番禺秋季气溶胶浓度的变化与气象条件的关系

利用2004年9～11月在番禺区气象局采集到的气溶胶质量浓度资料和同期的气象资料,分析了番禺秋季气溶胶质量浓度变化及其与气象条件的关系。结果发现：番禺秋季大气污染物主要是PM10,PM10中以细粒子（PM2.5）为主,而且污染严重;气溶胶污染严重时大气层结稳定,污染高值主要出现在西北气流和东北气流的共同影响下,受周边环境的影响明显;PM（PM10和PM2.5）浓度超标日的天气过程主要出现在台风外围环流云系的影响下;气溶胶对能见度的影响较大,二者负相关明显。     

2015年11月沈阳地区一次PM2.5重污染过程综合分析

利用多源观测资料综合分析了2015年11月沈阳地区一次PM2.5 重污染天气的气象条件、垂直风场演变、大气边界层特征以及污染物的来源。结果表明:本次重污染过程中,沈阳市区PM2.5浓度长达81h超过250μg · m^-3 ,其中峰值浓度达到1287μg · m^-3 ,重污染期间PM2.5 /PM10 的比例最高为90%。受地面倒槽和黄淮气旋影响,近地面层持续存在的逆温层、高相对湿度和弱偏北风为颗粒物吸湿增长和长时间聚集提供有利的天气条件。风廓线雷达风场资料显示在重污染期间,近地面层存在弱风速区、凌乱风场和弱下沉气流。利用风廓线雷达资料计算了边界层通风量(Ventilation Index,VI)和局地环流指数(Recirculation,R),边界层通风量VI和PM2.5 存在明显的负相关,非污染日VI是重污染日的2倍,局地环流指数R在重污染天气前大于0.9,而在污染期间部分空间R小于0.8。通过后向轨迹模式和火点监测资料分析发现,沈阳上空300m高度气团来自于生物质燃烧区域,而且沈阳地区NO2和CO浓度的变化与PM2.5一致,说明本次重污染过程也可能和生物质燃烧有关。     

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。     

贵州省空气污染过程的大气环流特征及分型研究

该文通过分析2015—2017年贵州省9次空气污染过程的平均大气环流特征及500 hPa大气环流EOF分型结果,综合探讨了贵州省发生空气污染过程时的高空环流、低空水平输送、垂直结构和逆温等特征以及热力和动力因子的贡献情况。结果表明,贵州省发生空气污染过程时,常伴有低空逆温出现,500 hPa高度距平场分型结果主要呈纬向环流型和两槽一脊型环流形势。对EOF第1模态中持续时间较长、污染较重的2次典型污染过程的低空逆温、风切变和垂直速度等进行深入分析发现,2次典型空气污染过程中,在水平方向上地面风场处于风速辐合区,大气层结较稳定,不利于污染物的水平扩散;在垂直方向上低层风垂直切变较弱,对流上升运动也较弱,不利于污染物的垂直扩散。从热力条件和动力条件上来看,在第1次空气污染过程中动力条件的正贡献占主导作用,而第2次空气污染过程中热力条件和动力条件均是正贡献。     

云南中尺度对流系统地闪分布差异及成因

利用NCEP/NCAR资料以及气象卫星和闪电定位系统等探测资料对2010年3种中尺度对流雷暴系统进行分析。结果表明:MCS频繁地闪对应着TBB≤-52 ℃,但其低中心及其梯度大值区和地闪频数空间分布不同,MCS具有后侧对流发展型、中间对流发展型、前侧对流发展型等三种特征;北方低槽切变配合南方倒槽、高层偏北气流叠加在低层偏南气流上的垂直风场结构、深厚的减弱台风低压倒槽为MCS提供有利环流背景,而近地面800 hPa中尺度辐合线是诱发MCS的直接影响系统,且对流和地闪易于在偏南暖湿气流或风辐合一侧发展;500 hPa以下水平风辐合及高低层间垂直风切变和垂直风辐合导致强烈上升运动,低层上升气流和高层下沉气流的有利配合及稳定次级垂直环流保障上升气流的维持,为MCS发展提供抬升动力机制;高层强大偏东风和垂直风切变导致对流区在MCS后侧,高层偏东风速小于承载层导致对流区出现在MCS前侧,而弱的风或弱的垂直风切变则导致地闪发生在MCS中部对流区;低层大气温度高于周围大气和650～750 hPa高湿层的存在为MCS发展提供足够热力不稳定条件和充沛水汽条件。      

