一次重度霾污染天气过程气象成因分析

利用空气质量监测资料、常规气象资料,根据气象条件的水平和垂直扩散能力,以及地面湿度和动力条件等分析了2017年1月27—29日长沙地区这次严重空气污染事件的污染特征。结果表明:污染发生时段,南支槽不断加深东移,槽前势力强盛的西南气流将孟加拉湾一带的水汽向长沙地区输送,进一步增加了该地区的空气湿度。同时,持续东移的脊前暖平流对长沙中低层大气增温有显著影响,为稳定的大气层结创造了有利条件。长沙处于弱高压的底后部,受大范围的弱鞍型场及均压场控制,地面有暖倒槽发展,且由于高压较弱,导致地面和低空的风速较小,不利于污染物的水平扩散,同时有利于夜间地面的辐射降温。稳定的大气环流形势为霾天气和严重污染提供了持续稳定的大气环境场,逆温结构和稳定温度层结在一定程度上减弱了大气在垂直方向上的湍流交换和热力对流,大气中的污染颗粒不易扩散,为此次污染事件的维持、加剧提供了重要的气象条件。长沙地区处在罗霄山脉和雪峰山脉之间的湘江故地,受周边地形阻挡的影响,污染物在下沉气流的控制下聚集到长沙地区后,很难通过水平输送离开,这也是造成此次霾污染的原因之一。     

南岭山地一次锋面浓雾过程的边界层结构分析

利用2001年3月上旬在南岭山地进行的综合野外观测资料,分析了有雾和无雾时的天气型和边界层风、温、湿结构特征。分析表明,冷空气影响期间出现的地面雾是低空湿度饱和区向地面扩展,云底接地形成的雾,锋面雾消散过程实质上为雾层底逐渐抬升离开地面的过程。边界层结构受天气系统的影响,锋面逆温结构对雾的维持有重要作用,单层强逆温结构有利于雾的发展和维持,多层(双层)弱逆温结构容易导致雾消散;出现雾与前期低空南风强劲,高空盛行西南或西南西气流,充分回暖增湿,导致整层空气湿度大有密切关系;浓雾维持期间,出现小到中雨时,雨强峰值时间段都出现能见度短时好转的现象,否则则反之,表明云雾中的微物理过程与能见度有密切关系。     

“13·12”西安重污染气象条件及影响因素

使用高分辨监测资料对2013年12月18—25日西安严重污染天气气象条件及影响因素进行分析。结果表明:严重污染期间,亚洲大陆中高纬度500 hPa呈一槽一脊经向环流型,陕西处于地面冷高压南部均压场控制下。空气质量转好时,高空锋区明显增强,地面冷锋快速东移、南压,边界层高度增大,近地层集聚污染物显著抬升。严重污染与非污染时段气象条件差异明显。除接地逆温外,近地层不同高度存在悬浮逆温,相对湿度呈湿-干-湿垂直分布,温湿条件有利于污染加强。严重污染属于以湿霾为主的重度霾天气,日平均能见度小于1.5 km,边界层高度小于0.7 km,郊区湿霾每日持续时间平均比市区长约5 h。严重污染期间,细颗粒物浓度远高于粗颗粒物,随时间增加趋势明显。颗粒物平均浓度在午后出现峰值,可能与边界层高度偏低、关中盆地地形因素密切相关,本地地面风场日变化对污染有加重效应。     

河北省夏季空气污染过程气象条件

利用NCEP再分析格点资料、常规观测资料,统计分析了2005-2007年7-9月河北省典型的10次空气污染过程与气象要素、天气系统的关系。结果表明:河北省夏季典型污染过程的主要天气类型与冬季环流形式差别较大,可分为纬向型、低压槽前型、副热带高压外围型等;空气污染过程发生日多以雾、霾天气为主,05:00-08:00时(北京时)的能见度最小,地面观测资料的温度露点差(T-T_d)小于等于3℃;高空无明显的垂直运动或系统性弱下沉运动,近地层弱气压场、风场,不利于空气中污染物的扩散;近地层存在逆温,稳定的层结使空气污染得以持续;过程后期,因冷空气活动产生降水,空气污染减弱、结束。     

关中特殊地形下气象条件对重污染天气的影响

摘要：利用空气质量监测资料、常规气象观测资料以及FNL（1°×1°、6 h间隔）再分析资料等,对2018年1月发生在陕西关中特殊地形下持续时间长、污染等级高、影响范围大的一次重污染天气过程进行天气学分析,结果表明：重污染持续期间500 hPa陕西关中中东部维持很弱的西西北气流或者平直西风气流,没有明显的冷暖平流影响;关中盆地山谷风转化与温度的日变化叠加,导致了PM25和PM10午后和前半夜的两个日变化峰值的出现;关中盆地北部有台塬、南部有秦岭,特殊的地形导致关中有秦岭背风坡的下沉气流、盆地地面辐合线和中低层逆温的形成,这些气象条件相互作用,促成近地层垂直上升运动、中层下沉运动垂直结构的维持,这是造成污染物累积的重要动力原因。850 hPa风速达到8 m/s以上、850 hPa附近的垂直风切变突增到06×10-2 s-1以上使得污染物浓度迅速减小。地面风速≤2 m/s、逆温层以下湿度为50%～75%也是关中盆地持续污染天气形成的有利条件。     

