浮尘和重污染天气过程个例分析

利用MICAPS资料、NCEP再分析资料和环境监测站大气成分监测资料,分析2015年3月29日连云港地区一次浮尘及重污染天气过程,结果表明:由于上游地区出现沙尘天气后,空气中大量沙尘粒子随着高空西北气流携带向东南输送,影响连云港,从而形成浮尘天气;高空有西风急流带,400hPa下沉运动加强,高空动量下传是形成浮尘天气的动力条件;连云港处于弱气压场中,大气层结稳定,空气干燥,风力较小,不利于沙尘粒子和污染物扩散;由浮尘的质点后向轨迹模拟得知,沙源来自蒙古国东部地区,与高空形势分析结果一致。     

南京北郊污染物来源及跨区域输送过程研究

利用全国空气质量指数(Air Quality Index,AQI)、PM_(2.5)地面观测数据、全球数据同化系统GDAS数据和FNL再分析气象资料,研究了2015/2016年冬季南京北郊空气质量变化特征以及环境输送条件和污染物源区。结果表明:以AQI为代表的冬季江淮地区污染程度存在3种典型的污染物跨区域输送路径—西北路径、北方路径和西南路径。西北路径通常发生在蒙古高压较强,且处于平均位置时刻,南京北郊上空有冷平流,不利于污染物扩散;北方路径对应蒙古高压弱,东北附近为弱高压控制,偏北气流将污染物带至南京北郊,如跨海洋,则污染减弱;西南路径对应南京北郊为边界层内反气旋式环流中心,下沉气流十分不利于污染物扩散。影响南京北郊污染的潜在源区主要分布在河北南部、山东西部、河南南部、安徽东部和湖北西部。河北省是重要的污染源区,河北南部和山东西部污染物通过北方路径输送至南京北郊,因此北方路径虽发生污染概率少于其他两种,却是形成南京北郊严重污染的重要路径。河南南部污染物通过西北路径输送。安徽和湖北污染物通过西南路径输送。定量分析表明,平流输送是南京北郊重度污染的重要原因,近地层风速对AQI的平流输送占AQI变化的贡献率超过70%,甚至可达85%。     

2020年西安一次持续重污染过程成因及输送特征分析

利用中国环境检测总站环境数据、西安气象自动站逐时实况数据和探空数据、NCEP 25°×25°再分析资料以及GDAS 1°×1°数据,对2020年1月21—26日西安一次持续性重污染天气过程进行了环流背景、气象要素及输送特征分析。结果表明：500 hPa中高纬地区纬向环流,850 hPa暖平流,地面弱气压场是大气污染前期的典型天气形势。重污染期间24 h变压与污染物质量浓度呈6 h超前正相关,2 m气温与污染物质量浓度呈现一定同期正相关;高湿条件下,污染物粒子的吸湿增长作用使污染程度加重;污染物积累阶段,地面弱的偏东风使上游污染物向西安地区输送,受关中向东喇叭口地形影响污染物易在近地面层聚集,后期较长时间的偏东风的增强使污染物得到迅速扩散。此次重污染过程的输入污染主要来自河北、山西与河南一带,自东向西向关中平原地区输送污染物颗粒。     

宁波地区一次重污染天气过程的成因分析

以2015年1月25—26日宁波地区重度霾污染过程为例,利用常规地面站资料、颗粒物观测数据、M ODIS产品、气溶胶激光雷达数据、探空数据及轨迹模拟模式,从气象条件和污染源输送分析了此次污染过程的形成原因。结果表明,污染过程颗粒物主要集中在近地面800 m以下,北方弱冷空气南下携带的污染物近距离输送造成宁波地区颗粒物浓度迅速增加。中低层旺盛的西南暖湿气流使该地区维持高湿,空气中大量水汽包裹颗粒物下沉,造成污染加剧。逆温和高湿的气象条件,不利于污染物的扩散,导致颗粒物浓度积累增长。污染过程结束于北方强冷空气南下时,此时风速增加,扩散条件转好。     

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。     

上海地区一次典型连续颗粒物污染过程分析

2013年3月4—9日上海地区出现了一次连续6 d的污染过程,本文利用PM_(2.5)和PM_(10)的小时监测资料、常规气象资料、激光雷达资料、FY-3A卫星监测资料及NCEP再分析资料,综合探讨了此次连续污染过程的气象特征,发现此次连续污染与天气形势的高低空配置有密切关系,槽后被西北气流控制,稳定的垂直层结及地面较弱的气压场,有利于污染物的积聚和污染天气的维持。文章还对此次连续污染过程中的重污染过程进行了深入的诊断分析,研究发现850 hPa及以上中低空西北气流将上游污染物输送至上海,再配合下沉运动沉降到地面,是造成此次重度污染过程的主因;同时,本地风力小、近地层垂直温度层结稳定等均不利于污染物在水平和垂直方向上的扩散,为污染物的积聚创造了条件。     