北京地区一次PM2.5重污染过程的边界层特征分析

利用北京市环境保护监测中心和美国大使馆的细颗粒物（PM2.5）逐时监测数据,中国科学院大气物理研究所325 m气象梯度塔资料以及实况天气图和探空资料,对2015年11月27日至12月1日北京的PM2.5重污染过程的边界层特征进行了分析。研究发现:这次重污染过程持续时间长、强度大,其中PM2.5浓度超过75 μg/m3的时次共计126 h,超过150 μg/m3共计116 h,小时最高PM2.5浓度为522 μg/m3。在高低空环流场配置的影响下,近地面静风和多层逆温结构抑制了污染物在水平和垂直方向上的输送,加上边界层内的深厚湿层,使得其中气溶胶不断吸湿增长,高PM2.5浓度得以维持。在重污染期间,湍流动能较低,不利于污染物的水平和垂直扩散。垂直方向的湍流动能一直占水平方向的15%~20%左右,水平湍流动能占主要贡献。摩擦速度与湍流动能呈现出相似的变化趋势,不同高度之间的摩擦速度差别不大。超出前后时次一个数量级的湍流强度尖峰的出现是湍流场发生调整的一个信号,是PM2.5浓度发生剧烈转变的前兆,预示着污染状况更加糟糕。重污染过程中感热通量的输送方向为从地面向大气输送,感热通量和潜热通量都大幅减少,并且表现出明显的日变化特征。对湍流功率谱计算和分析表明,在重污染过程期间,时间尺度为5 min至6 h的中尺度过程对从地面到大气方向的动量和热量通量输送做出了重要贡献。     

2014年2月23—26日呼包鄂地区雾霾天气过程分析

文章利用常规气象资料、自动站气象资料、NCEP2.5°×2.5°资料以及环境气象资料,分析了2014年2月23—26日在呼和浩特市、包头市、鄂尔多斯市全面爆发的一次持续性雾霾天气过程,得出西伯利亚地区冷高压异常偏弱,北半球西风指数较常年明显偏大,表明高空西风分量较强,环流比较平直,经向型环流较弱,不利于引导极地冷空气进入我国;中东部大部地区的海平面气压值较常年偏小1-5h Pa,处于弱气压梯度区,地面风速不大,垂直和水平方向扰动小,静风和小风天气多,形成持续静稳天气。地面风速1-3m,低层垂直速度小,近地层西南气流为主;近地层湿,700h Pa及以上干;地层存在逆温,大气层结稳定。     

伊犁河谷一次极端强降水事件水汽特征分析

2016年7月31日至8月1日,新疆伊犁河谷发生了一次极端强降水事件,多站突破降水极值。利用NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°再分析资料、中国地面卫星雷达三源融合逐小时降水产品、新疆地区常规观测资料、基于地基GPS观测的大气可降水量资料及基于拉格朗日方法的HYSPLIT轨迹模式结果,通过对水汽输送流函数、势函数、水汽输送轨迹和暴雨区水汽收支计算,结合伊犁河谷GPS观测分析,揭示了此次强降水期间的大尺度水汽输送、辐合特征及伊犁河谷局地水汽变化特点。结果表明:（1）强降水期间大西洋及红海均对伊犁河谷的水汽供应具有贡献,河谷处于水汽通量辐合区,向西开口的地形辐合和抬升为局地暴雨的发生提供有利的动力辐合条件。低纬度印度夏季风环流和中纬度大西洋向东输送的气流共同构成伊犁河谷极端降水天气的水汽输送通道,其中印度夏季风西南水汽输送主要集中在对流层低层,对流层中层水汽的输送以大西洋向东气流和低槽自身水汽输送为主。（2）HYSPLIT模拟结果表明暴雨区3000 m中纬度偏西路径的水汽输送最为强盛,偏南路径水汽源于阿拉伯海,对流层底层偏西、偏东路径和中层偏北路径水汽通过垂直运动补充对流层低层的水汽;5000 m水汽输送轨迹以偏西路径和低槽自身携带的水汽为主。（3）降水期间水汽集中在对流层低层,通过垂直输送项向高层输送;强降水时段暴雨区对流层低层南边界水汽流入量迅速增强,中高层水汽流入主要集中在西边界。（4）降水前槽前西南气流造成伊犁河谷测站GPS-PWV明显跃升,强降水时段受印度西南季风影响,测站PWV快速增高并维持,局地GPS-PWV的增加与大尺度水汽输送辐合增强有关。     

