北京一次持续性雾霾过程的阶段性特征及影响因子分析

利用北京地区高时间分辨率观测资料对2009年11月3—8日一次持续性雾霾天气过程中的气象因素和气溶胶演变特征进行了分析。结果表明,该次雾霾过程具有明显的阶段性特征,前期以霾为主,中期发展为雾霾交替,后期随着相对湿度减小再次转换为霾并最终消散。边界层逆温是低能见度过程形成的必要条件,但并不最终决定雾霾低能见度强度。相对湿度和PM_2.5浓度是决定能见度大小的两个关键影响因子,对能见度的影响体现出阶段性特征。大部分时段PM_2.5浓度是影响能见度的主要因子,当能见度小于1 km时,能见度变化更多受相对湿度影响。不同的情景计算表明,控制PM_2.5浓度对于改善本次过程的能见度有重要作用。     

天津市滨海新区持续性重度雾霾成因分析

2015年12月20—26日滨海新区出现持续性重度雾霾天气,空气质量指数AQI持续5 d大于200。利用大气观测、探测及污染物探测资料、NCEP再分析资料等,分析此次重度雾霾成因。结果表明,持续的纬向性环流及地面弱气压场,使逆温层建立;近地面切变线使污染物、水汽汇聚结合形成持续雾霾。逆温层接地后,当主要污染物PM2.5浓度350μg/m~3时,相对湿度即使小到45%,也会出现能见度2 km的重度霾;当PM_(2.5)浓度300μg/m~3、相对湿度90%时,会出现能见度0.1 km的严重雾霾。逆温层不接地,当PM_(2.5)浓度65μg/m~3时,即使相对湿度90%,能见度也会6 km,不能形成雾霾。因此逆温层形成后接地和污染物浓度是滨海新区持续重度雾霾产生的关键条件。     

哈尔滨一次罕见持续雾霾天气的成因及特征分析

本文通过环流形势、逆温层、能见度、相关的气象实况要素以及PM10和PM2.5的变化特征并针对哈尔滨在2013年10月19-23日出现的历史上罕见的雾霾天气进行了分析,得出雾霾天气出现的指标:高空850 h Pa形势的稳定维持,暖空气控制;地面回流稳定,处于弱高压控制,是导致大范围雾霾天气持续出现的主要背景。相对湿度增大,气压稳定,风速减小,温度降低等气象因子有利于强雾霾天气的出现及其维持。随着冷空气的侵入、降水的产生,风力的加大,逆温的破坏、温度的回升都能有利于雾霾浓度减弱或消散。当雾霾天气加重时,PM10与PM2.5值加大,说明气象条件与大气污染有极大的关系。     

天津市东丽区一次持续性雾霾天气过程的特征及影响要素分析

基于常规气象观测资料和PM_2.5浓度资料,分析了2019年1月10—14日天津市东丽区出现的一次持续性雾霾天气特征及其成因。结果表明：此次雾霾天气具有明显的阶段性特征,高空平直西风环流、中层暖脊和地面弱气压场为此次雾霾天气出现提供了有利的天气形势。轻雾和霾阶段,能见度变化更易受到相对湿度的影响;而雾阶段,能见度变化更易受到风速的影响。PM_2.5浓度与地面气象因子关系密切,与能见度、风速负相关,与相对湿度正相关。当其他气象条件稳定,且周边地区污染物浓度较高时,近地面风向转变,对本地区雾霾的出现起到关键性作用。     

淮安一次雾霾过程的污染物变化特征及来源分析

2012年6月9-11日淮安及周边地区出现了一次严重雾霾天气,PM2.5、NOx、CO、SO2等大气污染物浓度急剧升高.本文综合利用地面空气污染监测资料、气象观测资料,分析了该次雾霾过程中污染物的变化特征和影响因素,并对污染物的来源进行了探讨.结果发现：在这次连续雾霾过程中,SO2的质量浓度都在0.049 mg/m3以下;NOx、PM2.5、CO的质量浓度与能见度呈反相关,并在整个雾霾过程中出现两个峰值,均出现在能见度低于1 000m的雾过程中;在雾霾天气过程中,中低层一直维持一个逆温层结,其中四个时次中逆温层底在975 hPa,逆温层顶在925 hPa附近,这种稳定的大气垂直结构不利于大气湍流、水汽的垂直交换以及污染物的垂直扩散,为雾霾的长时间维持创造了良好的热力条件.整个雾霾过程中,近地层始终维持偏东风向,能见度在风速下降的时候随之下降,在风速增大的时候随之增大.应用轨迹模式分析表明,有利的天气条件和大面积秸秆燃烧的结合是造成这次淮河下游连续雾霾过程发生的主要原因.     

