我国大气污染物远距离传输的估计——Ⅰ:轨迹分析

根据1979年1,4,7和10月的1500m高度的测风资料,利用二维流场,计算了通过北京、西安、兰州等10个城市空气块的轨迹。依据轨迹及其终点的分布讨论了不同季节对上述这些城市有影响的污染物的来向及以这些城市为源地的污染物的远距离输送问题。     

贵州安顺市PM2.5气象输送条件及贡献源空间分布

利用贵州省安顺市2015—2019年大气污染物资料和气象资料,分析安顺市空气质量特征和主要大气污染物特征,通过TrajStat软件中HYSPLIT模型的后向轨迹模式,结合GDAS气象数据、PM_2.5浓度,分析不同季节输送途径及其污染轨迹,采用潜在源贡献作用和浓度权重轨迹分析方法,分析研究期内所有PM_2.5污染日（PM_2.5日浓度高于75 μg·m^-3）输送轨迹垂直与水平方向分布特征。结果表明: PM_2.5是安顺城区主要大气污染物,冬季输送污染轨迹占比较大,输送方向主要为贵州东北方向、偏南方向; 污染日PM_2.5输送路径以贵州东北方向近距离输送为主,该类轨迹基本分布在880—980 hPa高度; 潜在源高值区主要集中在贵阳整个地区、毕节织金县、黔西市、金沙县等,高贡献值区主要集中在安顺紫云县、镇宁县、毕节织金县、大方县等。     

基于PSCF与CWT方法的赣江新区大气污染物潜在源区个例分析

利用TrajStat软件和GDAS全球同化气象数据,对江西省赣江新区2011—2020年四季72 h气团后向轨迹进行聚类分析,并结合PM2.5和O3逐小时浓度数据,运用潜在源贡献因子分析法（PSCF）和浓度权重轨迹分析法（CWT）分析了2016年12月2—10日一次污染天气过程中大气污染物输送对赣江新区上空污染物浓度的贡献。结果表明,赣江新区2011—2020年四季气团后向轨迹中占比最大的均为短支气流,其中春季的短支气流来源于东侧,其他季节均来源于东北方向的安徽省,夏季和冬季的长支气流与季风的季节性变化一致。在2016年12月2—10日的污染天气过程中,赣江新区的PM2.5潜在源区主要分布于江西省北部、湖北省东南部,O3潜在源区主要分布于江西省北部、湖北省南部和湖南省东北小部分地区;同时天气形势显示,赣江新区处在槽后脊前,湖北省东南部存在偏强西北风,为大气污染物向赣江新区的输送创造了条件。     

中国沿海城市的气块后向轨迹分析

该文讨论了大连、青岛、上海、福州、厦门和广州６个沿海城市的气块长距离后向输送轨迹。输送层假设在１５００ｍ上，计算了１９８５年１、４、７、１０月份的轨迹，轨迹分析得出：（１）气块后向轨迹与天气形势和季节有关，且南北方有差异；（２）北方沿海城市的７２小时气块后向轨迹输送距离要比南方沿海城市远些。     

中国沿海城市的气块后向轨迹分析

该文讨论了大连、青岛、上海、福州、厦门和广州６个沿海城市的气块长距离后向输送轨迹。输送层假设在１５００ｍ上。计算了１９８５年１、４、７、１０月份的轨迹。轨迹分析得出：①气块后向轨迹与天气形势和季节有关，且南北方有差异；②北方沿海城市的７２小时气块后向轨迹输送距离要比南方沿海城市远些。     

