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(NO_x)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。     

郴州市区大气臭氧污染特征 及气象条件分析

利用郴州市区2017-2020年臭氧（O3）观测资料及地面气象资料,分析O3浓度时空分布特征及其与气象因子的关系,结果表明：郴州市区O3质量等级以优为主,占全年的62 %~73 %,相比2017-2019年,2020年受新冠疫情影响污染物排放有所降低,但O3作为首要污染物总天数明显上升,占全年51%;郴州市区2017-2020年O3-8h月均值浓度范围为32~175 μg/m3,月变化大致呈双峰型,出现在5月和10月,O3-8h浓度和NO2浓度月变化呈负相关关系。O3-1h日变化呈单峰型,白天浓度明显高于夜间,与NO2小时数据成显著负相关关系。O3浓度与温度、日照时数成正相关,与气压、湿度、降水成负相关,与日照时数相关性最好;风向的影响主要分布在偏南和偏北方向上;当郴州市区O3浓度出现超标时,气温的范围为22.7~34.5 ℃,本站气压变化范围为960.9~973.7 hPa,相对湿度变化范围为26 %~72 %,风速变化范围为1.7~10.2 m/s。以2020年4月27-30日郴州市区一次臭氧轻度污染过程为例,结合气象资料分析,结果表明：该次污染过程发生在高层为平直西风环流,低层处高压底部控制的天气形势下。温度偏高,湿度较低,日照时间长,近地面有风向辐合。此次O3污染过程主要受本地生成及南方外源输送的共同影响。     

汾渭平原东部运城市空气污染变化特征及其气象因素影响分析

本文综合利用2015—2020年地面气象观测资料、欧洲中心ERA5再分析资料及大气环境监测数据，分析了汾渭平原东部运城市污染物浓度的变化特征以及与天气形势和气象要素的关系。结果表明：①2015—2020年期间运城市PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 5种污染物年平均浓度呈下降趋势，而O3浓度呈上升趋势；②冬季和夏季空气质量相对较差，首要污染物分别是PM2.5和O3，边界层高度的变化与近地层风向风速、污染物浓度的关系密切，冬季（夏季）PM2.5（O3）污染较重时边界层高度较低（较高），以东北风（东南风）为主，风速偏小（偏大）；③最后利用自组织映射神经网络（SOM）算法分别对冬夏925 hPa位势高度场进行天气分型并开展不同天气形势下污染物浓度与气象要素的变化对比研究，发现冬季污染时以静稳天气为主，低层弱东北风将污染物输送至运城市，而夏季O3污染较重时受热低压形势控制，利于O3前体物汇合，太阳辐射较强时O3浓度较高。     

一次降水性积层混合云系的微物理特征分析

利用山东省2007年10月27日1架次机载粒子测量系统（Particles Measuring System,PMS）积层混合云探测资料,分析了云中粒子浓度和尺度、液态含水量,以及小云滴和大云滴谱的垂直分布特征,比较了催化前后云微物理特征的变化。结果表明,催化前,云层中小云滴谱型为单峰,谱宽随高度增加先变窄后变宽,大云滴谱型在云低层为单峰,中高层为双峰谱,谱宽随高度增加先变宽后变窄,并且没有探测到降水粒子。催化后,小云滴尺度在低层减小、高层增加,整层液态水含量减小;大云滴浓度增加,尺度增大,出现降水粒子,固态粒子类型增多。在3 700~4 000 m高度层内小于10μm粒子明显增加,说明凝结过程比较明显,并且10~27.5μm粒子开始出现,启动了云滴的碰并机制。小云滴谱变化较小,基本为单峰谱,但在较大云滴处谱型略有起伏,在3 000m和3 300m高度的谱宽增宽。大云滴粒子谱有较大的变化,低层变成双峰谱,谱宽最宽可达650μm,中高层为双峰或多峰,峰值从小值向较大值移动。2D-P探头在催化云高层探测到降水粒子,谱型呈单调下降形态,谱宽最大为600μm。     

冷锋天气大气边界层内臭氧及 氮氧化物的观测研究

利用北京325 m气象塔作为高空平台,于1997年10月观测到一次冷锋过程大气边界层内O3及NOx体积分数的变化,研究了O3及NOx体积分数与气象要素之间的关系,着重讨论了冷锋过境前后O3及NOx的体积分数变化及其与输送过程的关系。研究表明:北京大气边界层中下层存在明显的O3体积分数垂直梯度,O3的垂直输送与风速及温度梯度密切相关。冷锋过程有利于高层O3向低层输送,使O3体积分数垂直梯度明显减小,并使NOx体积分数显著降低。     