天山南麓一次弱垂直风切变条件下的致灾冰雹成因分析

利用常规气象观测资料、区域加密自动站风场资料、NCEP1°×1°再分析资料和喀什多普勒雷达资料,从天气背景、中尺度特征、物理量和雷达回波特征等方面对2018年春末喀什地区岳普湖县发生的一次致灾冰雹天气成因进行分析。结果表明：本次冰雹天气发生在中亚低涡影响的有利环流背景条件下,中尺度切变线、中尺度地面辐合线及中层干冷空气侵入是产生冰雹的触发系统,冰雹发生前大气处于上干冷、下暖湿的不稳定层结;冰雹云具有反射率强、回波顶高、垂直液态含水量大等特点,冰雹发生时垂直累积液态含水量值发生跃变,对判断冰雹的发生具有明显的指示意义;雷达径向速度场上显示有中小尺度气旋性流场存在,气旋性辐合出现的时间、位置与冰雹出现时间、位置有较好的对应关系,风场气旋性辐合有利于上升运动发展形成小冰雹;垂直风廓线（VWP）产品显示此次冰雹发生在较弱的垂直风切变环境下,弱的垂直风切变不利于上升气流和下沉气流的长时间维持,不利于产生大冰雹。     

一次热带气旋外围下沉气流造成的珠三角地区连续灰霾天气过程分析

通过研究广州番禺大气成分站的气溶胶颗粒物质量浓度(PM10和PM2.5)、黑碳浓度、臭氧浓度等大气成分要素,常规地面气象要素以及气流后向轨迹、垂直速度、位温和边界层高度等资料,结合热带气旋路径和天气形势对热带气旋外围下沉气流造成的一次珠三角地区连续灰霾天气过程的形成原因和变化特征进行了分析.由于热带气旋移动缓慢,其外围下沉气流使珠三角地区形成了层结稳定、静小风和晴朗少云的天气条件,导致珠三角地区出现连续的灰霾天气.在这次灰霾过程中,气溶胶粒子来源以本地源为主,并且以细粒子为主,PM2.5占PM10的比例接近70％,黑碳浓度占PM10的6.0％左右;在凌晨,由于边界层高度降至最低,垂直扩散条件差,同时相对湿度也达到峰值,气溶胶吸湿增长明显,易出现能见度低值.     