河南3次重污染天气过程的气象条件诊断及传输影响分析

利用空气质量监测数据、气象常规观测资料、L波段雷达探空资料、EC-Intrim再分析资料和NCEP全球资料同化系统提供的再分析资料,以及HYSPLIT模式模拟结果,分析了2016年12月至2017年1月间发生在河南的3次重污染天气过程的影响范围、气象条件和传输影响等。结果表明,3次过程河南地区均呈现出500 hPa等高线平直、9251000 hPa风垂直切变小和海平面气压场均压等特征。在近地面,3次过程在污染开始和加强时段均有小风和低湿特征,过程临近结束时有大风或增湿出现。前两次污染过程为干霾过程,均因加强的偏西风而结束,但是在结束阶段,相较于第1次过程的西南风,第2次过程的西北风能更快速有效地清除污染物;第3次过程为湿霾(雾、霾混合)过程,因偏东风而结束,但由于偏东风风力较小,对污染物彻底清除能力有限,过程结束后很快出现反复。郑州近地面存在明显逆温和“上干下湿”的层结特征,这种“干暖盖”严重阻碍着空气的对流运动,使近地层的污染物垂直扩散能力变弱,从而导致污染加重。HYSPLIT后向轨迹传输影响显示,第1次过程主要以省外西北路输送为主,后两次过程主要以本省和本地累积为主。     

近五年周至空气污染气象条件分析

利用周至2012年1月1日—2017年9月30日气象观测资料及空气质量监测资料,分析了近五年周至地区污染特征及冬季重污染天气过程中气象条件的影响,结果表明:周至地区冬季空气污染情况最为严重,五年来重度污染等级以上(包括重度污染和严重污染)日数(简称重污染日)共计119d,重污染天气频发。该地区冬季重污染日气象条件:以静稳天气为主,风速较小,主导风向为偏西北风,这使得大量外来污染源在本地堆积;低于冬季平均值的气温使得大气逆温现象更易发生,大气层结稳定;高于平均值的相对湿度使得颗粒物吸湿增长加剧,重污染日前连续无有效降水使得空气中的污染物得不到有效冲刷,不利于污染物扩散,使得重污染天气进一步加重。     

青岛地区一次雾霾重污染天气过程特征分析

利用青岛市环境监测中心站环境监测资料、青岛市气象常规观测资料、美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料,对青岛地区2016年12月18—21日的一次雾霾重污染天气过程进行分析。结果表明:污染期间,亚欧大陆中高纬度地区500hPa呈两槽一脊的环流形式,青岛处于弱槽系统控制下,空气质量好转时,高空锋区明显增强,西北风加大,地面冷锋快速东移;此次雾霾重污染天气过程空气中近地面相对湿度一直维持较高,重污染期间小于2.6m·s~(-1)的地面风速对污染物扩散没有明显作用;污染物的浓度增加、持续阶段与气象要素能见度、风速、混合层厚度呈负相关性,与相对湿度呈正相关性,与温度的相关性较低;污染过程中青岛市区24h的输入污染源主要来自半岛北部地区,主要污染物为PM_(2.5)颗粒。     

基于后向轨迹的秋冬季漯河重污染输送及典型个例分析

利用常规气象数据、颗粒物观测数据、全球大气同化系统GDAS数据、NCEP再分析资料、ERA5再分析资料等,结合数理统计、轨迹聚类、天气学分析等方法对2015—2019年秋冬季漯河重污染特征、污染输送及潜在源区分布进行分析,并通过一次典型重污染个例进行证明。结果表明:近5 a秋冬季漯河重污染过程发生频次高、持续时间长、污染程度重,AQI、PM_(2.5)变化趋势不明显,PM_(10)浓度下降趋势明显,PM_(2.5)/PM_(10)比值逐年递增,以PM_(2.5)重污染为主。秋冬季漯河主要有6种气团输送路径,东北路、偏东路轨迹短、移速慢且高度低,近距离近地层污染输送特征明显,为重要重污染通道;西北路远距离下沉沉降输送和西南轨迹近距离输送下的AQI均值及重污染概率较低,对漯河重污染贡献不高。漯河潜在源区来源复杂、范围广、强度大,其污染潜在源主要分布在河南中东部、尤其是东北部,对应东北路径、偏东路径等气团轨迹。重污染时地面偏北风是其主导风,尤其是2—4 m·s^(-1)之间偏北到东北风最为显著。两次跨区域输送表明,北路或东北路近地层输送是AQI峰值维持发展的重要原因。     

