2019年湖南一次重污染天气过程成因分析

2019年12月12—17日,湖南省出现了一次首要污染物为PM2.5的持续时间长、影响范围大的重污染过程。本文综合应用湖南省环境监测站发布的AQI、逐小时主要污染物浓度和各类气象观测数据资料等,选取长沙为代表站,深入探究本次重污染天气过程气象条件、边界层演变特征等,并探讨污染物的来源和外来源气团移动路径。结果表明:此过程为输入叠加本地的复合型污染,污染积累阶段的弱冷空气打通了污染传输通道,有利于北方污染物南下,污染爆发阶段主要是本地静稳天气叠加上游外来源造成,污染清除阶段湖南地区地面主要是受较强冷空气影响,风力加大,污染物迅速稀释扩散,近地面逆温的存在是此次污染持续并爆发的重要条件。后向轨迹表明,此次重污染天气过程是外来源和本地源共同叠加的结果。     

呼和浩特市2014年冬季AQI特点及重污染天气分析

文章利用国家环保局数据中心提供的呼和浩特市逐日环境空气质量指数(AQI)等级及首要污染物数据,简要分析了呼和浩特市2014年冬季日均AQI及首要污染物特点;对出现6d重污染的天气形势进行了分析,归纳出导致本市冬季出现重污染的两类主要天气类型:首要污染物PM10重污染的沙尘天气类型和首要污染物PM2.5重污染的静稳天气类型。     

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。     

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。     

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。     

2017年11月7—8日南昌市一次重度污染天气过程分析

利用地面常规观测资料、探空资料和大气污染物监测数据等资料,对2017年11月7—8日南昌市一次重度污染天气过程的大气污染物特征、天气形势及气象要素特点等进行了分析,并运用拉格朗日混合单粒子轨道模型（HYSPLIT）分析了大气污染物的后向轨迹。结果表明：1） 此次过程的首要污染物为PM2.5,空气质量呈东部劣于西部,市内劣于市郊的特点。AQI有明显的日变化特征,凌晨和上午10时各有一个AQI高峰,傍晚有一个AQI低谷,中午前后为AQI明显下降时段。2） 地面气压梯度小、风速小,不利于污染物的扩散。对流层中层有低槽东移,低层有弱切变线位于江西省北部,低层弱辐合导致周边污染物向中心辐合堆积。地面能见度与相对湿度变化呈反相关,在重度污染天气发生时多为雾和霾的混合物。南昌上空表现为“中层湿、低层干”的特点,在较干的低层有等温层和弱的逆温层,能抑制大气污染物的垂直扩散。3） 此次重度污染天气过程的大气污染物来源主要有三个,即南昌市周边环境污染、本地污染源的排放和大气污染物的外来输入,外来输入源主要为广东、广西及湖南上空的大气污染物。     

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。     

2014-2016年荆州城区空气质量与气象要素的关系分析

利用2014年1月1日—2016年12月31日荆州城区逐日空气质量数据和同期地面气象要素逐日观测资料,分析了荆州城区空气质量状况、变化特征及其与气象要素的相关性。结果表明,荆州城区优良日数偏少,但2014—2016年荆州城区空气质量略有改善,首要污染物为PM_(2.5);AQI和PM_(10)、PM_(2.5)、SO_2、NO_2、CO的月变化规律一致,呈V型分布,冬季空气污染最严重,夏季空气污染相对较轻,O_3的变化规律则相反,呈反V型分布;除O_3外,AQI和其他污染物浓度与前一日AQI、气压呈正相关关系,与气温、水汽压、湿度、云量、降水、风速呈负相关关系,据此建立了AQI和各污染物浓度的回归预报方程;进一步分析了2014年1月严重污染天气的成因,本地污染物的分布、外地污染物的输入和气象扩散条件是影响空气质量的主要因素。     

山东一次大范围持续性霾过程的气象条件分析

2016年12月30日至2017年1月8日，山东出现了以PM2.5为首要污染物、持续几天、大部地区重度以上污染的霾天气。基于多种实况观测资料和ERA Interim再分析资料，分析了此次过程天气背景和边界层特征等。结果发现：高空平直纬向环流、地面弱气压场、典型的静稳天气，有利于霾维持较长时间。此次过程期间有3次冷空气影响，冷空气的强度影响霾的变化，弱冷空气难以破坏近地层逆温结构，并会从上游向下输送污染物，有利于污染物的累积；较强冷空气带来较强的垂直运动，破坏了静稳天气形势，有利于污染物的扩散及清除。此次过程稳定层结形势下，边界层高度是一个对霾有指示意义的物理量。边界层高度和AQI的变化呈滞后负相关关系，边界层高度降低之后对应AQI指数升高。逆温层长时间的存在是此次霾持续的重要条件，另外由于地理原因东南风增湿和逆温层顶高度降低都会导致污染物浓度增大，使霾加重。     

