关中一次重污染天气过程气象特征分析

利用常规观测资料、风廓线资料、PM2.5质量浓度资料及HYSPLIT-4模式,对2016年12月31日—2017年1月6日陕西关中盆地一次霾重污染天气过程的气象特征进行了分析。结果表明:此次过程发生在500hPa纬向平直气流、地面东高西低的典型环流形势下,稳定的大气层结和边界层逆温强烈抑制了污染物的垂直扩散;边界层风场存在500m之下的偏南风、500~1 000m偏北风和1~1.5km的纬向小风速区的三层结构特征,弱偏南风的水汽输送、弱对流不稳定和中高层的弱纬向风的阻挡,使得污染物在边界层内充分混合并堆积。污染物质量浓度与低层风关系密切,当低层为弱偏南风时,相对湿度逐渐上升,PM2.5质量浓度升高;反之,当气流转为偏北风时,相对湿度明显下降,PM2.5质量浓度降低。输送至西安的气团路径共有西北、偏南及本地路径三类,西北气流携带的大颗粒污染物、偏南气流的增湿效应及污染物的输送和本地污染源的叠加,共同造成了盆地的重污染天气的发生,其中直行偏南路径占比最高为38%,本地路径次之,占比25%。     

北京2013年1月严重霾天气过程的气象成因分析

利用常规观测资料、地面自动站资料及NCEP 1°×1°分析资料,结合边界层散度场的诊断分析,探讨了北京2013年1月严重霾天气过程的环流特征和气象成因。主要结论如下: 1)500 hPa为偏西气流,冷空气活动弱,无明显冷平流,对流层低层850 hPa及其以下风速小、冷空气活动偏弱,是霾天气的显著特征。2)边界层存在逆温和大气层结稳定是霾发生的另一重要条件,逆温层不仅可出现在边界层,有时也出现在对流层低层850 hPa 附近。3)边界层存在弱辐合中心是霾形成的重要条件,特别是在区域性污染的情况下,边界层辐合可使霾因区域性污染物的输送汇聚而加重。4)偏东风对霾形成和加重具有重要作用,主要表现为风速一般较小,在边界层形成暖平流结构,易形成逆温,增加边界层相对湿度和维持边界层辐合,配合北京西部山地特殊地形,使污染物积累,最终通过增大污染物浓度及增大边界层相对湿度,造成大气水平能见度严重降低。5）1月10—14日霾天气过程主要是在边界层有弱辐合而相对湿度较低的条件下形成的,而27—31日过程主要发生在边界层相对湿度较高的条件下。     

高原上空纬向环流的季节突变现象

利用1951—2012年NCEP/NCAR全球2.5 °×2.5 °日平均再分析风场及温度场资料,分析高原季风区纬向环流的季节突变现象,并探讨季节突变的主要成因。结果表明：(1) 由冬季环流型向夏季环流型转变时,纬向环流表现为零速度线突然北跳,东风带持续加强北进,西风急流突然消失;反之亦然。(2) 600 hPa零速度线指数可作为纬向环流冬夏转换的判据。20 °N为临界值,零线于20 °N以北,高原上空为夏季环流型,20 °N以南则为冬季环流型。冬夏转换的突变时间分别为31候和59候。(3) 纬向环流季节突变的主要原因是高原的热力作用,随着6月高原加热增强,高原及其南部上升气流增强,形成了高原至低纬地区的季风环流圈,使得高原南部东风气流加强,迫使西风急流北退,完成了冬季环流型向夏季环流型的转变。10月高原加热作用减弱,高原至低纬地区的Hadley环流重新出现,西风急流逐渐增强,纬向环流转变为冬季环流型。     