江苏地区连续性雾霾天气的污染物浓度变化和特征分析

针对2013年1月江苏淮安地区发生的一次连续性雾霾天气过程,分析该天气过程中PM10和PM2.5的质量浓度演变特征、能见度与气象要素之间的关系、中低层环流特征以及污染物来源。结果表明:雾霾期间PM10和PM2.5质量浓度最低值出现在05:00至07:00(北京时间,下同)和13:00至17:00,最高值出现在21:00至23:00,PM10和PM2.5质量浓度并非同时达到极大值;持续变化较小的气压梯度、较低的风速、相对湿度的增大以及PM2.5和PM10质量浓度的增高是雾霾发生发展的必要条件;能见度与气压、相对湿度、PM2.5质量浓度的相关性较好,建立回归方程,对能见度的整体变化趋势拟合效果较好;高空环流形势平稳、中低层的暖平流、持续稳定少动的地面高压场分布为雾霾天气的持续发生发展提供了有利的形势背景;稳定的层结结构、中低层偏东及偏东北方向气团的输送、本地污染源以及严重的空气污染是此次过程中能见度偏低、霾天数较多的主要原因。     

基于地基微波辐射计观测的东营地区低能见度天气指示性分析

针对东营市2016—2017 年出现的27 个低能见度天气过程,利用 MP -3000A 型地基微波辐射计二级数据,计算过程影响期间逐10 min 的逆温层温差、逆温层厚度和低层相对湿度等物理量。 结合空气质量和能见度变化情况,按照雾和霾、雾、降水三类天气对 27 次过程进行分类研究,总结地基微波辐射计观测的温湿度量对低能见度天气的指示意义和参考指标。结果表明:(1)雾和霾共同影响导致的低能见度天气出现在冬半年,PM2. 5浓度越大通常对应的能见度越低;逆温层温差和逆温层厚度与能见度的相关系数分别为-0. 39 和-0. 45,逆温层温差增大指示能见度降低,逆温层厚度减小指示能见度升高。低层相对湿度在 90%以上时,能见度受雾影响通常小于 2 km;低层相对湿度在80%以下时,能见度受霾影响仍然维持在5 km 以下。(2)雾影响导致的低能见度天气多出现在冬半年,与 PM2. 5浓度无关;逆温层温差和逆温层厚度与能见度的相关系数分别为-0. 54和-0. 45。在逆温层生成和破坏阶段,逆温层温差变化幅度大,对能见度的指示性更强,而逆温层厚度变化幅度相对较小,多维持在 300 ~ 400 m 之间。低层相对湿度 90%以上时能见度通常小于5 km,当低层湿层消失后能见度升高至 5 km 以上。(3)降水影响导致的低能见度天气出现在夏季,多伴随短时强降水出现,强降水时段逆温层温差达到8 ℃ 以上,逆温层厚度为 500 m;强降水结束后,逆温消失,能见度转好。     

一次低能见度事件中大气颗粒物的微物理特征

利用合肥地区高时间分辨率观测资料对2013年1月13-15日一次低能见度事件中大气颗粒物变化进行分析,依据能见度、相对湿度和PM2.5浓度将过程划分为轻雾、霾、雾3个阶段,进而研究不同阶段大气颗粒物的微物理特征。结果表明：这次低能见度事件经历了“轻雾—霾—轻雾—雾—轻雾—雾—轻雾”的阶段转换过程。整个过程PM2.5/PM10和PM1/PM2.5与能见度呈负相关关系,雾阶段PM2.5/PM10大,细颗粒物积聚程度较快;而轻雾和霾阶段PM2.5/PM10小且离散程度大,粗颗粒物生成速度较快。不同阶段的颗粒物谱分布存在较大差异,轻雾和霾阶段的细颗粒物数浓度、表面积浓度和体积浓度谱形相似;雾阶段对不同粒径尺度的颗粒物数浓度、表面积浓度和体积浓度均有沉降作用,雾过程持续时间越长,对颗粒物的沉降作用越强。     