气流输送对北京大气污染物体积分数的影响

利用HYSPLIT后向轨迹模式和2004年8月—2007年12月NCEP再分析气象资料,计算每天15:00抵达北京地区10、100和500m高度上的后向气流轨迹.对整个研究时段、采暖季和非采暖季期间的后向气流轨迹分别进行聚类分析,得到这3个时段到达北京地区的主要后向气流轨迹聚类.其中整个研究时段的后向气流轨迹分成3个聚类,采暖季和非采暖季的后向气流轨迹都分成5个聚类.结合各段时间中国科学院大气物理研究所观测的大气污染物体积分数资料,分析不同时段气流输送作用对北京主要大气污染物体积分数的影响.发现采暖季和非采暖季北京气体污染物体积分数高值主要集中在来自风速较小的西北方气流聚类.采暖季污染物体积分数低值主要出现在偏北方向风速较大的后向气流轨迹聚类.非采暖季污染物体积分数低值主要出现在偏北低速气流聚类和西北向高速气流轨迹聚类中.从各时段污染物最值分布情况可以看出:在风速较大的后向气流轨迹聚类影响下,北京的污染物体积分数较低;途经了较严重工业排放地带的后向气流轨迹聚类会使北京气体污染物体积分数显著增高.此外,虽然非采暖季的大气污染物分布与气流输送的影响基本符合,但各聚类污染物分布结果与气流输送作用的影响存在偏差.     

珠江三角洲区域大气输送和扩散的季节特征

根据1985—2004年NCEP/NCAR再分析资料,采用HYSPLIT扩散模式和虚拟源方法,模拟分析了珠江三角洲大气污染物的空间和时间分布状况,初步讨论了珠江三角洲大气输送和扩散的季节特征,及其长期变化趋势。结果表明:珠江三角洲大气的输送和扩散有明显的季节变化特征,春、夏季大气污染物汇聚区位于珠江三角洲的西北侧,秋、冬季位于偏西侧;春、夏季的汇聚区明显强于秋、冬季。春、夏季大气分别向珠江三角洲西北和偏北方向的山区输送和扩散,而秋、冬季则沿着较为平坦的粤西海岸,向西南偏西方向输送和扩散。秋、冬季大气污染物的滞留时间明显比春、夏季短。1985—2004年大气输送和扩散能力存在年际差异,其中以2004年的输送和扩散能力最弱、1996年最强。     

输送对区域本底站痕量气体浓度的影响

利用HYSPLIT4轨迹模式计算了临安、上甸子和龙凤山区域大气本底站2005年7月-2007年6月的气块后向轨迹, 并通过聚类分析取得了各站点平均轨迹的空间分布和季节变化等结果。将各站点同期观测到的O₃, SO₂, NO_x和CO浓度通过滑动平均法去除季节变化, 取得其短期变化信号, 并将轨迹与这种短期变化信号对应, 比较真实地反映了排放源空间分布和轨迹移动特性对污染物浓度的影响。研究结果表明:移动高度高、速度快的气块不利于污染物积累, 对站点污染物起清除作用。但个别来自高空的轨迹会将富含O₃的气块输送到地面, 从而使站点O₃浓度升高。各站均有大约50%~60%的轨迹输送污染气块, 导致站点气体浓度升高。临安站的污染主要来自S-SW和N-SE扇区; 上甸子站的污染最主要来自SE-SW扇区, 其次来自N-SE和W-N扇区; 龙凤山的污染主要由来自S-WSW扇区。     

2003年7月4～7日淮河流域特大暴雨等熵位涡分析

利用等熵位涡理论对 2 0 0 3年江淮梅雨期 7月 4～ 7日淮河流域特大暴雨进行了天气动力诊断分析。发现 :等熵面上的西风急流将高位涡向下游输送 ,强西北气流穿越等压线形成强下沉气流 ,将高层和高纬的高等熵位涡向南输送 ,使得强降雨区维持高等熵位涡 ,是强雨带持续的重要原因。等熵位涡高值区与强暴雨有较好的对应关系 ,并具有预报指示意义     

2020年南昌市大气污染特征与潜在源区

基于南昌市大气环境监测、地面气象观料和GDAS等资料,主要采用后向轨迹聚类分析、潜在源贡献因子和浓度权重轨迹分析方法,分析了2020年南昌市大气污染特征和污染物潜在源区。结果表明:1)南昌市春、夏、秋季以O_(3)污染为主,冬季以PM_(2.5)污染为主。2)大气污染物质量浓度日变化具有明显的季节性特征,PM_(2.5)和PM_(10)在春、秋、冬季呈双峰形分布,NO_(2)在秋、冬季呈弱双峰形分布,春、夏季呈单峰分布,O_(3)呈单峰形分布。南昌市东部大气污染较西部更严重。3)南昌市气流输送季节差异明显,春、秋、冬季主要受偏北气流影响,夏季主要受偏南气流影响。本地源是南昌市大气污染的主要潜在源,安徽省南部、湖北省东部、上饶市西部和九江市的区域输送也有一定贡献。     

