北京冬季二氧化硫污染和气象条件的关系

利用2000年1月25日～2月3日北京地区冬季二氧化硫体积分数的梯度监测资料,结合北京325m气象塔的同期气象资料,分析了观测期间北京地区二氧化硫的体积分数变化趋势及垂直分布情况,讨论了大气二氧化硫体积分数变化和气象条件的关系及二氧化硫的来源问题.研究表明:二氧化硫的体积分数变化及垂直输送与风速、风向、大气稳定度密切相关.风速越小,大气越稳定,近地层大气的二氧化硫污染就越严重;当北京冬季吹SSW、SW、WSW和W风时有较高的二氧化硫.     

冷空气过程对黄海东海区域海洋大气边界层结构影响的个例分析

利用一次冷空气过程的14组GPS探空数据,采用位温梯度法确定了冷空气过境前后大气边界层高度,并分析了冷空气过程对大气边界层结构的影响。结果表明：冷锋过境加大了海洋大气边界层的静力不稳定度,使边界层内对流活动增强,且锋面过后距离锋面越近的区域边界层的静力不稳定度越大;冷锋过境使边界层的平均高度升高,边界层顶处逆温梯度增大。结合ERA-Interim再分析资料,分析认为大气边界层高度与静力稳定度（海气温差）存在显著的正相关关系（相关系数达0.73）,海气温差越大,大气边界层高度越高。     

北京冬季低层大气O3垂直分布观测结果的研究

给出了2001年2月26～28日在北京市方庄小区用系留气艇观测大气边界层O3垂直分布的结果.结合相关资料,对边界层O3的变化机制进行了初步分析.研究表明,冬季边界层O3主要受边界层气象条件、尤其是逆温层的影响比较大.在逆温层以下O3都维持极低值分布,超过仪器所能观测的最低极限.在逆温层向自由大气过渡的高度区域,O3浓度明显的梯度变化与风速垂直切变有关.观测还表明冬季城市市区大量排放的氮氧化物、水汽参与的化学反应是影响边界层O3变化的重要因素.     

区域化学输送模式中NO x和O3源示踪法的引入

发展了化学输送模式中氮氧化合物(NOx)和臭氧(O3)的一种源示踪方法,对这种示踪法及其应用模式作了详细介绍,并结合臭氧光化学反应机理的分析描述了NOx和O3示踪物浓度方程的推导过程。将这种示踪法引用到区域化学输送模式中,并以太原和石家庄地表NOx人为排放产生的活性氮化物和臭氧为例,演示了污染物向北京的输送过程,模拟的O3,NOx和NOz示踪物浓度时空分布与O3,NOx和NOz在大气中的衰减尺度分析一致,表明该示踪法是一种有效的研究区域氮氧化物以及臭氧来源和输送转化过程的方法。个例模拟分析结果显示:太原和石家庄的地表人为排放产生的NOx本身并不能输送到北京,但通过它们产生的O3和HNO3可以输送到北京,对北京地表附近大气污染造成影响。     

北京夏季O3日变化及通量研究

2002年夏季，以北京325m气象塔为观测平台，进行了大气污染物臭氧(O3)及其前体物氮氧化物(NOx)和气象要素加强期的同步观测，并对观测资料做了详尽分析。结果表明：边界层内存在明显的臭氧浓度垂直差异；低层(120m)O3浓度呈明显的日变化，且昼夜振幅较大；夜间高层(280m)O3的化学消耗较弱，可维持较高的浓度；稳定度(Ri)在低层以中性态居多，振幅较小，而在高层以不稳定态居多，振幅较大。两层O3湍流输送通量都呈单峰变化。白天，在O3前体物和局地光化学反应共同作用下，120m左右处的O3污染最大。     

黄山地区复杂地形下污染气体输送过程的数值模拟

使用新一代大气化学传输模式WRF—Chem,模拟了黄山地区2008年4月26日和5月2日不同天气背景下污染气体的输送过程。结果表明：晴天条件下,污染气体的垂直输送主要是通过山谷风环流,将山底污染物垂直向山顶输送,黄山周边地区输送对光明顶污染物体积分数影响较小,气溶胶粒子的主要来源是新粒子生成;云雾天气下,污染物的垂直输送主要是通过边界层内的湍流扩散,夜间近距离输送对光明顶污染物体积分数贡献较大,气溶胶粒子的主要来源是地面输送。     