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。     

2021年陕西极端秋雨事件环流特征及成因

利用国家气候中心提供的88项环流指数资料、 陕西省101个气象站逐日降水资料、NCEP/NCAR 25°×25°逐日再分析资料,分析了2021年陕西极端秋雨期间的大气环流特征及成因,结果表明：持续受冷暖气流共同影响,陕西出现了长达52 d的秋雨事件,秋雨出现早、结束晚,呈现自北向南增多的空间分布特征,较气候态降水量异常偏大;500 hPa高度场距平在中高纬“东高西低”的环流分布形态和巴尔喀什湖到贝加尔湖地区的显著负异常区,有利于引导高空槽底部分裂冷空气南下;低纬度异常偏强、偏西、偏大的副热带高压有利于外围暖湿气流向西北地区东部输送水汽和能量;850 hPa风场上东北地区东部存在的异常反气旋环流引导偏东路径的冷湿气流与来自孟加拉湾、南海及西北太平洋的充沛暖湿气流在西北地区形成水汽汇,造成陕西降水偏多;陕西持续位于40°N的高空急流入口区南侧,具备高空辐散、低层辐合的有利动力条件;稳定维持在105°E～110°E的θse能量锋区,多次受弱冷空气侵入,是导致秋雨中出现暴雨的主要原因。     

陕西关中两次霾重污染过程气象条件分析

应用常规观测资料、污染物浓度资料和NCEP 1°×1°再分析资料从环流形势、边界层特征和扩散条件等方面对2013年和2016年两次持续性霾重污染过程进行对比分析。结果表明:①2013年过程和2016年过程在500hPa高空上分别为阻塞环流型和纬向环流型,关中地区受偏西气流影响、地面气压场较弱、大气层结均比较稳定;②2013年过程西安贴地逆温层顶高度低、相对湿度大、气温低、不利于大气垂直湍流交换,污染物容易堆积,这也是2013年过程比2016年过程重污染持续时间长、污染浓度高的原因之一;③两次过程西安平均风速均小于2m/s,具有显著的低风速特征,且东北风为其主导风向。持续东北风引起上游污染传输和低风速导致的本地污染累积是造成2013年过程污染浓度更高的重要因素;④2013年过程结束是受强冷空气影响,来自高空的干洁大气下沉到地面,置换了边界层的污染空气,使空气质量得到根本改善;而2016年过程是受高原槽东移影响,雨雪天气的沉降作用使得霾消散。     

1999—2008年夏季华北冷涡的异常特征

利用1999—2008年5—8月中国160站月平均气温资料、每日2次的MICAPS资料及每日4次的NCEP 1°×1°资料,通过定义一个夏季华北冷涡强度指数(NCCVI),研究了夏季华北冷涡异常年西太平洋副高、东亚季风、高空急流及低层垂直运动的异常特征。结果表明：夏季NCCVI异常强年500 hPa上贝加尔湖地区有气旋性环流发展,从贝加尔湖至我国华北地区为一显著的高空槽所控制,冷空气较活跃并随槽后引导气流扩散南下影响华北地区。对流层各层偏暖湿,200 hPa上高空急流偏强,700 hPa上高纬冷涡后部偏北气流加强,低纬偏南气流加强,冷暖空气在华北交汇,华北和东北地区低层上升运动发展。同期副热带高压偏强,位置略偏南;东亚夏季风偏强, 加强了水汽输送。夏季NCCVI异常弱年相反。     

宣城市大气污染与气象分析

用 2003-2005 年宣城市环境保护监测中心PM10、NO2、SO2自动监测资料、宣城市气象台地面观测资料和美国NCEP/NCAR全球日平均再分析资料,分析了宣城市区空气污染浓度、典型大气持续高污染过程形成的气象条件.结果表明,PM10、SO2平均浓度从春季到冬季逐渐增大,NO2平均浓度冬季明显偏小;PM10、NO2、SO2浓度存在准12 d周期变化.典型大气持续高污染过程的环流形势是500 hPa沿海为低槽,槽后为弱冷平流区;地面为宽广的均压区.1000～925 hPa主要为下沉气流;且上层增温明显大于低层,气层稳定度增大,这两种因素均使污染物扩散受阻;1000～700 hPa各层风力微弱,不能将污染物输送至远处,造成污染大气长时间维持.     