相对湿度和PM2.5浓度对大气能见度的影响研究:基于小时资料的多站对比分析

为了全面分析浙江省不同区域能见度变化基本特征及影响机理,基于杭州、宁波、温州3个国家基本气象站2013-2014年逐时能见度观测资料,比较分析了3市能见度变化的基本特征。发现3市不同等级能见度出现频率基本一致,随着能见度等级的提高,出现频率逐渐降低;从能见度的日变化来看,07时（北京时）前后最低,之后缓慢上升,14-15时达到最高,随后逐渐下降;全年有两个能见度较低时段,分别出现在12月-次年2月和5-6月;总体而言,宁波能见度最优,杭州和温州大体相当。功率谱分析结果表明,3市能见度均有显著的日周期,高频波段呈现出多个显著谱峰,低频波段存在若干显著谱峰。进一步开展机理分析,发现相对湿度和PM2.5浓度是调制大气能见度的关键因子,相对湿度增大、PM2.5浓度升高导致能见度降低。在同一相对湿度等级下,初始阶段能见度随PM2.5浓度的升高迅速降低,到达“拐点”之后降低速率趋于缓慢。在同一PM2.5浓度水平下,相对湿度越大,能见度越低,说明水汽对能见度也有重要影响。基于相对湿度和PM2.5浓度两个因子,采用非线性拟合方案构建了大气能见度定量统计模型,总体而言模型拟合效果较好。最后针对研究中存在的不足和未来值得进一步发掘的科学问题进行了讨论。      

江西省中北部地区一次典型灰霾天气过程分析

利用气象观测资料、南昌市PM2.5资料并结合HYSPLIT轨迹模型,对2013年12月4—10日江西省中北部地区一次典型、持续性灰霾天气过程进行了分析,综合讨论了灰霾天气发生过程中的天气形势、风速、能见度、低层相对湿度、层结稳定度等气象要素和物理量特征,分析了PM2.5浓度等环境要素的变化特征以及导致此次灰霾天气的污染源。结果表明:1)此次灰霾天气过程的500 h Pa高度层平均环流形势为"两槽一脊"型,江西省受西北偏西气流控制;弱冷空气、静稳天气是灰霾天气得以形成和发展的主要天气背景场。2)较小的近地面风速和较大的相对湿度以及中低层逆温层的存在均是此次灰霾形成和维持的重要条件,且此次灰霾天气过程中能见度分别与近地面风速和相对湿度、PM2.5浓度呈正、反相位关系,湿度升高、污染物浓度较高、风速较低的气象条件容易形成低能见度。3)灰霾天气气溶胶颗粒物浓度的升高可能是由本地污染源和甘肃省、内蒙古自治区一带以及四川省东南部污染源共同造成的;前期整体出现在2 km以下,随着时间的推移,浓度升高。     

乌海市灰霾天气的气候特征分析

利用乌海市1971—2009年每天4个时次（或3个时次）的常规地面观测资料和2004—2009年的空气质量状况（PM10、SO2、NO2浓度值）,统计分析了乌海市灰霾的分布特征和规律以及出现灰霾时的相对湿度、平均水平能见度、2分钟平均风速、风向特征和空气质量状况。得到：（1）乌海市1971—2009年共出现165次灰霾天气,2004年以后出现了161次,最多出现在2007年和2009年;春季出现次数最多,冬季最少;4月出现最多,1月和2月出现最少;82.4%的灰霾天气出现在08时。（2）当出现灰霾时,相对湿度在60%以下占71%,相对湿度在70%以上时绝大部分是与雾同时出现;灰霾天气出现最多风向是偏南风,最多风速是≤3.0 m.s-1。（3）2004—2006年出现灰霾时92%的空气质量出现了三级轻微或轻度污染,2007年以后出现灰霾时,在冬半年空气质量绝大部分为三级轻微或轻度污染,而在夏半年大部分空气质量为良。     

2006-2010年福建沿海城市群低能见度天气特征及影响因素

利用2006年1月至2010年12月各城市能见度、相对湿度、降水、天气形势和PM10的浓度资料分析福建沿海城市群低能见度天气的特征及其影响因素,并将福建沿海主要城市分成北部、中部和南部3个城市群。结果表明：北部城市群每年霾日只有8-26 d,低能见度主要是由（轻）雾引起的,而中、南部城市群低能见度主要是由霾引起的;各城市群（轻）雾和霾天气主要出现在12月至翌年6月,7-11月出现率极低,而平均能见度夏秋季节高于冬春季节;各城市群的低能见度、（轻）雾和霾均以“短暂”为主,其次是“半天”,“全天”最少;低涡切变下（轻）雾的日数最多,其次是高空槽和暖区辐合,再其次是变性冷高压;霾出现频率较高的是暖区辐合、高空槽和变性冷高压3种天气形势;PM₁₀浓度在霾、非低能见度天气下和（轻）雾天气条件下分别为0.068-0.109 mg·m^-3、0.041-0.072 mg·m^-3和0.044-0.064 mg·m^-3。     

