利用MM5模式及NCEP资料对沈阳一次污染天气的数值模拟

利用NCEP/NCAR再分析资料和中尺度天气模式MM5对2010年1月14—19日沈阳大气污染天气系统进行模拟分析。对此次天气过程的地面和高空气压场、地面至高空各高度层随时间变化的水平风场及垂直剖面风场、垂直方向温度廓线等气象要素进行分析和模拟,描述大气污染中天气系统的变化过程,分析造成大气污染的气象要素变化。结果表明：此次污染天气过程对应地面场为长白山高压、地形槽环流型;500 hPa高空天气形势为两槽一脊,地面风场主要受高压辐散气流控制;地面至高空不同高度的水平风场均有偏南风切变和偏西风切变,垂直剖面风场对应有下沉气流,地面至高空的温度廓线出现明显的逆温。这些气象条件共同造成了持续污染天气。而500 hPa位势高度场持续长时间两槽一脊的环流形势,是造成长时间污染天气的主要原因。     

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。     

2015年7月中旬京津冀持续性夜间雷雨天气成因初步分析

2015年7月15日00:00至20日00:00（协调世界时,下同）期间,京津冀地区每天傍晚均有明显雷阵雨天气过程发生,持续约一周时间。天气形势分析发现:虽然都是傍晚到夜间出现雷雨天气,但15~17日的雷雨过程,500 hPa主要表现为两槽一脊天气形势,京津冀地区处于低槽前部的不稳定区。18~19日两天,京津冀地区西部为低槽,东部为副热带高压（副高）,主要表现为西低东高的天气形势,是华北地区典型的暴雨天气型之一。15~17日与18~19日的水汽输送路径也有明显区别,15~17日以西南暖湿气流直接向东北方向输送以及台风外围偏东风气流向京津冀输送水汽为主,18~19日则为西南暖湿气流向东北方向直接输送到东海以东洋面后转为偏东风向京津冀输送为主,但是,水汽辐合中心均出现在京津冀附近,且水汽通量及辐合总是在12:00大于00:00,意味着傍晚的水汽条件好于白天。动力条件方面,整个降水期间,京津冀区域的对流层高层均处于南亚高压外围辐散区,低层辐合层次主要集中在700 hPa以下,近地面层12:00的辐合更为剧烈,中层均有干冷偏西气流下沉后与低层暖湿偏东气流辐合抬升,12:00的干冷气流下沉层次更低,与偏东风的辐合更强。温度层结方面,京津冀区域平均的气温垂直温差在800 hPa以下总是12:00高于00:00。降水期间,上升速度在中高层均表现为00:00大于12:00,但是低层的上升速度都是12:00强于00:00,傍晚的动力和水汽条件都更利于降水发生。     

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。     

京津冀地区霾成因机制研究进展与展望

为满足当前对京津冀地区霾研究和控制的迫切要求,本文梳理了近年来京津冀地区霾的长期变化特征、天气学特征、污染物来源等相关研究成果,发现:从2000年以后,京津冀地区的霾日数呈现出了下降趋势;北京细颗粒物(PM2.5)质量浓度也在总体上呈现下降的趋势,但2013年年均质量浓度仍高达89.5μg m–3,约为我国空气质量标准的3倍(35μg m–3),京津冀空气污染的形势依然严峻;近年来京津冀地区的霾污染事件频发可以归因为不利天气条件与大量污染物人为排放的共同作用;大量的研究表明,区域输送对京津冀地区霾事件的形成和维持有不可忽视的影响;京津冀地区的大气污染不再局限于一时一地,针对重污染天气的预警以及应急控制应该以区域预报为基础实现区域联动;京津冀地区独特的地理环境条件加上城市群的快速发展,形成的局地大气环流也会对局地的污染过程产生重大的影响;大气边界层内气象要素的变化对重污染发生具有显著贡献。京津冀地区的污染控制需要城市群的联动应对治理。     