漯河一次持续性重污染过程成因及传输特征分析

利用常规气象资料、颗粒物观测数据、NCEP 1°×1°分析资料、GDAS 1°×1°数据、激光雷达资料等,对2018年11月下旬河南漯河一次连续重污染天气过程成因与污染物传输特征进行了分析。结果表明:(1)本次污染与天气形势关系密切,前期受静稳纬向环流和地面均压场影响,有利污染积累;中期高空槽与地面变性高压引导弱冷空气东移南下,产生滞留效应,污染物迅速增加;后期因低层东路冷空气扩散与静稳形势恢复,污染继续积累增长,形成连续性重污染。(2)PM_(2.5)造成重污染时因辐射逆温持续稳定,导致污染加剧;PM_(10)重污染时因逆温层减弱消失,有利污染物输送沉降;混合重污染时因近地层湍流混合加强形成逆温,污染持续发展。(3)本次重污染天气主要有5条传输路径,西南路径和偏东路径污染比例较高,其轨迹短,高度在900 hPa以下,对PM_(2.5)近距离输送作用明显;西北路径和偏北路轨迹长,起始高度在700—600 hPa之间,高空中远距离输送以PM_(10)为主。(4)受静稳条件和近地层高湿影响,高消光带维持在600 m以下,较低边界层抑制垂直扩散,导致污染细颗粒物与沙尘积累并长时间共存。(5)本次重污染是本地污染累积和高空外源污染输送共同影响。除漯河本地污染贡献较高外,高潜在源区主要集中河南西南部、东北部以及与山东交界处,这也是本次持续性污染发展的重要原因。(6)重污染时地面偏北风占主导,其他方向风速较小,有利形成污染辐合以及污染物二次转化并加剧污染。     

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。     

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。     

2012年春末昆明大暴雨的中尺度对流系统特征分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR逐6 h 1°×1°再分析资料、FY 2E红外云图TBB资料、昆明C波段多普勒雷达探测资料,结合中尺度数值模式的模拟结果,分析了2012年5月24日晚昆明大暴雨期间中尺度对流系统演变特征及形成机理。结果表明,此次大暴雨是在高低空系统最佳配置下产生的。降水峰值出现时,低层增暖湿,从地面到500 hPa呈显著的对流性不稳定层结,700～500 hPa垂直风切变达14 m·s-1。纬向结构上,暴雨中心低层东风增强,300 hPa以下纬向风辐合,中心强度为-28×10-5 s-1,150 hPa以下上升气流中心强度为21 m·s-1,近地面水汽通量辐合为-20×10-5 g·hPa-1·s-1·cm-2;经向上,暴雨中心500 hPa以下南风风速辐合,上升气流增强,强度与纬向一致,低层水汽通量辐合中心强度为-30×10-5 g·hPa-1·s-1·cm-2,强于纬向水汽通量辐合。此外大暴雨中地形对南风的强迫也是显著的,抬升速度在0.4~1.0 m·s-1。这次强降水分为初始、加强、回落和衰减四个阶段,昆明近地层浅薄冷空气加强时,引发其东侧对流单体移向昆明,强降水发生;然后南风出现脉动,局地湿层增厚和垂直风切变加大,促使对流单体两度增强并出现降水峰值;第三次峰值则是弱南风脉动及对流单体合并所造成,由于移入的单体较之原地发展的单体弱得多,原地单体作用的降水峰值也明显小于前面两次。对流降水回波属于暖云性质的热带低质心降水回波。     

影响武汉市空气污染的地面环流形势及其与污染物浓度的关系

利用Lamb-Jenkinson客观环流分型法,分析2004—2013年影响武汉地区的主要地面环流型及其特点,并探讨环流型与污染物浓度之间的关系。结果表明,影响武汉地区的主要地面环流型有反气旋型(A)、气旋型(C)、偏东风型(E)、高压系统控制的偏东风型(AE)、偏东北风型(NE)及东南风型(SE)。秋、冬季以A、AE、E型为主,春季A、C、E型出现频率最高,夏季则C、E型出现次数最多。空气污染日出现的主要地面环流型有A、AE、E、SE、C及NE型,影响各季节出现污染的主要环流型不同,其中C型主要出现在春、夏季,表现为被弱低压控制;而中度及以上污染日的地面环流型主要为A、SE、E及AE型,受高压系统或偏东风影响时,高浓度污染较易出现。环流型对各种污染物浓度的影响程度存在差异。     