合肥市PM10 输送轨迹分类研究

应用聚类分析的方法,对2001—2005年合肥市逐日72 h后向轨迹按季节分类,结合PM10日均浓度观测资料,分析了不同输送轨迹与该地区PM10浓度之间的关系。结果表明:不同方向后向轨迹所对应的PM10平均浓度有明显不同;最高PM10平均浓度对应的后向轨迹在春、秋和冬季都是来自西北方向,它们与季节平均的相对距平分别为44%,20%和31%;夏季为东北方向,与季节平均的相对距平为20%;其次为本地轨迹,各季的相对距平分别为5%,16%,18%和17%。根据分析得出合肥地区6组易于出现高浓度PM10的后向轨迹及对应的天气形势,并简要分析了其特征。气溶胶的远程输送主要发生在自由大气层,区域输送主要发生在边界层内。合肥地区大气污染事件超过50%与远程输送有关。移动快的气团不一定对应低浓度的PM10。     

滇西南地区PM_(2.5)时空变化特征及其季节性增强的成因分析北大核心CSCD

利用CHAP PM_(2.5)、MODIS MCD19A2、ERA5再分析等数据集,以及SNPP/VIIRS卫星监测火点等数据,从污染物后向轨迹、环流形势、高低空动力结构配置等方面入手,采用最小二乘法等多种分析方法对滇西南地区年均和四季PM_(2.5)浓度时空分布及季节性突增的成因进行探究。结果表明:研究区PM_(2.5)浓度和气溶胶光学厚度空间分布均呈北低南高,东弱西强;PM_(2.5)浓度年内7月最低、3月最高。2—4月稳定的污染源输送造成研究区春季PM_(2.5)浓度值高且波动较其余季节小,但变化百分率空间分布差异更明显;近20年PM_(2.5)浓度变化百分率减少程度以-30%~—20%居多,夏、秋、冬季变化百分率则以小于-30%为主。研究区紧邻的缅甸东部和老挝北部一年中超过90%的火点发生在2—4月,在偏西气流引导下,途经高火点区的偏西向(西南向)污染物短距离输送,在上空中低层辐散的动力作用下造成下沉,致使研究区PM_(2.5)浓度季节性升高。较大范围利于污染物扩散的气象条件和更多降水的清洗,可减少境外大气污染物输送对滇西南地区PM_(2.5)污染的贡献。关键区境外火点数变化对PM_(2.5)浓度及气溶胶光学厚度的影响表现为显著正相关,且其对PM_(2.5)的影响滞后于火点数变化2天左右,二者相关程度由南向北逐渐减弱。     

我国南昌地区若干污染物干沉降速度的测量

我国南昌地区若干污染物干沉降速度的测量毛节泰，胡新章（北京大学地球物理系，１００８７１）１前言排放到大气中的气体和颗粒污染物通过干、湿沉降被迁移到地表，这是大气污染物循环的一个重要环节。干沉降是大气污染物在无降水条件下向地表的输送过程，它与湿沉降有同...     

