2013—2014冬半年北京重污染天气气象传输条件分析及预报指数初建

本文结合地面常规观测资料和空气质量数据,利用聚类分析方法对2013—2014年冬半年北京地区的气象传输轨迹特征进行了统计分析,并通过潜在源区贡献法(PSCF)分析了污染物的潜在源区。结果表明:影响北京的气团主要来自西南、偏东和西北三条路径,其中西南和偏东路径中重污染天气的出现概率分别为56.58%和43.80%,为典型的污染物传输路径。潜在源区分析发现,高PSCF值主要对应西南和偏东轨迹气团所影响的山东西部、河北中南部及天津等地,其形成与下垫面排放及气团移动速度有关。在此基础上,结合PM_(2.5)排放源强度构建传输气象指数,经检验发现与PM_(2.5)浓度的生消变化有较好的一致性,且有约6 h的预报提前量。将传输指数与天气分析相结合,有助于加深对重污染天气成因的理解,并在预报评估中发挥参考作用。     

京津冀地区一次严重霾天气过程及其影响因素分析

利用大气污染监测资料、常规气象观测资料及NCEP再分析资料,对2013年1月9—17日京津冀地区一次严重霾天气过程的特征及其与气象条件的关系进行分析。结果表明：此次霾天气过程京津冀地区6个城市（北京、天津、石家庄、保定、邯郸、唐山）的PM10、SO2和NO2污染物日平均浓度均较高,变化趋势基本相同,其中PM10日平均浓度的变化幅度最大,峰值出现在11—13日之间;石家庄、保定和邯郸市的污染最严重,PM10日平均浓度最大值分别为0.94 mg·m－3、0.95 mg·m－3和0.82 mg·m－3。SO2和NO2日平均浓度的变化幅度较小,但浓度值均较大,基本为0.10 mg·m－3以上。影响此次霾天气过程的大范围环流形势为纬向型,存在较强的逆温层,弱下沉运动使近地层大气处于静稳状态,不利于污染物扩散,而近地面较小的风速和低层相对湿度小于90％为霾的形成提供了有利条件。另外,后向轨迹分析表明,此次污染过程京津冀地区的气团主要来自新疆地区,路径主要是从西北气流转为西南气流,携带南方的湿空气和污染物向京津冀地区输送。     

APEC前后北京几次静稳天气边界层特征对比分析

对北京地区2014年11月3-11日APEC会议期间的大气扩散条件与2014年10月的4次雾-霾过程进行对比分析,表明APEC会议期间静稳天气指数略低于10月4次过程,具备一定的污染物积累潜势。数值模拟结果表明,对北京及周边地区污染排放的控制是APEC期间北京保持低水平气溶胶浓度的重要原因。周边地区污染物传输以及特殊地形条件下山谷风环流的日变化对北京地区污染物浓度的区域分布及演变有重要影响,夜间地形北风对近地面污染物有明显清除作用。相较于重污染天气,APEC期间气溶胶浓度低,温度效应小,山谷风环流明显,同时白天混合层高度上升幅度大,有利于污染物扩散。减排使气溶胶浓度减小,而低浓度气溶胶又使污染扩散条件进一步好转的相互反馈作用,是"APEC蓝"出现的主要原因。     

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。     

北京两次重污染沙尘天气成因及动力传输特征的对比研究

应用气象、空气质量和ERA-Interim再分析资料,结合HYSPLIT后向轨迹模型和地理信息,对比分析了2018年北京两次重污染沙尘天气的成因、传输特征及影响要素等。结果表明:两次过程的沙尘源地均为蒙古国,但3月28日沙尘天气由蒙古气旋引发,传输出现折向,以东北和偏东两条路径输送入京,5月28日沙尘受低涡和发展的低压冷锋影响,为典型的西北传输路径;高空的引导气流与低层冷空气的强度以及地形是导致沙尘传输出现显著差异的主要影响因素;高空为偏西气流,低层冷平流较弱,受到山脉的阻挡,沙尘气团东移至地势较低的区域后,在气压梯度力的驱动下传输方向发生转折,以偏东路径绕流进入北京;高空的偏北气流和低层冷平流较强,沙尘气团可直接翻越山脉从西北路径入京,沙尘粒子的运移高度相对较高。     