湘潭市秋季一次大气污染过程分析

利用常规高空和地面气象观测资料、湘潭市空气质量监测数据并结合HYSPLIT4后向轨迹模式对2020年10月28-31日污染天气特征及成因进行分析。结果表明此次污染过程分为3个阶段:第1阶段为北方偏二次型传输阶段,此阶段北风风力较大,在强北风的推动下华北地区污染物(PM_2.5)向南传输影响湘潭;第2阶段为大气高湿静稳条件下本地源(工业源、移动源、扬尘源、生物质燃烧源)排放累积阶段,此阶段地面转均压场,整层大气湿度接近饱和并出现弱降水,气态污染物在污染过程中发生二次转化,颗粒物吸湿增长,且近地面出现逆温,不利于污染物的垂直扩散,导致边界层内的污染物不断累积,污染加重,推高了湘潭的PM_2.5浓度峰值;第3阶段为污染物缓慢清除阶段,随着新一波冷空气影响湘潭地区,水平扩散条件逐步改善,且上游空气质量优良,本地污染物得到有利扩散,此次污染过程结束。     

2015年冬季呼和浩特市一次PM_(2.5)重污染过程分析

文章利用国家环保部数据中心提供的呼和浩特市逐日环境空气质量指数(AQI)等级值及首要污染物数据,在分析了呼和浩特市2015年冬季日均AQI值及首要污染物特点的基础上,对呼和浩特市2015年冬季出现的一次典型PM_(2.5)重污染过程的天气特点进行了分析后得出,风速较小,日平均气温连续几日稳定少变的静稳天气是导致这次连续8d细颗粒物污染过程的天气特点。     

基于气象条件的沈阳市空气质量预报方法研究

空气质量受污染源排放和气象条件共同作用影响。为了定量评估气象条件对空气质量的影响,利用2014—2016年沈阳市取暖季气象与环保827个样本数据,在综合考虑湿度、风速、逆温强度、混合层高度等大气温湿压条件及稳定状况的物理要素基础上构建了沈阳市静稳天气指数,并分析其与空气质量关系。结果表明:通过静稳天气指数阈值9.1,可做为判断引发沈阳市出现重污染天气的条件。重污染天气形成的两种主要类型,一种是在静稳天气形势下出现重污染天气,另一种是在天气不静稳但外来输送明显时出现重污染天气。分析静稳天气指数和不同污染等级PM2.5浓度关系发现,静稳天气指数对空气质量有较好的指示意义,平均状态下,当静稳天气指数大于10.4时,空气质量容易出现污染且静稳天气指数越大,污染越严重。     

杭州AQI的分布特征及其与气象条件相关性分析

根据杭州市2013—2015年的空气质量日报资料,分析了杭州市空气质量特征及其与气象要素的关系,并从气象因素分析了杭州重污染日发生的原因。结果表明:1)杭州市近3年平均AQI为97,良好率为63%,7月杭州空气质量最好,1月空气质量状况最差,近3年杭州的空气质量状况总体有所改善;2)杭州市首要污染物主要为PM2.5和O3,在6—9月,首要污染物主要为O3,在其他月份,首要污染物主要为PM2.5;3)杭州AQI与气象要素密切相关,且不同的时段所依赖的气象因子也不同;4)杭州重污染日时,地面风速小,且68%的重污染日低空存在逆温,71%的重污染日低层存在下沉运动;5)杭州重污染的典型地面形势主要有冷空气影响型、高压影响型和倒槽型3类。     

上海地区空气污染变化特征及其气象影响因素

利用2013—2014年上海地区6种空气污染物小时浓度和逐日空气质量分指数(IAQI)的监测资料,统计分析了上海地区空气污染的变化特征及其气象影响因子。结果表明:2014年上海地区空气质量优良率达77.0%,空气质量总体较2013年明显好转。2013—2014年上海地区AQI具有季节性特征,表现为冬季空气质量较差、秋季空气质量较好的特征,其中12月空气质量最差。由首要污染物分布可知,上海地区最主要的污染物为PM_(2.5),其中冬季PM_(2.5)污染出现最多;O_3则为夏季的主要污染物。由污染物浓度的周循环变化可知,上海地区PM_(2.5)、PM_(10)、NO_2和O_3浓度均存在周末低于工作日的"周末效应",但PM_(10)和NO_2浓度的"周末效应"更显著。由2014年上海地区霾日与PM_(2.5)浓度的变化可知,当PM_(2.5)浓度达到轻度及以上污染时,霾天气出现的概率大幅提高,但二者并非对应的关系。天气形势对PM_(2.5)污染影响较大,基于上海地区天气形势特点可以将PM_(2.5)污染的地面形势分为7种类型,其中高压中心型和高压楔型为PM_(2.5)污染的主要天气型。由于上海地区冬季冷空气活动频繁,西北风将上游地区颗粒物输送至本地,易造成较严重的污染天气;同时在冷高压的控制下,高压中心型和高压楔型天气频繁出现,导致颗粒物不易扩散,也易造成空气污染。夏季和秋季在副热带高压的控制下,水平和垂直扩散条件均较好,不易出现PM_(2.5)污染,但由于气温较高,光照条件较好,易出现O_3污染。     