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。     

乌鲁木齐市冬季严重污染日的环流分型特征

根据2000-2008年冬季逐日08时高空500 hPa、地面天气图和官方网站发布的乌鲁木齐市逐日大气污染指数API值,分析了全市大气污染概况及季节分布、月际变化特征,研究了环流形势对全市空气质量的影响。结果表明：影响乌鲁木齐市的环流形势分为高空7型和地面5型,分析各型环流形势与冬季严重污染日相关性;最易引发冬季严重污染的环流形势是高空脊中型、地面低压型,其次为脊前型或空档型、地面高压后型。     

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。     

2014—2016年开封市空气污染特征及重污染过程气象成因分析

利用2014-2016年高空、地面气象资料和大气环境监测资料,分析了开封市空气质量特征及10次连续性重度污染过程天气形势。结果表明:2014-2016年,开封市空气质量整体呈转好趋势,优良率由53%增加到67%,污染时数由47%下降至33%,轻度污染和中度污染时数下降明显;重污染日主要出现在1月、11月和12月,其中1月出现重污染日和连续性重污染过程次数最多;3年内共出现连续性重污染过程23次,最长持续日数达6 d;开封市重污染天气主要受PM2.5和PM10浓度变化影响,PM2.5和PM10浓度具有明显的季和日变化特征,平均浓度最高值主要出现在秋冬季和09时。重污染过程期间的500 hPa形势中,平直纬向环流型出现次数最多,占总次数的63%;其次为低槽型,出现次数占21%;西北气流型出现次数最少,占16%。地面气压场形势主要分为4类:1)高压前部型,出现重污染次数最多,占总次数的55%;2)均压场型,出现次数占25%;3)低压带型占16%;4)高压后部型出现次数最少,仅占4%。当上游地区有较严重污染时,本地污染物浓度将快速升高,区域传输作用明显。     

2008年北京奥运会期间降水天气及其环流形势分析

使用MICAPS常规地面高空、加密自动站观测资料和NCAR/NCEP再分析资料对2008年北京奥运会期间降水天气的总体特点、大尺度环流形势及几次主要降水过程的降水量分布和环流形势特点进行了分析总结。该期间降水天气的总体特点为:降雨过程多、降水量异常偏多、降水的局地性和突发性较强、城区降水多出现于午后和凌晨。奥运期间平均的高空环流形势与常年接近,但从500hPa位势高度沿116°E的时间-纬度剖面图上在40°N一带存在槽脊间隔分布的低高低高的随时间演变规律,经向风分析表明8月8日至14日冷暖空气在华北地区的活动相当频繁,造成了一次次对流性降水天气过程。其中,8月8—14日共出现4次明显降水天气,其过程雨量分布特点明显不同,分别为部分地区型、带状分布型、城市中心型、波状分布型。其对应的环流系统属于造成夏季暴雨典型天气型中的副高西来槽型,但处于西来槽和副高相互作用的不同阶段。虽然四次主要降水过程的大尺度环流形势和影响系统相近,但造成的降水分布明显不同,其原因可能是不同的物理机制产生的中小尺度系统不同。     

2015-2018年海南省臭氧污染特征及其天气类型

根据2015—2018年海南省18个市县32个空气质量监测站O₃浓度资料,分析了区域性O₃污染（O₃-8h浓度超标市县≥3个）时空变化特征,并对造成O₃污染的天气系统进行主观分型。结果表明：2015—2018年海南省共有40 d发生了区域性O₃污染,发生概率为2.73%。其中2015年和2017年达到了13 d,发生概率为3.56%,2018年为11 d（3.01%）,2016年仅为3 d（0.82%）。发生区域性O₃污染主要有4种天气类型：冷空气偏西下型、冷空气偏东下型、变暖高压脊型和热带系统型。其中冷空气偏西下型是最主要的天气类型,共出现了14 d,占所有天数的35%,且污染较重。不同天气类型下海南省O₃污染表现出不同的分布特征。500 hPa有下沉气流、低层受东北风控制,有相对湿度低值区从中国东部向海南省延伸,地面位于冷高压底部或热带气旋西北侧,温度露点差在5 ℃以上等条件均有利于海南省区域性O₃污染天气出现。     