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。     

2013年1月持续性霾天气中影响污染程度的气象条件分析

利用南京本站气象观测记录、环保局监测数据以及NCEP/NCAR再分析资料,分析2013年1月持续性污染天气过程的大气环流背景,并结合南京地区探空资料、风廓线雷达资料以及激光雷达资料,分析这次持续性污染过程中空气质量属良好、轻度污染、中度污染、重度污染典型个例的大气垂直特征和边界层内气象条件的差异。得到如下结论:2013年1月份北方冷空气活动较弱,南京地区大气层结稳定,近地层风速小,污染物气象扩散条件差。加之近地层以弱偏东风为主,水汽较多,有利于污染物颗粒直径增大。大气垂直结构以及边界层内水平风速均对大气污染程度起到一定影响。AQI与逆温层高度存在显著负相关关系;大气污染时,1000 m以下出现逆温结构,且逆温层越低、越厚,污染程度越大;重度污染时,近地层出现贴地逆温层,厚度为700m左右。逆温层高度下降,PM₁₀颗粒物高浓度区高度也明显下降,近地层污染物浓度对垂直方向上污染物浓度正响应的高度降低。在空气质量良好时, 150~1500m存在风速大值区,且风无空,湍流作用明显,有利于污染物和周围的洁净空气相混合而得到稀释,加速污染物的垂直扩散进程。当中度污染日和典型重度污染日时,150~1500 m之间并不存在大风速区。此外, PM₁₀的300μg·m^-3高浓度垂直高度延伸至300 m附近时,近地层PM_2.5明显上升至100μg·m^-3以上,高浓度区数值越大,近地层PM_2.5越大。     

基于无人机垂直观测的南京PM2.5污染个例研究

为了深入理解边界层内气温、相对湿度对PM2.5垂直分布和近地面污染的影响,本文使用搭载了多参数大气环境探测传感器的无人机对南京2017年12月3～4日和12月23～24日的PM2.5浓度、气温和相对湿度进行垂直观测,结合对气象数据的分析及HYSPLIT4（Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory version 4）轨迹计算模式的应用,对这两次PM2.5的垂直分布特征及污染过程的成因进行了分析。结果表明,PM2.5浓度和相对湿度呈明显的正相关关系,在12月23～24日的6次观测中相关系数均值达到0.96。逆温层下部,PM2.5浓度和相对湿度高且垂直差异较小;逆温层以上,PM2.5浓度和相对湿度随高度升高而迅速降低。由于大气扩散条件较差,导致PM2.5在华北平原南部不断累积,之后受到高压系统的影响分别向南和东南转移。这两次PM2.5污染过程都明显受到外部输送的影响,大气逆温对PM2.5和水汽的向上输送有明显的抑制作用,外部输送和局部逆温是导致这两次PM2.5污染的主要原因。     

连续雾霾天气污染物浓度变化及天气形势特征分析

利用MICAPS资料、地面观测资料、NCEP资料和衡水市环境监测站细颗粒物(PM2.5)及PM10浓度资料,对2013年1月衡水市出现的连续雾霾天气从PM10及细颗粒物浓度演变、雾霾天气污染物浓度与地面要素关系、中低层环流形势特征进行了分析,结果表明:1)雾霾天气期间06:00(北京时间,下同)至07:00和16:00至21:00为PM10和细颗粒物浓度较低时段,PM10最大值出现在15:00,细颗粒物最大值出现在02:00,两者并不同时达到极值。2)雾霾天气污染物浓度与地面湿度并不是简单的正相关或负相关关系,还和许多其它因素有关。3)衡水市污染源主要来源于工业污染源、扬尘污染、冬季燃煤采暖、局部污染源及区域性污染。4)雾霾天气相对湿度和能见度基本呈负相关,气压变化不大,风向频率最多为北到东北风,平均风速一般都在2 m/s以下。雾日时大部分时段为雾和霾的混合物。5)重污染日期间500 hPa为平直偏西气流或西北偏西气流,没有明显的槽脊活动。而污染较轻的时段500 hPa为明显的西北气流控制或有槽脊活动。6)雾霾天气期间大部分日数08:00在850hPa以下都存在逆温层;地面气压场偏弱,尤其河北平原一带基本为均压场。最后对雾霾天气影响及对策进行了简单探讨。     

2016年1月我国中东部一次大气污染物传输过程分析

利用常规气象数据和空气质量模式CAMx对2016年1月15—19日一次冷空气影响下郑州、武汉、南京的大气污染物传输过程进行了分析。观测发现,本次过程中武汉和南京在地面锋线到达后出现明显的PM2.5浓度的快速增长。通过分析发现,两地在1000~950 hPa高度层上偏北风的侵入带来上风向的大气污染物,同时在垂直方向上锋区内的稳定性层结抑制了大气污染物的扩散,两种作用共同导致污染物快速增长。在冷空气主体影响下,尤其是950~900 hPa高度层上弱风区消失后,污染物得到清除。大气污染物的传输作用主要发生在1000~950 hPa高度上。模式PM2.5来源示踪模拟结果表明,武汉(17日夜间至18日)和南京(17日夜间)在本次污染物快速增长过程中区域污染物输入的贡献在51%和58%左右。由于模式对PM2.5传输过程的低估,区域输送贡献率仍存在不确定性。但是,与1月15—19日平均相比, PM2.5的本地贡献明显减少,上风区域贡献明显增加。     

