乌鲁木齐市日最大边界层高度变化特征分析及其与空气质量的关系

利用2007—2017年乌鲁木齐市L波段探空雷达和地面常规观测数据,以Holzworth干绝热曲线原理,估算该地逐日最大边界层高度,并计算对应的边界层平均风速和通风量等数据。同时,应用2015—2017年空气污染指数(AQI),探讨空气质量与大气边界层参数的关系。结果表明:乌鲁木齐市日最大边界层年均高度为1415 m,总体上呈下降趋势,平均降幅为5. 9 m·a^-1。时间序列上,日最大边界层高度分布呈明显周期性。逐月数据呈"抛物线"状,1月平均高度最低(336 m),6月平均高度最高(2400 m)。冬季边界层平均风速最小,为2. 6 m·s^-1,春季和夏季最大,均为5. 6 m·s^-1。一年中,1月平均通风量最小,为977. 0 m^2·s^-1,5月平均通风量最大,为14835. 9 m^2·s^-1,4—9月为平均通风量大值期,平均通风量为13282. 3 m^2·s^-1。大气污染物在风速弱、边界层高度低和通风量小条件下的累积,易造成中度以上污染。冬季,乌鲁木齐常处于蒙古高压后部或底部,为造成冬季污染严重的重要原因之一。     

彭州边界层铁塔风梯度特征研究

利用2018年10月~2020年12月彭州边界层铁塔的风速风向观测资料,分析了彭州地区近地面各季节平均风速日变化、盛行风向及污染系数特征,在此基础上,选取彭州大风天气个例,对按月分类法和风速区间法的反演结果进行了有效性验证。结果表明:除夏季10m高度盛行西风以外,其余三季各高度均盛行东北风,秋冬两季各高度东北风出现频率大于春夏两季,每个季节随着高度增加,东北风出现频率均逐渐增大,对应平均风速均逐渐增大。春夏季10m高度的最大污染系数在偏西方向,其他各高度最大污染系数均在东北方向,各层高度最小污染系数多在东南或偏南方向;秋冬季各高度污染系数均大于春夏季,最大均为东北方向,10~20m最小污染系数多在偏南或偏东南方向,60~90m最小污染系数为偏西北方向;彭州铁塔偏西和东北方向不宜布设污染源。两种风速反演方法均能对近地面风速进行较为有效的反演,风速区间法在大风区间的反演效果优于按月分类法。      

乌鲁木齐市边界层日变化特征

利用乌鲁木齐市晴天CFL-03型风廓线雷达观测资料,分析了边界层日变化特征。得出结论如下:边界层结构季节变化明显。冬、春季300~600m以下风速较小,小于3m/s,且愈近地面风速愈小;以上风速大、风向恒定,基本为东南大风。夏季和秋季风速比冬季和春季小,流场特征较复杂,水平风速和风向变化较活跃,存在明显的风切变。折射率结构常数春、秋和冬季比夏季分别小1个、3个和1~3个量级;夏季最大,集中在10~(-16)~10~(-13) m~(-2/3)之间。春、夏和秋季晴天湍流动能耗散率量级分别在10~(-6)~10~(-2) m~2·s~(-3)、10~(-4)~10~(-3) m~2·s~(-3)、10~(-6)~10~(-3) m~2·s~(-3)之间;白天比夜间约大1个量级。晴天折射率结构常数和湍流动能耗散率日变化特征与风场日变化特征有较好地对应关系,即湍流发展旺盛的区域与风速较大的区域相一致。风廓线雷达资料反演的湍流动能耗散率对春季和夏季边界层结构日变化演变特征的监测较好。夏季夜间稳定边界层约400~500m,残余层可达到约1800m,对流边界层可发展到约2500m,混合层约2200m,夹卷层约300~400m。     