影响北京的一例沙尘天气过程的起沙沉降及输送路径分析

本文选取2012年4月27-28日影响北京的一次沙尘天气过程进行分析,发现在本次过程中,沙源地区的沙尘暴主要发生在地面冷锋和500 hPa槽后,在近地层强烈的感热加热与中低层冷平流的共同作用下,形成了不稳定层结及深厚的混合层,最高可达600 hPa,是沙尘天气能够影响下游地区的重要条件。本文还通过分析等熵混合层厚度变化及其平流过程来追踪沙尘天气的输送路径和定位沉降地,发现本次过程有两种传输路径,一种是沿辽宁北部向东而后转向东北方向,主要沿等熵混合层平流向下游移动,之后随着等熵混合层的接地沉降到近地层,该路径影响高度较高;另一种是沿辽宁南部向东南方向移动,混合层平流较清楚,但沉降时与东北路径明显不同,在辽东半岛东部地面辐散气流及下沉运动的作用下发生沉降,并随冷锋后冷高压南侧的东风回流向西输送影响北京地区。另外,由于混合层之上的稳定层明显下压,使沙尘输送高度偏低。运用HYSPLIT模式模拟的前、后向轨迹证实了上述两种输送路径,表明北京的扬沙天气是由东风回流造成的。     

荆门市冬季PM2.5传输轨迹及潜在源分析

对2015年3月至2018年2月共36个月荆门市PM2.5浓度值按月和季节作特征分析，利用HYSPLIT轨迹模型对污染最为严重的冬季进行后向48h气团轨迹模拟。结果表明：PM2.5月均浓度表现为1月最高，达到107μg/m3，7月最低，为30μg/m3，冬季平均值为92μg/m3，显著高于其它季节，并且冬季高浓度PM2.5主要与本地地面5—11m/s的偏北（N、NNE）大风伴随出现；气团轨迹分为西南、东北、西北三个路径，近地面传输的东北路径和高空传输的西南路径气团均引起PM2.5浓度升高，而西北路径气团整体上对污染物具有一定清除作用；东北路径方向的河南以及靠近荆门市的西北、西南向地区为48h的潜在源贡献大值区。在通过气象条件定性判断荆门未来的PM2.5浓度变化时，因东北路径近地面传输的特性，应关注上游潜在源区内地面站点PM2.5的浓度值；对于高空传输的西南路径，应关注高空水汽的输送情况，以及轨迹高度下降地区即水汽的沉降区是否在潜在源区；西北路径为干冷空气的高空传输，在较接近荆门时轨迹高度才开始明显下降，应关注西北方向近距离潜在源区的地面站点PM2.5的浓度值。     

运城盆地秋冬季PM2.5传输特征和源区分析

利用2017-2019年空气质量监测数据，采用HYSPLIT后向轨迹模式、聚类分析、潜在源贡献因子分析法（PSCF）和浓度权重轨迹分析法（CWT），对运城市秋冬季大气PM2.5传输路径、对应重污染的天气形势和潜在源区进行分析。结果表明：（1）运城近地层盛行偏东风时污染频率高，弱的偏东风和西南风时，污染物浓度较大。秋冬季PM2.5后向轨迹西北方向最多达53.53%，偏东方向最少为11.25%，偏西方向和西南方向介于两者之间，分别为16.61%和12.06%。（2）不同轨迹对应天气形势不同，西北和偏西轨迹下，500 hPa高度场上为两槽一脊或偏西气流，700～850 hPa受脊前西北气流影响，地面为高压前底部型或均压场型；西南轨迹下，500 hPa高度场上为偏西气流，700～850 hPa运城处于槽前西南气流，地面气压场为高压前底部（底部）或均压场。（3）运城PM2.5潜在源区主要位于陕西南部、四川东部和新疆东南、甘肃的东南部等地区，说明影响运城秋冬季PM2.5的浓度除了来自汾渭平原西南部的颗粒物区域输送，来自西北方向新疆、甘肃的远距离颗粒物传输也是重要来源。     