Synoptic Climatology of Air Pollution in Moscow

Summary Seasonal synoptic indices are developed employing principal components analysis and cluster analysis for Moscow and using surface and upper air meteorological data. Synoptic types are analysed in terms of circulation patterns and air mass characteristics. The indices are used to examine weather-induced variability in CO and NO₂ concentrations for different land use types and in the context of multiple pollution sources. Anticyclonic conditions in spring, summer and autumn are identified as producing high pollution concentrations. Local depressions developing in the low pressure gradient fields in summer are another synoptic type resulting in high levels of air pollution. Extremely cold anticyclonic conditions in winter result in high CO but low NO₂ levels. Weather patterns characterised by strong winds associated either with an established zonal flow or the passage of a cold front caused high NO₂ concentrations in the areas affected by elevated sources. Received October 28, 1997 Revised January 26, 1998     

造成北京PM10重污染的二类典型天气形势

利用北京空气质量监测资料和NCEP再分析资料,分析了北京发生PM10重污染的天气形势。研究表明:1)虽然北京地区PM10重污染(API指数3级以上)每年只有10 d左右,但与之关联的轻微或轻度空气污染(API指数3级)天数,却可能占全年3级污染总天数的40%-50%。因此,分析研究造成北京PM10重污染的天气形势,对于空气污染的预警预报以及污染源的控制和管理,都具有十分重要意义。2)通过海平面气压场的主观分析,确定了二类北京PM10重污染的典型天气形势,即高压南下东移阻滞型和与北上台风(或热带低压)相关联的弱高压控制型,并指出了后者在2008年奥运会期间,对开展北京空气污染预报和污染控制的指导作用。     

夏秋季节天气系统对边界层内大气中PM10浓度分布和演变过程的影响

边界层内的气压场直接影响区域性的大气环境质量,天气系统的变化与边界层气压场形势直接相关。根据2000～2006年大气环境监测资料的日均值和日增(减)量分布图,同时对夏秋季节主要的天气系统,副热带高压和台风进行耦合诊断分析,得出西太平洋高压和台风的时空演变对我国环境质量有十分重要的影响,这种影响主要是形成的高压均压场对污染物有累积效应,也出现污染物的汇聚,而其周边流场对区域污染物有输送作用。此外,天气系统的降水分布又对大气污染物有清除的作用。而且天气形势演变的空间和周期性形成了大气环境的区域性和过程性等复杂的特征。本文选择典型个例,进行剖析研究。在地面高压或500 hPa高度上5880 gpm等高线控制区内,造成大范围的静稳型区域性污染物的增量过程。在副高周边地区的雨区内经常是PM10的谷值期。夏秋季节台风近周边和远周边的影响区,经常是PM10峰值或较重污染物浓度出现区域。     

Synoptic patterns in relation to ozone concentrations in west-central Taiwan

Summary Recent studies have shown that regional orography and synoptic patterns greatly affect ozone concentrations. The orography of certain locations is unfavorable for pollutant dispersion, and specific synoptic patterns in these locations lead to serious air pollution episodes. Frequent ozone episodes (defined as hourly ozone ≥ 120 ppbv) in west-central Taiwan during recent years have generated much concern. High ozone days (defined as hourly ozone ≥ 80 ppbv) are also occurring more frequently. High ozone days occur mainly during autumn, but there has been no clear linear relationship demonstrated between any single meteorological variable and pollutant concentration. In this study, statistical data from 1997–1999 has shown that high ozone levels occur with two types of synoptic patterns. The first type consists of a continental anticyclone emanating from mainland China which is swept towards Taiwan. The second is a tropical low pressure system moving northwards closer to Taiwan. West-central Taiwan is located in the lee of the Central Ranges (altitude of 2500 ∼ 3500 m). These synoptic patterns are unfavorable for pollutant dispersion and cause high ozone days. Received October 14, 2000/Revised January 5, 2001     