利用探空资料估算青藏高原及下游地区大气边界层高度

利用三个时段的探空加密试验资料,分别采用气块法和Richardson数法来估算青藏高原及下游地区的对流边界层和稳定边界层的高度特征。结果显示:(1)高原中部对流边界层结构的出现概率高于高原东侧及下游地区,而四川盆地稳定边界层结构的出现概率远高于高原和长江中游。(2)高原中部和东侧的对流边界层高度春季高而夏季低,其中高原中部的对流边界层高度高于高原东侧;四川盆地和长江中游的对流边界层高度冬季低、夏季高,而高原东侧的对流边界层高度的变化趋势则相反;四川盆地的对流边界层高度低于长江中游。(3)高原的稳定边界层高度春季高而夏季低;冬季四川盆地的稳定边界层高度高于高原东侧和长江中游,而夏季长江中游的稳定边界层高度高于高原东侧和四川盆地,冬夏差异导致的稳定边界层高度的变化幅度在长江中游最明显,四川盆地次之,而高原东侧最小。(4)高原东侧及下游地区的平均边界层高度的日变化具有相似的演变特征,平均边界层高度在白天高夜间低,而高原中部的平均边界层高度在日出左右较低,之后随时间逐渐增高,并在晚上达到最大值;高原的平均边界层高度的日变化振幅大于下游地区,且其日变化振幅随站点海拔高度的增加而增大。     

基于高分辨率数值模拟的杭州市通风廊道气象效应研究

城市通风廊道能增加城市空气流通能力,缓解城市热岛,为了定量评估城市通风廊道的气象效应,本文采用区域边界层化学模式(RBLM-Chem),利用杭州市高分辨率地表类型、城市建筑等资料,开展了杭州市通风廊道影响的模拟研究,模式水平分辨率为250 m。本文针对冬季和夏季两个典型个例进行数值模拟和敏感性试验,夏季个例时间为2013年8月12日,盛行南风,风向顺着通风廊道;冬季个例时间为2014年1月28日,盛行东风,风向垂直于通风廊道。主要结论如下:城市绿色通风廊道有增加风速、降低气温、提高湿度的作用,与没有通风廊道的情况相比,夏季风顺着廊道方向时,廊道区域风速平均增加可达1.4 m/s,廊道区域内60 m高度风速平均增加可达1 m/s。而冬季风垂直于廊道时,廊道区域风速增加较小,仅有0.5 m/s左右。通风廊道夏季降温幅度平均可达2.7°C,冬季降温幅度较小,仅有0.6°C左右。通风廊道对气象场的影响随风向向下游延伸,夏季在通风廊道下游250 m处,风速增加、气温下降、相对湿度增加最大值分别为1.5 m/s、2.9°C、3.1%,即使在通风廊道下游1500 m处,最大降温仍有1.2°C。     

乌鲁木齐一次重污染过程及其边界层特征量分析

针对2020年1月5—17日乌鲁木齐出现的重污染天气，利用乌鲁木齐的探空站资料和地面常规气象数据计算了最大混合层高度、平均风速、逆温特性、边界层通风量、能见度、相对湿度等，对最大混合层高度、能见度、相对湿度与PM_2.5质量浓度进行了相关性分析，并利用Hysplit后向气团轨迹模式分析污染形成源。结果表明：此次重污染天气过程大气层结较为稳定，主要表现为逆温层厚(平均577 m)、逆温强度大(平均1.7℃/100 m)、最大混合层高度低(平均400 m)；边界层通风量对局地空气质量影响显著；PM_2.5质量浓度与相对湿度呈弱的正相关，与能见度呈指数相关；Hysplit后向气团轨迹模式分析得出此次污染过程以局地排放为主要形成源。     