基于边界层精细化预报的乌鲁木齐2020年1月大气污染气象特征分析

基于CMA-GFS全球天气业务模式,采取拉格朗日空间插值算法,构建边界层要素精细化预报场,并结合PM_2.5监测数据、地面及探空气象观测数据,对乌鲁木齐2020年1月重污染期间的边界层气象特征进行分析。结果表明,乌鲁木齐重度及以上污染时次占分析时段的52.30%,污染时段大气水平和垂直扩散能力较清洁时段偏差约50%左右,PM_2.5粒子造成的消光作用增强是中度及以上污染等级能见度下降的主要原因。分析时段内大气边界层长时间维持逆温状态,接地逆温时次占逆温总时次的87.77%。当日逆温持续时间超过12 h时,日均PM_2.5质量浓度较其他时段偏高25.02%～30.76%。PM_2.5质量浓度为重度及严重污染等级时,首层逆温强度可达5.53℃/(100hPa)。混合层内外垂直风切变的增大可以改善大气垂直扩散条件,可在一定程度上降低PM_2.5质量浓度。与中度污染等级相比,重度及以上污染等级的气温日较差偏小0.5℃,逆温层顶底的温差偏大,表明高浓度的PM_2.5粒子在白天削...     

鄂东两次暴雨前后近地层物理量场异常特征分析

利用湖北黄石长江南岸50 m高铁塔的风梯度、超声风及气温、湿度观测资料,对2007年5月31日及7月1-2日两场暴雨前后近地层风温湿场和降水前湍流特征进行了计算分析,探索其异常变化特征,为进一步认识黄石地区强降水的近地面层物理过程提供依据。结果表明:(1)降水前温度下降,湿度上升,平均风向发生明显转变,水平风速与垂直气流速度在降水前出现显著增大;降水后,风向平缓变化,平均风速再次增大。(2)垂直气流速度在降水前频繁上下振荡,激发湍流活动。(3)降水前湍流动能增大,湍流动量通量和感热通量增大向上传递,湍流强度逐步增大。湍流动能最大值的出现早于湍流通量,湍流活动在临近降水时进一步加强。可见暴雨发生前后近地层风温湿场有明显的变化,降水前湍流活动增强。     

成都地区一次持续性污染过程天气特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料、地面气象观测资料,重点分析了2013年1月成都地区一次重污染天气过程的天气背景以及地面气象要素演变。结果表明:(1)此次持续的污染天气出现在高空为弱脊控制且位势高度场异常偏高,地面处于变性高压脊或均压场且近地面层风速较弱的静稳天气背景下。(2)产生此次高污染(高AQI)的地面气象条件为:地面冷高压逐渐变性,近地面温度升高,海平面气压降低,近地面相对湿度升高至80%左右,无降水或弱降水,能见度将降低至于10km以下,地面风速减弱。(3)中低层弱风速,弱的水平风垂直切变,700h Pa层附近和近地面层的逆温层,不利于污染物在垂直方向上的扩散,使得污染进一步加剧。      

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。     

2016年冬季安徽寿县地区两次重污染过程分析研究

利用2016年12月14日—2017年1月3日安徽寿县国家气候观象台大气边界层垂直探测资料、地面自动气象站资料、污染物浓度资料及天气图资料,对该地区两次重污染的积累和清除过程进行了分析,得到以下结论:1)两次重污染过程均起源于地面弱风(风速3 m/s)、高湿(相对湿度80%)等不利气象条件,导致污染物局地积累。再通过大风、降水、大雾过程等有利的扩散、沉降条件,对污染物进行清除。2)天气形势在重污染积累过程中起到了重要作用。主要特征表现为,高低空层结稳定,且低空处于湿区内部,多受暖舌控制或伴有暖平流。第一次重污染清除过程中,控制寿县地区的天气系统逐渐转变为低压,风向转为偏东风,并伴有降水天气。第二次污染物清除过程,则是大雾湿沉降和逆温层消除共同导致。3)重污染积累过程中边界层高度均偏低,最大高度也仅为500 m,对污染物垂直扩散范围有所限制,进而影响局地污染物浓度。重污染过程逆温现象多发,近地层逆温主要发生在夜间和清晨,逆温强度最强可达3℃/(100 m),污染物在逆温层低层和底部之下堆积。