京津冀及周边“2+26”城市秋冬季大气重污染气象条件及其气候特征研究

基于1961—2017年的地面常规气象观测资料以及ERA-Interim再分析资料等数据,采用大气自净能力指数（ASI）建立了重污染气象条件等级判别方法。通过对京津冀及周边“2+26”城市秋冬季大气重污染气象条件的长年代变化特征及其成因的分析,得出以下结论：从大气重污染气象条件多年平均水平来看,山西晋城从发生频次到极端性均为最高,北京、河北廊坊和河南郑州多发,河北保定、石家庄和衡水极端性较高。自1961年以来,虽然京津冀及周边“2+26”城市秋冬季大气重污染气象条件在历史上均有发生,但发生次数在2010年后显著增加,这是导致大气重污染频发的重要因素之一。相比2013—2016年,2017年秋冬季京津冀及周边“2+26”城市大气对污染物的清除能力相对较好,虽然北京不利于污染物扩散的气象条件仍然多发,但极端性明显降低。20世纪80年代和2010年以来京津冀及周边地区大气重污染气象条件发生频次均较多,这受到了气候变化背景下冷空气强度和大气滞留条件变化的明显影响,同时也在一定程度上受到了城市化的影响。     

基于多种TSM方法的北京国家奥林匹克体育中心2月颗粒物来源解析

利用HYSPLIT(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory)模型和ERA_INTERIM数据,计算2013—2017年北京奥林匹克体育中心(以下简称奥体中心)2月期间抵达的72 h后向轨迹,并结合聚类分析方法和污染物浓度数据,分析2月不同轨迹对奥体中心污染物浓度的影响,采用四种不同的轨迹分析方法分析奥体中心污染物来源特征,并通过实例分析了不同轨迹分析方法的优缺点和适用性。结果表明:奥体中心2月主导气流明显,为西北路径,出现概率为55.85%;清洁通道为北向气流,污染来源为南向路径和偏东路径,对应颗粒物浓度最高;通过轨迹统计方法得到奥体中心2月颗粒物主要污染来源为河北地区、山东半岛、黄渤海区域、新疆北部与河西走廊。此外,研究发现潜在源贡献函数和浓度权重轨迹方法适用于近距离污染源的识别;停留时间浓度加权方法采用确定性办法通过迭代可以精准识别出北京奥体中心主要污染物来源;定量传输偏差分析方法引入不确定性概念,适用于大范围确定性污染源识别,但同时会产生虚假的污染物来源。不过,采用RTWC方法和QTBA方法相结合可消除QTBA方法带来的虚假污染源。     

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。     

华北地区典型污染天大气气溶胶飞机探测个例分析

利用2005年10月17日华北地区一次典型污染天气条件下的飞机探测资料,对石家庄和邯郸气溶胶的微物理特征进行了对比分析,初步讨论了该天气条件下大气气溶胶污染的微观特征和可能原因。结果表明,观测当天石家庄和邯郸地区的气溶胶粒子浓度很高,边界层内气溶胶平均数浓度为103cm-3量级,最高值出现在近地面附近,达到104cm-3量级;边界层以上的数浓度基本都在103cm-3量级,属于空气污染比较严重的一次过程。造成污染的原因是该日晴天风小,大气湍流较弱,不利于污染物扩散和稀释。基于美国国家海洋和大气局(NOAA)后向轨迹模式(HYSPLIT4)对颗粒物进行溯源和追踪分析,发现造成气溶胶浓度较高的气块传输路径主要为西北和偏西路径,境外源主要来自蒙古国,境内源主要来自我国西部,途经甘肃、宁夏、陕西及山西后进入河北。     