湖州市一次重度雾霾天气过程的特征分析

2015年1月22—26日湖州地区出现了一次严重的持续性雾霾天气过程,严重影响了该地区人们的生活健康。借助空气质量AQI数据、地面气象要素、探空站资料及卫星遥感数据分析了本次重污染过程的污染特征及其成因。结果表明:在弱高压控制下,地面风速较小,天气条件静稳,不利于污染物扩散,容易造成持续性重污染;中低层形成的逆温结构,使得这次雾霾天气过程能够维持;来自北方的污染物输入使本地空气质量状况更加恶劣,同时卫星遥感数据显示此次污染为区域性污染;大气混合层高度的变化对雾霾的发展变化有较好的指示作用,当混合层高度较低时,污染物在低层容易积聚,更容易造成较强的污染,可为雾霾的预报提供参考依据。     

两次秸秆焚烧导致辽宁重污染过程的气象条件对比分析

利用环境监测站大气污染物数据、地面自动气象站观测资料、L波段加密探空资料和0.125°×0.125°的EC再分析资料,结合MODIS遥感火点监测和HYSPLIT4后向轨迹模拟结果,对比分析了2015年11月8日和2016年11月5日的两次由于东北地区秸秆焚烧导致辽宁重污染天气过程的大气边界层特征、气象扩散条件和大气污染物输送来源等。结果表明:两次过程地面PM_(2.5)浓度均出现快速上升和下降,其中2015年11月8日重污染过程的污染强度较2016年11月5日强,且持续时间更长。2015年11月8日重污染过程的混合层高度较低,其上层的中性层结转变为逆温层结,抑制混合层高度的发展。同时低层冷平流不断侵入到暖平流下方,使得大气层结稳定性增强,维持时间较2016年11月5日重污染过程更长,低层下沉运动和黑龙江西南部、吉林西部污染物的远距离输送增强使得辽宁地面污染物浓度快速累积。而2016年11月5日重污染天气过程主要受深厚冷空气影响,东北地区西部污染物的区域输送和地面风场辐合是地面污染物浓度快速上升的主要原因。     

2014年赤峰市区两次重污染天气过程对比分析

文章利用中国环境保护部的空气质量小时监测资料,及相关的气象观测资料就2015年2月份接连出现在赤峰市区两次重污染过程进行深入的对比分析。结果表明:每次污染过程的发生都与天气背景密切相关,第一次重污染天气是由于较强的海平面高压导致大气垂直层结稳定,加上地形的影响,不利于本地污染物的扩散,使得空气污染物浓度增大,污染物主要是以烟以及雾霾为主;第二次重污染天气是因为高空强冷空气加上地面高压前部较大的气压梯度形成强偏北风,引导北部的沙尘南下形成了重污染天气,污染物主要以沙尘为主。     

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。     

湖北2015年冬季PM2.5重污染过程的气象输送条件及日变化特征分析

PM_2.5污染仍然是湖北省冬季大气污染的首要污染类型,且具有明显区域传输特征,重污染过程的空气污染气象条件有别于华北地区,值得关注。采用WRF/Chem不同排放情景下的模拟结果,并结合观测分析,研究了2015年12月—2016年1月湖北省PM_2.5重污染过程的气象输送条件及日变化特征,从大尺度输送条件和局地边界层动力作用分析了外来污染物水平传输、悬浮聚集和向下传输的过程,并解释了该地区观测到的午后PM_2.5浓度特殊峰值的气象成因。结果表明,湖北重污染爆发以区域传输为主,地面观测PM_2.5极值对应10 m风速可达8—10 m/s,边界层0—1 km为较强偏北风输送,污染传输通量极值位于400 m高度附近,为重要传输通道,低空无明显逆温,重污染过程具有“非静稳”边界层气象特征。重污染形成的大尺度输送条件为,长江中下游及北部地区偏北风异常偏强,南部地区风速减缓,使污染物在中游平原堆积,鄂北边界风速越大,越有利污染输送增长。传输性污染主要来自偏北和东北方向的污染源输送,潜在源区贡献主要为途经偏北通道上的豫中、南阳盆地和关中地区,以及途经东北通道上的鲁、皖、苏等部分地区。PM_2.5浓度日变化双峰结构的天气成因不同,21—24时（北京时）峰值为静稳性污染,11—14时峰值为传输性污染。污染输送受大气边界层高度影响,日出前大气边界层高度较低,层结稳定并伴有上升运行,使得低空外来输送悬浮聚集在400 m高度附近;日出后随大气边界层高度升高,静稳层结被破坏,在干沉降作用下高浓度PM_2.5开始向下传输,并在午后地面形成峰值。      