光化学臭氧日变化特征与其前体物关系的探讨

应用大气光化学模式研究了日最大臭氧体积分数及其出现时刻与其前体物NMHC、NOx体积分数及NMHC／NOx比值的关系。结果表明，影响日最大臭氧体积分数（ψ03max）脊线位置（EKMA图，Empirical Kinetic Modeling Approach）的关键因子是NMHC成份组成比例；日臭氧体积分数达到最大值需要的时间（τ03max）与NMHC／NOx比值及NMHC成份组成比例有关，与NMHC、NOx体积分数关系不大。此外，利用该结果解释了近20a北京日最大臭氧体积分数出现时刻具有不断提前的变化趋势的原因。     

三维对流云对大气光化学组分的再分布作用及其化学效应

利用一个三维的冰雹云模式与化学组分输送模块耦合，得到云输送引起大气光化学组分的再分布，然后用一个包含详细气相化学反应机制的箱模式研究了云输送引起的气相体积分数的变化及其对大气化学系统产生的影响。结果表明，云输送后O3体积分数大于无云个例，但其后两天内两者的变化趋势相差不大；HNO3、NO2、NO3、PAN等的体积分数均明显高于无云个例，分别增长了87％、70％、62％和49％，其中NO2体积分数的增加主要由于云输送造成，而NO3、HNO3、PAN主要是输送对化学扰动的结果。两天内OH和HO2自由基体积分数比无云个例平均增长了13％和11％。     

基于微波辐射计和气溶胶激光雷达的边界层高度研究及应用

分别基于微波辐射计温湿度廓线资料的气块法、位温法和比湿法,地面气象资料的罗氏法及气溶胶激光雷达数据的梯度法,计算得出广州地区大气边界层高度,对比分析5种边界层高度结果及其与气象条件、空气质量之间的关系,结合典型大气污染过程分析边界层高度对PM_2.5、O₃浓度的影响。结果显示:（1）利用位温法、气块法、罗氏法、比湿法和梯度法计算得出广州地区平均边界层高度分别为2 207 m、1 239 m、901 m、717 m和660 m,位温法显著高估了广州地区的边界层高度;（2）利用气块法得出的混合层高度日变化能够较好地表征白天大气边界层演变特征,利用气块法和比湿法得出的白天混合层高度与近地面O₃浓度有显著的正相关关系,相关系数在0.5以上,在O₃污染防治中,应同时考虑边界层内垂直输送的影响;（3）利用梯度法得出的边界层高度在污染天气时与PM_2.5浓度的相关性较好,能较好地表现出大气污染情况,在PM_2.5污染天气过程分析中具有较好的应用价值。      

激光雷达与微波辐射计联合观测大气边界层高度变化

为了研究苏州地区大气边界层结构的日变化及季节特征,利用2014年1—7月期间大气颗粒物激光雷达对苏州上空大气气溶胶进行了连续观测。选定2014年1月15日、3月16日、5月7日与7月22日全天的消光系数探测数据,通过优化后的梯度法得到了该地区的大气边界层高度,分析了其日变化特征,并分析了边界层高度与地表的温湿变化之间的相关性。结果表明除1月15日外,边界层的变化与地表温度存在明显的正相关,而与地表的相对湿度存在负相关。同时,对站点微波辐射计观测得到的温湿廓线与边界层内消光系数廓线进行了联合研究。研究结果表明,微波辐射计湿度垂直廓线与激光雷达消光系数廓线探测得到的边界层具有良好的一致性。     

北京地区严重大气污染的气象和化学因子

利用北京３２５ ｍ 气象塔进行了大气污染物臭氧、氮氧化物、一氧化碳和气象要素的同步观测, 对影响大气污染的气象和化学因子进行了分析,探讨大气污染物变化的规律, 为城市空气污染预报提供理论基础。     

Some Characteristics of the Surface Boundary Layer of a Strong Cold Air Process over Southern China