基于卫星遥感和地面观测资料的汾渭平原一次空气污染过程分析

利用MODIS和CALIPSO卫星资料、地面空气质量监测资料和地面气象要素资料,分析了汾渭平原2018年11月26日—12月3日持续性的重空气污染过程的形成、特征及污染物的可能来源。结果表明:此次污染过程中汾渭平原以中度以上污染为主,首要污染物为PM2.5和PM10;11个代表城市在11月20日—12月7日期间AQI连续超过100的天数除吕梁外均达到或超过10 d,西安、咸阳和渭南污染持续天数和严重污染天数均最多;污染发生时,地面至3 km以内的AOD与总AOD柱的比值为81%,沙漠沙尘和污染沙尘气溶胶出现频率最高,分别为60.18%和25.72%;26日12时BT左右沙尘自西向东传输,受秦岭的阻挡作用,同时低层以偏东风或者静风为主,大气静稳,无明显冷空气活动和降水产生,静稳和高湿的天气持续以及偏东风的阻挡和传输使得该次过程以沙尘和霾混合为主。     

河北中南部连续12 d重霾污染天气过程特征及影响因素分析

2013年12月14—25日,河北中南部地区发生了一次长达12 d的重霾污染天气过程。本文通过对同期气象条件、流场、污染物特征进行分析,探讨了这次过程的成因。此次污染过程与霾密切相关,具有持续时间长、范围广及强度大的特点;在静稳的大尺度气象条件和近地面大气层结下,污染物沿近地面风场的弱辐合区迅速积累,是重覆污染天气形成的关键;此次重霾污染天气过程中有两次弱冷空气活动,两次冷空气影响层次有所不同但影响时间均较短,不能彻底改变静稳大气层结,对污染物的扩散能力有限,重霾污染天气得以长时间持续。     

2013年12月浙北北部两次重度霾过程的对比分析

使用NCEP FNL资料对2013年12月浙北北部两次重度霾过程进行分析,结果发现,两次过程均与冷空气影响有关,发生前存在大范围污染物的持续积累,都是本地排放积累和周边污染传输的综合影响结果。两次过程发生的气象背景不同： 4日过程因静稳天气影响所致,污染物主要来自本地和周边（江苏中东部）的传输积累;26日过程与冷空气影响关系密切,为冷空气前锋携带大量污染物快速南下影响所致,污染物主要来源于黄淮平原远距离输入。边界层逆温有利于增强并导致重度霾发生。风廓线资料显示,边界层偏北风影响至地面时,重度霾发生。1500 m高度以下风力持续低于4级,重度霾和雾发展并持续;边界层风力增大至6级,重度霾消散。静稳天气下,污染物浓度变化与本地活动关系密切,过程中PM颗粒物共出现3个浓度高峰,而冷空气影响下,仅出现单个浓度高峰。     

成都地区一次持续性污染过程天气特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料、地面气象观测资料,重点分析了2013年1月成都地区一次重污染天气过程的天气背景以及地面气象要素演变。结果表明:(1)此次持续的污染天气出现在高空为弱脊控制且位势高度场异常偏高,地面处于变性高压脊或均压场且近地面层风速较弱的静稳天气背景下。(2)产生此次高污染(高AQI)的地面气象条件为:地面冷高压逐渐变性,近地面温度升高,海平面气压降低,近地面相对湿度升高至80%左右,无降水或弱降水,能见度将降低至于10km以下,地面风速减弱。(3)中低层弱风速,弱的水平风垂直切变,700h Pa层附近和近地面层的逆温层,不利于污染物在垂直方向上的扩散,使得污染进一步加剧。      

北京地区静稳天气综合指数的初步构建及其在环境气象中的应用

静稳天气与大气重污染的发生有紧密联系,为定量描述大气的静稳程度,文章研发了静稳天气综合指数。结合统计和预报经验,挑选发生大气污染的气象要素及其阈值条件,通过权重求和得到初步构建静稳天气指数(SWI)。此后,基于近13年的气象数据,分段统计各气象要素不同区间内雾-霾天气出现概率相对气候态的倍数作为分指数,根据分指数最大值和最小值的比值排序,得到10个对静稳天气具有较强指示意义的气象要素,对这10个要素的分指数求和得到静稳天气指数。改进后的指数和PM_(2.5)浓度有更好的相关性。以2015年1月一次重污染过程为例,分析不同阶段SWI和AQI指数的变化,两者具有较好的一致性,均表现出发展阶段稳定增长,消散阶段迅速降低的特征。应用静稳天气指数评估发现,APEC减排期间京津冀地区大气静稳程度和减排之前相当,但污染持续时间和峰值强度较减排前明显降低。SWI可以在重污染天气预报和重大活动减排措施评估中得到有效应用。     

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。