北京一次持续霾天气过程气象特征分析

2013年1月10-14日,北京平原地区出现了水平能见度在2 km以下、以PM_2.5为首要污染物、空气质量持续5 d维持在重度以上污染水平的霾天气。综合分析此次霾天气过程的天气形势、北京地区常规和加密气象资料以及城郊连续观测的PM_2.5浓度资料。结果表明：此霾过程期间,北京高空以平直纬向环流为主,受西北偏西气流控制,没有明显冷空气南下影响北京地区,地面多为不利于污染物扩散和稀释的弱气压场;大气层结稳定、风速小(日平均风速小于2 m·s^-1)、相对湿度较大（日平均相对湿度在70 %以上）、逆温频率高强度大,边界层内污染物的水平和垂直扩散能力差;北京城区及南部的京津冀地区人类活动排放污染物强度大,在相对稳定和高湿的天气背景下,受地形和城市局地环流的影响,北京本地污染物累积和区域污染物输送以及PM_2.5细粒子在高湿条件下的物理化学转化等过程共同作用造成此次北京城区及平原地区污染物浓度快速增长并持续偏高,高浓度PM_2.5对大气消光有显著影响,造成低能见度和持续霾天气。     

一次大雾天气下PM2.5二次无机粒子的数值模拟

利用多尺度空气质量模式系统（Models-3/CMAQ）对2002年12月1—3日北京及周边地区发生的一次大雾天气进行数值模拟,分析了大雾天气下PM2.5二次无机粒子的演变及其影响。结果表明,白天相对湿度降低,雾滴蒸发脱水后PM2.5二次无机粒子会悬浮在大气中;夜间在水汽凝结成雾滴的过程中,大量的PM2.5二次无机粒子提供了充足的凝结核,促进大雾天气的进一步发展。午后PM2.5二次无机粒子积聚及较高的相对湿度是造成北京及周边地区低能见度的重要原因,并推断该区域很可能是霾天气。     

霾观测判识标准定量化对雾霾观测记录的影响

为研究霾观测判识标准定量化对雾霾观测记录的影响,选取2006—2012年湖北省18个基准站、基本站和一般站三类国家级地面气象观测站的资料,对已记录和按照相对湿度判识标准统计的雾、轻雾和霾天数进行分析,结果表明:判识标准定量化将使霾的观测记录明显增多,轻雾和雾观测记录略有减少,霾和轻雾观测记录将更趋合理,就湖北省而言,相对湿度在80%~95%之间,应以轻雾和雾为主;通过定时观测时次的能见度、相对湿度,以及日天气现象记录,可以得到历年按照相对湿度判识标准统计的霾和轻雾天数,实现对历史资料序列的订正,形成判识标准改变前后均一化的月年资料序列。判识标准定量化后,不能机械的硬套判识指标,观测员仍需熟练掌握轻雾和霾以及其他视程障碍现象的成因和特征,避免相对湿度在霾观测判识标准上下波动、轻雾处于消散过程阶段,轻雾与霾的频繁转记。     

2018年1月青岛市一次重度污染雾—霾天气成因分析

利用中国国家地面站逐小时气象观测资料、中国环境监测总站空气质量逐时监测数据、ECMWF 0.125°（纬度）×0.125°（经度）再分析资料及青岛市八关山自动站常规要素逐小时数据,对2018年1月15~22日青岛市一次重度污染雾—霾天气过程的特征及其影响因子进行分析。结果表明:PM10为首要污染物,污染过程中青岛市48 h 输入污染源前期主要为北方干冷气团与江淮湿空气在山东半岛北部汇聚堆积,后期则主要包括山东省内局地大气污染物排放。雾—霾期间,500 hPa中高纬地区受乌拉尔山阻塞高压和中西伯利亚冷低压控制,宽广的东亚横槽稳定维持,青岛上空以平直西风气流为主,地面等压线稀疏,风速小;随着横槽转竖,纬向型环流转为经向型,冷空气大举南下,风速急增,降雪发生,雾—霾迅速消散。在静稳的大气环流背景下,当近地逆温层内弱风或持续吹陆风,对流层低层上升和下沉运动较弱,水汽条件较好时,有利于雾—霾维持。综合分析雾—霾各阶段PM2.5浓度和相对湿度与能见度间的关系发现,霾阶段两因子影响力相当;雾阶段能见度主要受相对湿度的影响;静稳条件下PM2.5浓度累积增加是影响雾、霾混合阶段能见度的主要因子。     