2015年冬季湖北省PM2.5重污染传输特征及影响天气系统的数值模拟

为了研究湖北省两种污染来源的重污染天气特征及其形成机制,采用WRF/Chem零排放情景模拟方案,将2015年冬季湖北省PM2.5模拟浓度分离为外源传输量和本地累积量,基于对数值模拟结果的统计分析,确定了湖北省污染传输通道和外源传输贡献率,研究了敏感区天气系统对两种污染来源的影响作用。结果表明,外源污染物输送在湖北省内有两条主要通道,一是由南襄盆地夹道直接输送汇入江汉平原,二是沿京广线从信阳到随州、孝感、武汉至江汉平原。湖北长距离跨区域传输的潜在污染源区为河南、安徽、江苏、山东等地。2015年冬季湖北省17个地（市）平均外源贡献率为42%,而对于重污染过程,平均外源贡献率高达66%,外来源输送对湖北重污染过程贡献非常显著。对外源传输型,我国东南地区为主要敏感区,气压（气温）变化与PM2.5输送显著负（正）相关,对维持南、北两支矢量带（PM2.5输送与风场相关）,推动偏南和偏东气流起到积极作用。此外,伊朗高原天气系统通过上下游效应对东亚地区大气环流起到一定影响,从而也间接影响了区域污染输送。对本地累积型,冬季风环流系统为主要影响天气系统,在弱的冬季风环流形势下,蒙古高压系统偏弱、西太平洋地区海平面气压值偏高,对应湖北本地累积污染总量贡献大。     

我国和东亚地区硫化物跨边界输送态势研究

本文利用污染物三维欧拉长距离输送实用模式,较详细地模拟了我国和东亚地区硫化物跨地区、跨边界输送态势,分析了东亚地区硫化物输送通量随高度、季节变化的分布特点,讨论了不同地区边界上硫化物的跨边界输送通量及流的收支平衡,并给出了我国和周边国家和地区之间硫化物的相互输送量。结果表明,我国向外输送的硫化物占周边国家和地区总硫沉降的比例并不大,各地区硫沉降的主要来源是自身排放;硫化物长距离输送中硫酸根的输送占重要地位,各地区硫酸根沉降中的外来比例较大。我们初步总结出一个东亚地区硫化物输送的概念模式：在低层,夏季主要自西南向东北输送,冬季长江以北自北向南输送,长江以南由西南向北输送,并在长江中下游地区形成一个较强的硫化物辐合带,在高层,无论冬夏均由西向东输送,并随高空带变化,中层为二者的过渡,春秋季的情形界于冬夏之间,偏向冬季。     

污染物大尺度垂直输送的理论研究

从大尺度动力学的观点讨论了污染物进入自由大气后的垂直输送问题, 重点讨论了绝热条件下中性波及斜压不稳定波引起的垂直运动对污染物的垂直输送以及非绝热情况下由剩余环流引起的垂直运动对污染物的垂直输送, 并从波作用对垂直运动贡献的观点,指出了平流层内由于波作用引起的非局地的下沉运动对污染物垂直输送的控制作用, 最后还指出以往对垂直运动诊断研究的一些成果也是对污染物垂直输送有贡献的因素。     

东亚地区黄沙长距离输送模式设计

在比较国内外相关起沙机制模型的基础上,结合中国北方大量气象台站的有关起沙过程的观测资料,提出了一个适合我国北方的用于黄沙输送模拟与预报的新的起沙机制模型。采用此起沙模型,通过对黄沙输送过程中的干沉降过程、降水清除过程的参数化处理,建立了适合东亚地区的分谱的黄沙输送模式。模式考虑了黄沙的分谱机理及可能的微物理过程。通过与实测资料的对比,表明模式可以较好地模拟黄沙的输送过程。     