四川盆地南部一次持续性雾霾过程的特征及成因分析

本文利用常规气象资料、NCEP (1°×1°)再分析资料和环监站实时监测数据,分析了2017年12月四川盆地南部一次持续性雾霾的气象特征和增强机制。结果表明:(1)中高纬平直纬向环流、低层弱偏南偏东气流、地面均压场组成的静稳天气长时间维持为雾霾天气的形成和维持提供了有利的环流背景条件。(2)上干下湿、逆温明显的大气稳定层结,连续无降水、近地层高湿和较弱的风场提供有利的气象要素条件。(3)低层弱冷平流、上层暖平流促进稳定层结长时间维持和近地层水汽凝结作用加强,为雾霾天气的增强和持续起到了重要作用。(4)冷空气、降水,水平和垂直扩散能力增强是空气污染物浓度降低的重要条件。      

2014年12月26—30日呼和浩特市连续重污染过程分析

利用国家环保局数据中心提供的呼和浩特市逐日逐时空气质量等级和首要污染物数据,结合高低空天气形势变化和地面风速数据,对呼和浩特市2014年12月26—30日发生的空气持续重污染过程的形成及维持进行了分析。结果表明,此次呼和浩特市连续重污染过程的首要污染物主要是PM2.5,其次是PM10,污染属于"细颗粒物污染";污染过程的日变化特点为夜间污染较白天污染要重,全天变化呈现明显的"双峰双谷"特点;污染过程的天气特点归纳为:地面形势处于高压前部的弱风场内,高空500h Pa基本为平直纬向环流,低层850h Pa温度场先后表现为暖舌区和平直区,本次污染过程属于"静稳气象条件"下产生的污染过程。     

开封市空气重污染典型天气背景分析与潜势预报模型研究

利用2014-2016年高空、地面气象资料和大气环境监测资料,对开封市空气重污染日持续时间和发生月份特征、 500 hPa高空环流和地面气压场形势、污染物浓度与气象要素的相关性和分布特征进行了统计分析。结果表明:开封市重污染日主要发生在11月至次年1月,重污染日的首要污染物为PM_(2.5)和PM_(10),出现频率分别为97%和3%;秋冬季重污染常具有连续性,连续1～2天的重污染累计频率为44%,连续3～6天的累计频率达到56%。发生重污染时500 hPa形势主要分为平直纬向环流型、低槽型和西北气流型,出现频率分别为47%、43%和10%;地面气压场形势主要分为高压前部型、均压场型、低压南部型、倒槽型和东高西低型,其中高压前部型出现频率最高,达63.4%,其次均压场型占18.3%,其他3种类型出现频率都在5%～7%。重污染日逆温层高度主要分布在925-1000 hPa,但当逆温层高度达到850 hPa时,其发生重污染的概率达到40%;重污染日850-925 hPa风速多在10m·s~(-1)以下,1000 hPa风速多在5 m·s~(-1)以下,地面早晚间风速多为1～3 m·s~(-1);地面早晚间相对湿度主要分布在60%～90%。根据统计结果,选取低层风速、逆温、地面风速、地面相对湿度、云量等作为预报因子,应用"配料"法,建立6个空气重污染潜势预报模型。经检验评估,24-72 h模型预测准确率达到85%以上。     

2020年西双版纳持续重霾天气成因和来源分析

利用常规气象观测资料、环境监测站点的空气污染物浓度监测资料、欧洲中心(ECMWF)提供的ERA-5逐时0.25°×0.25°再分析资料和NOAA研发的Hysplit后向轨迹模式,分析了 2020年3月29日-4月5日低纬高原的西双版纳地区持续性重度霾空气污染事件的特征、气象成因和污染物颗粒主要来源。结果表明：（1）重度霾污染期间,AQI值及PM2.5浓度值有显著日变化特征,表现为白天低、夜间高。（2）冷空气势力偏弱,脊前暖平流使中低层大气增温,有利于西双版纳地区大气层结的稳定,无明显水汽输送带,整个过程空气湿度较低,连续8天重度霾污染并未出现传统上高湿的气象霾特征。稳定的大气层结和逆温层的存在削弱了大气在垂直方向上的对流交换。（3）受均压场控制,地面和低空风速小,较低的混合层厚度和较小的通风系数等共同作用,使得污染物颗粒在水平和垂直方向上扩散受到抑制,导致污染物颗粒聚集。（4）各污染物浓度值与MODIS/Terra卫星反演东南亚境外火源点数有显著相关性,其中火源点个数与AQI正相关高达0.5。（5）由Hysplit后向轨迹模式表明此次重霾污染过程中颗粒物可能来源主要是缅甸马圭、曼德勒和东枝境外的输入型累积传输。西双版纳位于低纬高原地区,受地形影响,污染物积聚在景洪城区及周边澜沧江河谷地带之后,很难通过水平输送离开,这是也是造成此次连续重度霾污染事件的重要原因。     