四川盆地冬季气溶胶污染与气象条件的关系

利用2014~2019年冬季ERA5再分析资料、成都市PM_2.5和PM₁₀逐日浓度数据以及污染物（二氧化硫、氮氧化物、烟粉尘）年排放量数据,通过分析四川盆地近6 a气溶胶污染物的时间变化特征以及PM_2.5浓度与气象条件的相关性,探讨了气象条件对四川盆地气溶胶污染的影响。结果表明:近6 a四川盆地冬季气溶胶污染物浓度和严重、重度污染天数均呈波动下降趋势,污染物浓度年际变化与污染物年排放量存在一定差异。首要污染物以PM_2.5为主,PM_2.5浓度与青藏高原及其下游地区气象条件的关系密切,与对流层低层、中高层气象要素的相关性存在差异,其中与青藏高原及其以北和以东地区850~500 hPa气温呈显著正相关,尤其是与易出现逆温层的四川盆地850~750 hPa温度的相关性最强。当850 hPa东北风较弱且相对湿度偏高、700 hPa西风较强且湿度偏低、500 hPa高压偏强且西风偏弱时,PM_2.5浓度偏高;反之亦然。      

北京冬季PM2.5重污染时段不同尺度环流形势及边界层结构分析

城市重霾污染事件的发生除排放源内在原因之外,气象条件是最直接的客观外因。本文以2013年2月21~28日北京地区典型细颗粒物(即PM2.5)重污染过程为例,基于颗粒物水平和垂直监测数据,常规及加密自动气象站数据和高时间分辨率风廓线数据,分析了重污染过程中不同尺度环流形势以及边界层结构的变化对细颗粒物重度污染形成、累积和消散的影响。结果表明:弱低压场或弱高压场控制下,局地西南风和东南风输送与北部山区偏北风在山前的汇聚,配合边界层低层顺时针方向的风切变,易发生大气中细颗粒物的爆发性增长;而均压场控制和近地层持续偏南气流输送,配合高层持续稳定的西北风,是污染长时间持续稳步增长的主因。此外,近地层低风速、高湿度和逆温的维持是区域霾污染爆发增长和长时间持续增长的关键气象因素。高压前部的系统性西北大风是污染得以驱散的直接外部动力。     

鄂中东部两次秸秆焚烧引发的严重灰霾天气分析

利用气象卫星监测、微波辐射计、常规气象观测、NCEP再分析资料及环境监测等资料,采用气流后向轨迹模拟,对2012年6月11日和6月15日发生在鄂中东部的两次灰霾天气,从特征和成因进行了综合分析。结果表明,这两日的污染物指数（API）分别达到233 μg/m3和139 μg/m3,11日PM2.5最高值达141 μg/m3 ;两日的能见度均在2 km以下,11日平均能见度仅565 m,最低能见度246 m。这两次灰霾天气与北方冬小麦主产区大范围秸秆集中焚烧,造成大量污染物排放有密切关系。在115°E,39°～32°N存在大范围逆温层,垂直高度950~850 hPa 厚度为一致的东北气流,使得排放的污染物在“逆温层盖”的阻挡下不能向高空扩散,而随东北气流向鄂中东部输送。同时鄂中东部近地面静风、地面“均压场”、逆温、近地层弱垂直速度、正涡度和负散度等物理量条件,及适宜的湿度条件等因素,导致污染物不能及时扩散或沉降,为灰霾在本地形成和维持提供了有利的气象条件,加剧了灰霾的严重性。