2013—2016年海口市空气质量特征及典型个例污染物来源分析

根据海南省环境科学研究院提供的海口站2013—2016年逐日空气污染数据,统计分析了海口市空气质量状况。综合应用高低空环流场、AQI指数结合MODIS卫星蓝光气溶胶厚度图,采用HYSPLIT轨迹聚类分析法、潜在源贡献因子法和浓度权重轨迹分析方法,重点分析了2013年12月海口空气污染的的主要输送路径,并探讨了首要污染物PM_2.5和O₃的潜在源区。结果表明：冬夏季风风向转换是海口发生空气污染的最主要气象原因,且首要污染物为PM_2.5,其次是PM₁₀和O₃;海口市空气质量达标率在97.1%,总体较好,AQI指数呈逐年下降趋势;值得关注的是,O₃呈逐年稳定上升趋势。大气污染物浓度受污染物排放和环流场共同影响,海口污染日对应的地面天气形势主要有3种类型,冷高压、变暖高压脊和台风外围下沉气流。此次污染过程中污染源是来自北方地区污染物长距离输送影响的结果。污染物个例分析中,首要污染物PM_2.5潜在源区主要集中在湖南和江西的交界处、广东沿海地区、广西北部、江西和福建的交界处以及浙江中部地区,这些潜在源区气团沿着轨迹1、2和4通过长距离输送到海口。海口O₃质量浓度贡献较大的区域主要集中在湖南和江西的交界处、粤西一带,主要沿着轨迹2将内陆地区的污染源输送到海口。     

太原市一次重污染天气过程的成因分析

针对2016年12月29日—2017年1月6日山西省太原市内发生的一次重污染天气过程,通过分析常规天气条件,SO2、PM2.5和PM10的排放清单以及后向轨迹模式,探讨本次重污染事件的成因。结果表明:本次污染事件持续时间长,重度染污持续将近5 d,多种污染物浓度严重超标,细粒子是污染过程的主要贡献;太原市处于冷空气较弱和水汽条件较好的大尺度大气环流形势下,为冷高压持续稳定,近地面风速小、风力弱地面形势下,形成了大范围、长时间的静稳天气;在污染期间太原地区主要受到来自西北和西部共四种气流输送类型的控制,其中来自西北的气流输送轨迹对应的污染物浓度明显小于其他三条轨迹对应的污染物浓度,输送轨迹的输送高度可能是造成轨迹对应污染物浓度之间差异的一个原因,结合污染物排放源分布发现这次污染事件的形成受本地源和长/近距离输送的共同影响,其中本地源的贡献更为显著。     

北半球阻塞高压的维持Ⅰ:准地转和Ertel位涡分析

从北半球不同地区的４个阻塞高压个例，研究了阻塞高压维持机制及其地域性差异。对阻塞高压区域３００ｈＰａ时间平均准地转让涡低值区的维持机制的分析表明，该位涡低值区的维持机制存在显著的地域性差异。其中，在２个太平洋阻高个例中，时间平均流的位涡平流使低位涡向阻高西北部输送，从而有利于位涡低值区经向度的维持；时变扰动的位涡输送则有抵消平均流作用的倾向，从而对位涡低值区的维持起耗散作用。在大西洋和东亚阻高个例中，平均流的位涡平流使低位涡区向东移动，而时变扰动的位涡输送则有抵消平均流位涡平流的作用，从而有利于位涡低值区在原地稳定维持。以上主要是相对涡度输送的差异所致。等熵面Ｅｒｔｅｌ位涡分析表明，阻高区域３３０Ｋ时间平均等熵位涡低值区的维持机制与３００ｈＰａ时间平均准地转位涡低值区的维持机制十分相似，从而表明以上等压面准地转位涡分析可以近似用来代表等熵Ｅｒｔｅｌ位涡分析。     

等熵面和湿等熵面倾斜发展的诊断分析

利用等压坐标系中的热力学方程和水汽方程推导出可以诊断分析等熵面（等位温面）和湿等熵面（等相当位温面） 倾斜变化的倾角方程。等熵面倾角的局地变化由倾角平流输送项、风速切变项和非绝热加热项共同决定，而影响湿等熵面倾角局地变化的强迫项除倾角平流输送项、风速切变项和非绝热加热项之外，还包括垂直热量通量切变项。NCEP/NCAR实时分析资料的分析结果表明，大气斜压性、相对垂直涡度与等熵面和湿等熵面的倾角密切相关，它们的正高值区互相重叠；垂直风速切变项，特别是垂直速度的经向切变项是影响等熵面倾斜发展的主要强迫项，而纬向和经向风速的垂直切变项对湿等熵面倾角演变的贡献最大。