乌鲁木齐重污染日的天气分型和边界层结构特征研究

利用2004年1月-2009年4月高空、地面气象观测资料和逐日空气污染指数,对乌鲁木齐空气污染≥Ⅳ级的重污染日持续时间特征、500hPa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,乌鲁木齐重污染过程发生1天和持续2,3和4天的比例分别是32.2%,23.3%,18.5%和11.0%;发生重污染时500hPa以纬向环流型居多,占重污染总日数的84.2%,经向环流型为15.8%。从地面气压场来看,高压后部型出现重污染的频率最高,达86.3%;高压底部型次之,为9.6%;高压前部型和南高北低型出现重污染的几率较小。乌鲁木齐冬季Ⅲ级污染日对应的温度、湿度及风等要素廓线的垂直结构与冬季平均状况几乎一致,而重污染出现时,边界层逆温较强、风速较低且低空伴随有较厚的偏东风或东南风气流;重污染日和雾的关系密切,伴随有雾或轻雾的频率高达81.3%;前一日20:00(北京时)上干下湿并伴有逆温的边界层结构极易导致空气质量恶化。     

东亚及西太平洋地区大气流场的演变

本文根据1873—1960年的历史天气图,通过地转风方程,计算了东亚及西太平洋地区(105°—180°E,20°—60°N)历年1月和7月的净余纬向输送和净余经向输送。并以此为基础,提出区域环流指数I_ω ,I_S作为研究本地区环流特征的历史演变工具。分析指出:本地区的环流演变和大西洋欧洲地区一样,自本世纪以来环流活动一直在加强;其中以经向环流的加强最为明显,纬向环流的加强在本世纪初有些凌乱现象。至上世纪末的环流活动,显然比本世纪初要强得多。在环流加强的过程中,必然有波动式的起伏,但本文在这方面还未做深入的研究。文章最后指出:本地区的环流活动,在最近10多年来已渐变弱了。 根据验证,区域环流指数I_ω,I_S确实反映了大气流场的客观特征,作者认为这是用地面天气图研究中低纬度环流演变的良好工具。     

哈尔滨秋季一次持续性重污染过程分析

利用气象与环境监测数据,结合后向轨迹和秸秆焚烧火点监测资料,从环流形势、气象要素、污染源和污染传输特征等方面,对哈尔滨2017年10月18-20日持续性重污染天气过程进行分析。结果表明：这次重污染过程连续48 h为重度或严重污染,首要颗粒物为PM_2.5,PM_2.5平均浓度为438 μg·m^-3,局地PM_2.5浓度高达1487 μg·m^-3。重污染过程分为两个阶段,每个阶段主要污染物呈双峰分布。在重污染过程中,高空环流平直,浅槽前暖平流占主导地位,地面为弱低压均压场控制。地面风速小,平均风速仅为1.5 m·s^-1,风速≤ 1.5 m·s^-1静小风频率为71%,风场辐合,有利于污染物积聚。在重污染发展的过程中,地面相对湿度（RH）增大有利于颗粒物吸湿增长和污染加剧;在重污染减弱的过程中,PM_2.5浓度减少至每阶段谷值时间比RH减小至谷值时间滞后4-5 h。在边界层内有逆温层顶高为200 m左右、逆温强度>2.0℃·（100 m）^-1的贴地逆温层,层结稳定,垂直扩散条件差。污染物主要来源于秸秆焚烧,其次来源于取暖燃煤。静稳气象条件下本地污染物积累叠加远距离较高浓度的秸秆焚烧污染物输送导致哈尔滨这次重污染过程。