中国西北地区大气边界层高度变化特征——基于探空资料与ERA-Interim再分析资料

利用中国西北地区2015年9月至2016年8月38个站点L波段探空观测、2016年7月加密探空观测和ERA-Interim边界层高度资料,对比分析了西北地区大气边界层高度变化特征。观测资料表明,在中国西北地区,08:00(北京时,下同)冬季边界层高度最高; 20:00春季边界层高度最高,边界层高度从西部到东部有显著降低的趋势。ERA-Interim资料基本能表现出边界层高度的区域分布,但相对于探空观测得到的边界层高度,除夏季20:00外,ERA-Interim再分析资料边界层高度均偏低。全年平均而言,08:00(20:00)偏低160 m(170 m),其中在08:00(20:00),冬季(春季)偏低最显著。08:00边界层高度与低层稳定度、近地层温度和风速相关更加显著; 20:00边界层高度与低层稳定度和相对湿度相关更加显著。2016年7月加密观测资料对比表明,ERA-Interim资料的对流(中性)边界层高度显著偏高;低层稳定度、相对湿度偏小,风速偏大可能是造成边界层高度偏高的原因; ERA-Interim资料的稳定边界层高度偏低,与低层稳定度和近地层温度偏低相关,但其影响因素相对更加复杂。     

近40年南澳县大风特征分析

利用1970—2009年南澳县气象局地面气象观测站风向、风速记录资料进行统计分析。结果表明：近40 a南澳县年平均风速为3.7m/s,秋季最大,冬季次之,夏季最小;年平均最大风速为13.8m/s,春季最大,冬季次之,夏季最小;年平均大风日数为68 d,冬季最多,春季次之,夏季最少;近40 a来的年平均风速、平均最大风速和年大风日数均呈减少趋势;大风日数年内变化呈一峰一谷型;最多风向为ENE风向,NNE和NE风向位居第二,偏西风最少。     

银川市大气边界层逆温影响因素及其与冬季PM2.5的关系

为了探究银川市大气边界层逆温特征和影响因素及其与冬季PM_2.5污染的关系,利用2015—2020年银川气象站探空、地面气象观测资料及银川市空气质量监测数据,在分析银川市大气边界层逆温及地面气象要素特征基础上,以冬季为研究时段,探讨逆温与地面气象要素对PM_2.5污染的影响。结果表明：(1)银川市清晨大气边界层较傍晚更易出现逆温,且逆温多为贴地逆温,贴地逆温较悬浮逆温强度大、厚度小;逆温频率和厚度冬季最大、夏季最小,逆温强度秋季最强、夏季最弱。(2)冬季晴天,地面平均风速1.0～1.5 m·s^-1、相对湿度30%～60%的气象条件下易出现逆温。(3)贴地逆温是影响冬季PM_2.5污染天气的主要气象因素之一,当逆温厚度超过596 m、强度超过1.4℃·(100 m)^-1时,易出现PM_2.5污染天气,且随着逆温厚度增大、强度增强,污染加重。(4)冬季PM_2.5污染天气下,清晨天空状况多为晴天,通常地面平均风速小于1.3 m·s^-1     

金沙江下游局地大气边界层风场变化特征

利用2008年在金沙江下游溪洛渡水电站坝区及向家坝水电站库区获得GPS低空探空资料以及同步地面观测资料,统计分析了坝区从地面开始到大气边界层2000 m高度四季不同高度的风场变化特征.结果表明:(1)春季溪洛渡坝区大气边界层以偏西风为主导风向,1500m高度层以下静风和小风出现频率大,是四个季节中地面静风、小风出现频率的最大值;(2)夏季地面静风、小风出现频率为四个季节中最小,夏季大气边界层中低层主要盛行西风和西北偏西风;(3)秋季溪洛渡坝区大气边界层中低层主要盛行偏西风,到高层则逐渐转变为偏北风;(4)冬季溪洛渡坝区大气边界层低空盛行以西风和西北偏西风为主导的偏西风;中高层主要风向是西风、西南偏西风、东风和东北偏东风;(5)溪洛渡坝区秋、冬季大气边界层西风、东北偏北风、东北偏东风风速最大值均出现在2000m高度层.     