应用OMI卫星资料监测蒙古戈壁沙尘的传播

利用2005—2007年OMI(Ozone Monitoring Instrument)卫星的气溶胶指数AI(Aerosol In-dex),分析了沙尘传播的特征。结果表明,蒙古戈壁与北美西海岸地区(40°-50°N,120°-130°W)的AI指数之间有较高的相关性,两地具有源区和被影响区的关系。通过计算沙尘传播时间的滞后相关系数,得到从蒙古戈壁到美国西海岸的沙尘传播时间约为6～7天,且通过了99%信度。利用滞后相关系数,获取了沙尘传播信号,并对沙尘的远距离传播进行了预报。     

长江中下游地区夏季降水的水汽路径的客观定量化研究

本文根据中国台站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料, 研究了长江中下游地区夏季降水的水汽路径并给出了客观定量化的定义。结果表明:(1)影响长江中下游地区夏季降水的水汽路径主要是来自南界的水汽输送, 据此定义了南界水汽路径的面积、中心强度、向东延伸格点的位置以及边界强度等指标;(2)对各个指标的时间演化特征进行了分析, 南界水汽路径的面积指标和中心强度指标有下降的趋势, 各个指标在20世纪90年代前后都有一个明显的转折, 面积指标、中心强度指标、边界纬向强度指标都有明显的年代际的变化;(3)对各指标与中国夏季降水和前冬海表温度进行相关分析, 夏季南界水汽路径影响我国不同地区的降水, 南界水汽路径的面积指标、中心强度指标与前一年冬季西太平洋的海温呈显著负相关, 与赤道中太平洋和东太平洋前一年冬季的海温呈显著正相关, 即前冬东太平洋发生El Ni?o时, 有利于夏季西太平洋水汽输送增强, 进而有利于长江中下游地区夏季降水偏多。     

长江中下游地区水汽输送的气候特征

通过分析 1973 ～ 1998 年(共 26 年)4 月到 8 月 NCEP/ N CA R 再分析资料, 研究了夏季风期间长江中下游地区水汽输送的气候特征。 分析了旱涝年水汽输送差异, 特别考察了 1998 年长江流域洪涝期间水汽输送的一些特点, 发现长江中下游地区水汽水平输送特征在各月有很大差异。 来自孟加拉湾经中南半岛和来自华南的水汽输入是长江中下游地区水汽的主要来源。 长江中下游的旱涝与南海夏季风爆发的早晚有密切关系。 孟加拉湾地区及南海地区对长江中下游地区水汽输送的长时间维持是造成 1998 年长江流域洪涝的主要原因。     

三江源地区暴雨的水汽输送源地及路径研究

利用NCAR/NCEP再分析数据,首先分析了 2018年7月22-23日(简称"0722")和8月2-3日(简称"0802")三江源地区两次暴雨天气过程的天气形势和水汽输送特征,然后用WRF模型输出数据驱动HYSPLIT模型,定量分析两次暴雨的水汽输送路径及各路径的水汽贡献率.研究表明:两次暴雨的主要影响系统均为三江源...     

关于我国和东亚酸性物质的输送研究 I. 三维欧拉污染物输送实用模式

本文发展了一种三维欧拉型污染物长距离输送实用模式，比较详细地考虑了源、输送、干、湿沉降、气、液相化学过程。用分裂解法对气相化学过程进行查表式处理，颇具特色，使用实测气象输入场，节约了大量的计算机资源。通过模式的灵敏度试验，模式具有较高的分辨率和灵敏度。根据与实测资料对比，模式有较好的可信度，能方便的计算长时间（月、季、年）的污染物沉降及远距离输送态势。     

中国交通二氧化碳排放研究

评述了中国全国及区域水平交通领域CO₂排放研究的不足和困难,提出了道路运输、铁路运输燃油消费量的估算方法、参数及区域分配方法,并根据文献研究和公开资料进行校对,采用中国交通领域CO₂排放因子,计算中国2007年全国和各省道路运输、铁路运输、航空运输和水路运输的CO₂排放。中国2007年交通领域CO₂排放量为4.36亿t,占2007年全国能源利用CO₂排放的7%,低于2007年全球交通部门23%的排放比例。中国道路运输CO₂排放占交通领域绝对主体,为86.32%。