石家庄市污染日特征及其天气背景分析

对石家庄市2002年1月到2004年12月空气质量达到中度及以上典型污染日进行了统计分析,得出典型污染日的分布特点、对应的气象要素特征及3种天气型。结果表明:典型污染日多出现在采暖季节,出现时间具有相对连续性;污染日分为沙尘和非沙尘两类,气象要素特征前者表现为风速大、湿度小、多正变压等锋后特征;后者则表现为地面风小、湿度高、多逆温层、大里查逊数等稳定大气层结,这些均为锋前特征;还侧重指出由于石家庄的特殊地形作用,高压前部型是石家庄重污染出现几率最多的天气类型。并由此提炼出中度以上污染日的预报要点,可供空气质量预报业务参考。     

福州市空气高污染与气象条件关系

利用地面天气图、高空天气图、地面气象要素资料,统计分析了2003-2007年福州市41个空气高污染过程与天气系统以及地面气象要素间的关系,得出冬季、春季和夏秋季福州市空气高污染发生时主要的天气形势,并对地面气象要素与高污染过程的关系进行了半定量分析,得出福州市空气高污染过程的一些天气概念模型和气象要素指标。     

Differences in Meteorological Conditions between Days with Persistent and Non-Persistent Pollution in Beijing,China

We compared the regional synoptic patterns and local meteorological conditions during persistent and non-persistent pollution events in Beijing using US NCEP–Department of Energy reanalysis outputs and observations from meteorological stations. The analysis focused on the impacts of high-frequency (period < 90 days) variations in meteorological conditions on persistent pollution events (those lasting for at least 3 days). Persistent pollution events tended to occur in association with slow-moving weather systems producing stagnant weather conditions, whereas rapidly moving weather systems caused a dramatic change in the local weather conditions so that the pollution event was short-lived. Although Beijing was under the influence of anomalous southerly winds in all four seasons during pollution events, notable differences were identified in the regional patterns of sea-level pressure and local anomalies in relative humidity among persistent pollution events in different seasons. A region of lower pressure was present to the north of Beijing in spring, fall, and winter, whereas regions of lower and higher pressures were observed northwest and southeast of Beijing, respectively, in summer. The relative humidity near Beijing was higher in fall and winter, but lower in spring and summer. These differences may explain the seasonal dependence of the relationship between air pollution and the local meteorological variables. Our analysis showed that the temperature inversion in the lower troposphere played an important part in the occurrence of air pollution under stagnant weather conditions. Some results from this study are based on a limited number of events and thus require validation using more data.     

Using synoptic classification and trajectory analysis to assess air quality during the winter heating period in Ürümqi,China

Synoptic patterns identified by an automated procedure employing principal- component analysis and a two-stage cluster analysis, and backward trajectory analysis clustered by the HYSPLIT4.9 model were used to examine air quality patterns over¨ Uru¨mqi, China, one of the most heavily polluted cities in the world. Six synoptic patterns representing different atmospheric circulation patterns and air-mass characteristics were classified during the winter heating periods from 2001 to 2008, and seven trajectory clusters representing different paths of air masses arriving at ürümqi were calculated during the winter heating periods from 2005 to 2008. Then air quality was evaluated using these two approaches, and significant variations were found across both synoptic patterns and trajectory clusters. The heaviest air-pollution episodes occurred when ürümqi was either in an extremely cold, strong anticyclone or at the front of a migrating cyclone. Both conditions were characterized by with light winds, cold, wet surface air, and relatively dry upper air. ürümqi was predominately influenced by air masses from the southwest and from local areas. Air pollution index (API) levels were highest for air masses originating from the southwest with a longer path or for the local area, because of transport from semi-desert/desert regions by strong winds and because of local heavy pollution emissions, respectively. The interactions between these two analytical approaches showed that poor diffusion conditions, together with local circulation, enhanced air pollution, besides, regional air-mass transport caused by strong winds contributed to serious air quality under relatively good diffusion conditions.