影响云南空气质量的风场特征分析

利用美国NCEP/NCAR风场再分析资料和云南高空、地面、高山风塔实测风资料,对云南地区的大气风场特征进行了分析。结果表明,云南对流层中低层大气风场常年盛行偏西气流,风向稳定,尤以西南风最多,冬-春-夏-秋四季风场变化特征明显。腾冲、思茅高空盛行风向以西风为主。云南除滇东北、滇东南和局地地形影响外,大部分地区近地面全年以盛行西南风为主。山区全年盛行风向以西南风为主。云南近地面年平均风速1.9m/s,北部大于南部,东部大于西部,冬春季风大,夏秋季风小,风速日变化特征显著。昆明地区大气边界层存在逆温现象,冬季突出,夏季微弱,秋冬春季频率高,夏季频率低。云南空气污染具有干湿季分布特点,1-5月为主要污染时段,冬春季节存在西南和东北两条污染传输通道。     

乌鲁木齐大气边界层结构的四季特征初探

利用乌鲁木齐市2011～2012年08时、20时L波段(1型)雷达探测的高空资料建立了乌鲁木齐大气边界层气象要素数据库,分析了乌鲁木齐边界层内气温、风向、风速和相对湿度的垂直分布及其时间变化特征。结果表明：边界层内温度廓线的日变化和季节变化比较显著,各月均有逆温出现,且08时较20时更易出现逆温,冬季08时逆温层厚度较厚且强度最大。边界层内夏、冬两季风速随高度变化波动较大,春、秋两季变化较小。近地层春、夏、秋三季08时盛行西南偏南风,冬季盛行偏东风和西南风;20时春季盛行东北风,夏秋盛行偏北风和西北风,冬季则盛行东风和东北偏东风。08时、20时风向均随高度的增加呈明显的向右偏转趋势,且日风向的变化具有明显的“山谷风”特点。08、20时的相对湿度冬季最大,夏季最小,且随高度增加,春、夏两季08、20时相对湿度的变化较大。     

济南PM2.5质量浓度与气象条件相关性初步研究

通过对济南2013年12月—2018年2月PM2.5质量浓度数据分析得出,PM2.5质量浓度平均和最大值均为冬季最高,春秋季次之,夏季最低;PM2.5质量浓度值1月和12月最高,8月最低;其质量浓度呈明显的逐年递减趋势。在不同风向上PM2.5质量浓度存在显著差异性,在N风向和ESE(盛行)风向上均出现了质量浓度较大值,一方面与污染物的异地输送有关,另一方面与济南的特殊地形有关。研究表明,无论污染源在山脉的背风侧还是迎风侧,都很容易导致高浓度污染;尤其在冬季,山脉地形还会加重逆温影响,使污染程度加重。通过相关性研究发现,冬季、春季和秋季,PM2.5质量浓度与相对湿度和平均总云量均呈正相关,与日照时数及其距平呈负相关;冬季,PM2.5质量浓度与平均气温及其距平以及最高、最低气温均呈正相关,与平均、最高、最低气压均呈负相关;春季和秋季,PM2.5质量浓度与气温距平值呈正相关;夏季和秋季,PM2.5质量浓度与日降水量呈负相关,而且随着雨强的增大,对PM2.5的洗消作用越显著。上述变量间相关性均通过了P≤0.01显著性检验。     

Changes in Wind Speed and Extremes in Beijing during 1960--2008 Based on Homogenized Observations

Daily observations of wind speed at 12 stations in the Greater Beijing Area during 1960–2008 were homogenized using the Multiple Analysis of Series for Homogenization method. The linear trends in the regional mean annual and seasonal (winter, spring, summer and autumn) wind speed series were-0.26,-0.39,-0.30,-0.12 and-0.22 m s-1 (10 yr)-1 , respectively. Winter showed the greatest magnitude in declining wind speed, followed by spring, autumn and summer. The annual and seasonal frequencies of wind speed extremes (days) also decreased, more prominently for winter than for the other seasons. The declining trends in wind speed and extremes were formed mainly by some rapid declines during the 1970s and 1980s. The maximum declining trend in wind speed occurred at Chaoyang (CY), a station within the central business district (CBD) of Beijing with the highest level of urbanization. The declining trends were in general smaller in magnitude away from the city center, except for the winter case in which the maximum declining trend shifted northeastward to rural Miyun (MY). The influence of urbanization on the annual wind speed was estimated to be about-0.05 m s-1 (10 yr)-1 during 1960–2008, accounting for around one fifth of the regional mean declining trend. The annual and seasonal geostrophic wind speeds around Beijing, based on daily mean sea level pressure (MSLP) from the ERA-40 reanalysis dataset, also exhibited decreasing trends, coincident with the results from site observations. A comparative analysis of the MSLP fields between 1966–1975 and 1992–2001 suggested that the influences of both the winter and summer monsoons on Beijing were weaker in the more recent of the two decades. It is suggested that the bulk of wind in Beijing is influenced considerably by urbanization, while changes in strong winds or wind speed extremes are prone to large-scale climate change in the region.     