江苏省雾霾天气特征分析

根据2007年1月—2013年12月江苏省国家基准气候站的逐日地面观测资料,分析了江苏省雾、霾日数的气候变化特征以及霾天气发生时的主要气象要素场特征。结果表明:(1)雾日数分布从江苏省东部向西部逐渐减少,霾分布由南向北逐渐递减。(2)年际变化上,雾日数呈现一定的波动,霾日数逐年增长。秋、冬两季雾日数较多;霾日数在夏季最少。雾、霾天气分别在08时和14时发生次数最多。(3)淮安中度霾居多,微风、高湿情况下霾发生概率最高,不同季节风向分布不同。(4)风速与能见度成正相关关系,春、夏季的相关性较差,秋、冬季相关性相对较好。能见度与相对湿度春、冬两季两者之间呈明显的线性负相关,而夏、秋季拟合曲线呈非线性负相关。     

内蒙古地区沙尘和霾自动观测数据的可靠性和修正方法研究*

2014年,中国气象局将地面人工观测业务调整为自动仪器观测的方式,这一改变明显提高了工作效率,但对观测结果,特别是视程障碍类观测产生了一定的影响。为了完善内蒙古地区霾和沙尘天气判别标准,获得准确可信的气象资料,本文选取了2001-2019年内蒙古12个站点逐三小时的气象观测资料,从时空分布特征和判别方法研究了内蒙古地区沙尘和霾自动气象观测数据的可靠性和判别标准的适用性。结合PM2.5和PM10两个空气质量指数,通过修正错误记录,将沙尘中误判的霾和无天气、霾中误判的沙尘、雾和无天气等分离出来。对比结果来看,修正前,霾和沙尘分别占总频次的95%和5%；修正后,霾、沙尘、雾和无天气分别占总频次的55%、17%、1%、27%。对比呼和浩特单站一次沙尘和一次霾天气过程中气象要素和空气质量指数的连续变化可以看出,相对湿度与PM2.5的相关性均达到了0.5以上。沙尘期,能见度与PM10负相关,PM2.5和PM10相关性较差；而霾期,能见度与PM2.5和PM10的相关性较差,PM2.5和PM10相关性达到了0.8以上,即不同相对湿度环境下影响能见度的因素不同。     

合肥市不同天气条件下大气气溶胶粒子理化特征分析

为探讨合肥市霾天气大气气溶胶粒子的组成及来源,在2012-2013年代表性月份用安德森分级采样器在合肥市区进行大气气溶胶粒子采样,并分析各样本中水溶性无机离子成分(NH4+、Mg2+、Ca2+、Na+、 K+、NO2-、NO3-、Cl-、SO42-)。根据同期气象资料把采样背景天气分为晴空、雾、霾、轻雾等4类,详细分析了这4种天气下大气细粒子(指PM2.1)和粗粒子(粒径大于2.1 μm部分)的浓度、组成以及主要离子组分的异同。结果表明:(1)观测期间晴空天多对应空气质量优良,雾、霾天对应轻度到重度污染,从晴空天到雾、霾天,PM2.1浓度大幅度上升,且其占总悬浮颗粒物(TSP)的比例显著上升。(2)从晴空天到雾、霾天,水溶性无机离子质量占PM2.1质量浓度的比例上升,分别为46%(晴空)、67%(霾)、61%(雾)、80%(轻雾)。PM2.1中水溶性无机离子浓度居前3位的雾、霾天是SO42-、NO3-和NH4+,晴空天为SO42-、Ca2+、NO3-。(3)与晴空天相比,霾天PM2.1中水溶性无机离子浓度变化倍数最大的是NO3-(为晴空的6.1倍,下同)、其次是NH4+(3.6倍)和SO42-(3.0倍);雾和轻雾天PM2.1中水溶性无机离子浓度变化最大的是NO3-(>10倍)、其次是NH4+(>5倍)和Cl-(>4.0倍)。(4)4种天气下,与人为污染有关的离子(SO42-、NO3-、Cl-、NH4+)尺度谱存在显著差异,呈双峰型、单峰型、三峰型等;而Ca2+的尺度谱无明显变化,基本上都呈双峰型。(5)在粒径3.3 μm以下,阳、阴离子平衡较好,随着尺度增大变差,且晴空天比雾、霾天差。主要阴离子浓度间、Cl-和Na+间的比值和相关性,在晴空天和雾、霾天差异较大。