温州一次重度霾天气过程分析

利用常规气象观测资料、探空站资料、环保部门提供的AQI监测数据,对2015年1月26—27日温州地区重度霾天气过程进行了综合分析。结果表明:此次重度霾过程影响时间之长,影响之严重,在温州霾气象记录中是十分罕见的;高空3层西北气流控制,风速较小,静稳天气,地面冷空气扩散南下,将浙北方污染物推至浙南,重度霾天气是由北方污染物输入和本地污染物叠加,地面存在弱辐合,近地面又存在逆温层不利于水汽和污染物在垂直方向扩散,利于大气颗粒污染物在浙南温州地区堆积,使得霾污染天气稳定维持;此后,冷空气主体南下,风速加大,气象扩散条件转好,污染物扩散至海上或福建,霾渐消散。     

北京秋季一次重污染天气过程的成因分析

近年来,北京的大气环境问题日益受到关注。以2002年10月8—13日北京地区一次重污染过程为例,采用中国气象局的M ICAPS系统和美国的HYSPLT模式,分别从污染过程产生的天气条件、污染物输送轨迹等方面分析此次空气污染的形成原因。结果表明:造成此次重污染过程的不利因素主要包括三个方面,一是较强的海平面高压、均压场控制导致北京地区垂直大气层结稳定,不利于污染物垂直扩散;二是北京地区三面环山,导致近地面为弱的偏南气流控制,不利于污染物水平扩散;三是近地面弱的偏南气流从江苏、山东、河北、天津等地携带了大量的污染物向北京地区输送。     

北京秋季一次重污染过程的成因分析

近年来,北京的大气环境问题日益受到关注。以2002年10月8—13日北京地区一次重污染过程为例,采用中国气象局的MICAPS系统和美国的HYSPLT模式,分别从污染过程产生的天气条件、污染物输送轨迹等方面分析研究此次空气污染的形成原因。结果表明：造成此次重污染过程的不利因素主要包括三个方面,一是较强的海平面高压、均压场控制导致北京地区垂直大气层结稳定,不利于污染物垂直扩散;二是北京地区三面环山,导致近地面为弱的偏南气流控制,不利于污染物水平扩散;三是近地面弱的偏南气流从江苏、山东、河北、天津等地携带了大量的污染物向北京地区输送。     

2013—2015年廊坊市连续重污染条件下的气象要素和污染物特征

通过综合运用micaps、自动站等气象资料,以及环境监测污染物浓度和AQI指数等资料,对2013—2015年廊坊市的连续重污染天气进行了分析,并细致分析探讨了在空气达到重污染背景下,气温、风向、风速、相对湿度等气象要素和多种空气污染物指数的分布特征。结果表明:(1)连续重污染具有明显的季节性特点,秋季开始出现,冬季达到顶峰,随着次年春季的到来逐渐减少至消失;(2)连续重污染的出现将导致气温升高,此时风向多为西南风—西风和偏东风,平均风速以0.3~1.5m·s^(-1)为主,最大风速多在1.6~3.3m·s^(-1)之间,相对湿度以60%~70%为最高发区间;(3)连续重污染天气的首要污染物为PM_(2.5)或PM_(10),其中以PM_(2.5)为主,比例高达94.3%,且呈逐年小幅下降趋势;(4)CO和SO_2浓度变化与采暖期污染物排放关系密切;(5)5月出现的连续重污染较少,且由大风沙尘天气造成。     

2019年1月长春市一次霾污染过程成因分析

利用空气质量历史监测数据、地面气象要素及激光雷达探测资料,综合分析了2019年1月10—15日长春市一次霾污染过程,探讨了污染过程中污染物和气象要素的变化特征与影响机制。结果表明：此次霾污染过程中12—13日污染最重,PM_2.5和PM₁₀质量浓度均超过150 μg·m^-3,气溶胶消光最强,超过70%的PM_2.5/PM₁₀比值大于0.7,指出了细粒子对重污染事件的贡献;重污染期间近地面风速偏小、相对湿度增加、变压较小,同时低空风出现明显的风向转变,弱下沉运动与逆温以及较低的边界层共同削弱了大气的水平和垂直扩散能力,有利于污染物累积,导致霾污染。500 hPa天气形势表明长春市位于槽前脊后,850 hPa高度场为弱西风,相对湿度大;海平面气压场存在低压气旋及弱西南气流,该气流有利于将污染物输送至长春市,造成霾污染加剧;1月14—15日高空槽加深东移,850 hPa西北气流增强,近地面气压梯度力变大,污染物得到扩散,霾污染逐渐结束。