In southern China,cold air is a common weather process during the winter season;it can cause strong wind,sharp temperature decreases,and even the snow or freezing rain events.However,the features of the atmospheric boundary layer during cold air passage are not clearly understood due to the lack of comprehensive observation data,especially regarding turbulence.In this study,four-layer gradient meteorological observation data and one-layer,10-Hz ultrasonic anemometer-thermometer monitoring data from the northern side of Poyang Lake were employed to study the main features of the surface boundary layer during a strong cold-air passage over southern China.The results show that,with the passage of a cold air front,the wind speed exhibits low-frequency variations and that the wind systematically descends.During the strong wind period,the wind speed increases with height in the surface layer.Regular gust packets are superimposed on the basic strong wind flow.Before the passage of cold air,the wind gusts exhibit a coherent structure.The wind and turbulent momentum fluxes are small,although the gusty wind momentum flux is slightly larger than the turbulent momentum flux.However,during the invasion of cold air,both the gusty wind and turbulent momentum fluxes increase rapidly with wind speed,and the turbulent momentum flux is larger than the gusty wind momentum flux during the strong wind period.After the cold air invasion,this structure almost disappears.     

北京市夏季臭氧变化特征的观测研究

利用2002年7月至8月325m气象塔资料研究了北京市夏季近地层臭氧浓度变化特征及其与气象因子的关系。结果表明：北京市夏季边界层臭氧浓度日变化显著．臭氧浓度随高度增加而增加；臭氧多数为单峰型分布，双峰型仅分布在底层；臭氧峰值出现时间与气温峰值出现时间基本一致，或略有落后。     

北京地区低空风、温度层结对大气污染物垂直分布影响初探

2001年1月5～12日,2月21日～3月1日两次在北京方庄居住小区内进行了大气污染物(二氧化硫、氮氧化物)与气象要素垂直探测,历时16天.共获取了83次(一天8次)边界层垂直温、压、湿、风连续的探空资料以及不同高度(地面、100m、500m)逐时大气污染物浓度监测数据306个.该文分析了低空风日变化规律、时空分布规律、边界层气象条件对污染物垂直分布影响等等;并对1月12日、2月27日两天高浓度污染目的天气特征、温度层结和低空风以及2月25～26日出现100m浓度值高于地面现象都进行了详细分析.观测结果对于了解和研究北京地区冬季低层空气中环境化学污染物质在空中的垂直分布情况及随时间变化规律具有重要的参考价值.     

Gustiness and Coherent Structure of Strong Winds and Their Role in Dust Emission and Entrainment

After the passage of a cold front,spring in northern China,the outbreak of strong wind is often accompanied by dust emissions.Through analyses of data in the atmospheric boundary layer during a typical case,it is revealed there are rather regular gust wave packets superimposed on the basic strong wind flow.The gust-wind wave packets have a period equal to around 3-6 mins and possess coherent structure.As the vertical transport of momentum is decomposed into separate parts by(a) basic flow,(b) gust-wind,and(...     

Boundary layer structure in two fronts passing a tower

Summary The atmospheric boundary layer in an ana-cold front and in a kata-cold front is investigated using measurements at a 200 m high tower near Karlsruhe, Germany. In the ana-cold front the wind speed decreased, whereas the passage of the kata-cold front was accompanied by strong gusts. The frontogenesis function of potential temperature was only weak. Turbulence increased at the fronts as expressed by the turbulent kinetic energy. However, the turbulent vertical momentum flux was relatively inefficient at the passage of the fronts. Also it is attempted to calculated flux profiles and friction in the cold air.With 15 Figures     

Spectral Characteristics and Multi-Scale Structure of the Boundary-Layer Wind Field During Cold Front Passages Over East China

In this paper, data obtained from a 164 m and a195 m meteorological tower in the northern suburb ofNanjing have been used to estimate and analyzetime-space distributions for velocity spectra andscales of multi-scaling turbulence during thepassages of two cold fronts. Results show that anon-precipitating weak cold front and aprecipitating cold front were clearly revealed bytheir wind field structures. The frontal passageinfluenced all meteorological variables over aperiod of 18–24 hours for the former, and a longerperiod of 44–56 hours for the latter. During these periods there occurred gust surges and eddymotions of various meso- and micro-scales with periodsof 3–4 hours and 1–20 minutes respectively. In the inertialsubrange Kolmogorov's -2/3 power law for thevelocity spectrum is partly distorted and theturbulence in the atmospheric boundary layer is not isotropic.