郑州市空气质量状况及冬季持续污染过程的气象机理分析

利用2004-2008年郑州市环境监测站所监测的SO2、NO2、PM10日平均浓度资料及历史气象资料,分析了郑州市近5a的空气质量状况与特征,并以2006年12月份的2次持续性污染过程为例,分析了气象条件对污染物浓度的影响,结果显示：郑州市以煤烟型污染为主,污染物浓度具有明显的季节变化特征,冬春季节污染物浓度明显高于夏秋季节;冬季均压场中持续多日风速小、近地面层出现逆温层是造成郑州市出现持续污染事件的主要气象条件,持续性污染过程往往因受冷空气的影响而结束。     

城市化对石家庄站近地面风速趋势的影响

利用1972—2012年石家庄城市站和4个乡村站地面风速资料,采用城乡对比方法,对石家庄城市站地面风速序列中的城市化影响进行分析,结果表明,石家庄站年和季节平均地面风速和平均10 min最大风速的长期下降趋势,主要是由城市化因素引起。具体结论如下：(1)石家庄站年和四季平均风速、平均10 min最大风速和大风日数均呈极显著的减少趋势,年平均减少速率分别为-0.15 (m/s)/10a、-1.05 (m/s)/10a和-2.90 d/10a;乡村站年平均风速呈微弱下降趋势,年平均10 min最大风速减少较为明显,年大风日数减少趋势非常显著,减少速率分别为-0.02 (m/s)/10a、-0.21 (m/s)/10a和-2.19 d/10a。(2)石家庄站年平均风速下降趋势中的城市化影响为-0.13 (m/s)/10a,城市化影响非常显著,城市化贡献率达到86.0%。该站春、夏、秋、冬季平均风速变化的城市化影响分别为-0.16 (m/s)/10a、-0.10 (m/s)/10a、-0.13 (m/s)/10a和-0.15 (m/s)/10a,城市化贡献率分别为82.8%、87.6%、88.6%和85.4%。(3)石家庄站年平均10 min最大风速变化趋势中的城市化影响为-0.84 (m/s)/10a,城市化贡献率为79.7%;春、夏、秋、冬季平均10 min最大风速变化趋势中的城市化影响分别为-0.94 (m/s)/10a、-0.80 (m/s)/10a、-0.60 (m/s)/10a和-1.01 (m/s)/10a,城市化贡献率分别达到90.4%、78.6%、64.9%和79.1%。(4)城市化对石家庄站年大风日数减少的影响不显著,但冬季大风日数减少仍明显与城市化过程有关。     

北京商务中心风环境风洞实验研究

北京商务中心区(Central Business District,CBD)规划于故宫东部约5 km地带,涵盖面积约4 km2,最高建筑物超过300 m.采用风洞刷蚀技术结合朝阳气象站常规资料对CBD行人风环境进行研究,结果表明:(1)在冬春季西北大风时,CBD高大建筑物附近出现局地8级以上大风的概率为0.114%,相当于每年发生5.0次,超过了每年小于1.0次的可接收评估准则,将会影响行人舒适度和安全;偏南风符合行人舒适度评估准则,不会造成明显风环境问题.(2)夏季白天偏南风盛行,在CBD东西两侧建筑物密集区域出现小风(风速低于1.5 m s-1)的概率高达22%,可能造成较严重的局地空气污染.