承德市臭氧及其前体物浓度变化特征

采用2014—2016年承德市环境监测站和气象站的数据,对承德市O3、NO2、CO浓度和气温进行了分析,得出以下结论:承德市O3污染天数及所占的比重呈逐年增加趋势;O3-8 h月平均浓度呈现夏季高而冬季低的季节变化特征,月平均气温与其呈现一致的变化趋势,其前体物NO2和CO则呈现相反的变化趋势,表现为冬季高而夏季低的特征;O3浓度的日变化呈单峰型分布,午后浓度升高而夜间浓度下降,与气温的日变化趋势一致,NO2呈现相反的变化趋势,CO呈三峰型分布,总体表现为中午浓度最高;O3-8 h、NO2、CO浓度和气温总体均呈现北低南高的空间分布;O3-8 h浓度与其前体物NO2和CO均呈显著的负相关关系。有利于承德市出现O3污染天气的气象要素为太阳总辐射辐照度900～1000 W/m2,日最高气温大于30℃,无降水产生,日最小相对湿度小于20%和50%～60%,受偏南风或西南风影响。     

影响北京夏季O3污染的O3前体物浓度及天气条件分析

根据2003年北京夏季近地面大气光化学污染物观测资料,对中国气象局培训中心(代表站)O3超标日浓度、O3前体物浓度、不同天气条件下O3浓度分布特征等进行分析。结果表明:中国北京夏季NO2,NO,CO的浓度特征与日本神奈川县相似,白天(16:00以前)如果NO2/NO超过29,则容易出现O3超标;VOC浓度的高低影响O3浓度;当处于暖湿气流控制,地面为小风或静风、气温较高、湿度较大的多云天气时,易出现O3超标情况。这些污染物发生的特点和规律对北京大气光化学污染的研究和防治具有借鉴意义。     

青岛大气臭氧及其前体物时间变化与污染特征

利用2003年12月—2005年3月青岛八关山观测资料,分析大气中O3、NOX和CO浓度时间变化规律与影响因素,探讨O3及其主要前体物NOX、CO间复杂的相互作用及相关关系。结果表明:青岛NO2日平均浓度年超标率为25%;受光化学反应及大气运动等影响,NOX与CO浓度为冬季高、夏季低,O3与之相反;NOX与CO浓度日变化呈双峰型分布,日间高于夜间;O3浓度峰值出现于午后(滞后于NOX约5 h),阴雨天夜间浓度出现回升。经滞后相关分析,NOX对O3浓度变化的累积效应作用时间为5—6 h;O3与NO、NO2浓度比值可较明显地验证出辐射强度与尾气排放对青岛及其他地区污染特征的影响。青岛CO与NOX比值在不同天气条件下维持在10.0左右,可用于定性估计其大气污染特征。     

河北石家庄市近地层臭氧浓度特征及气象条件分析

利用2016年3月至2018年2月河北石家庄市环境监测站O_3及其前体物质量浓度逐时和逐日观测资料,以及气象站逐日气象观测数据,分析石家庄市近地层O_3质量浓度的时间变化特征及其与前体物NO_2、CO和气象条件的关系。结果表明:石家庄市O_3污染2017年比2016年严重,2017年比2016年O_3超标日数增加30 d,超标率上升8%,O_3年平均质量浓度上升17μg·m~(-3)。O_3质量浓度具有明显的季节变化特征,自夏季、春季、秋季、冬季依次降低,5—9月O_3质量浓度较高,平均值超过160μg·m~(-3),6月达到峰值208μg·m~(-3)。O_3质量浓度的日变化表现为单峰型分布,最低值出现在07:00左右,峰值在14:00—16:00。太阳辐射强、气温高、日照时数长、能见度好、无降水和相对湿度较低的条件下,石家庄市易出现O_3浓度超标天气。前体物NO_2、CO与O_3质量浓度之间夏季呈现显著正相关,而冬季则呈显著负相关。     

北京市城近郊区光化学烟雾模拟研究

利用EKMA (Empirical Kinetic Modeling Approach)-经验动力学模拟方法及其内置的CB-IV化学反应机理对2000年夏季北京市近郊区光化学污染进行研究,得到了前体物VOC、NOx与O3之间的非线性关系,即EKMA曲线.模拟过程中对前体物VOC、NOx和CO的逐时排放进行两种假定,排放1:假定逐时排放量为全天排放的24 h平均值;排放2:假定来自流动源的排放量与机动车流量线性相关,其他源的排放仍遵循排放1的假定.同时,对混合层以上的污染物浓度进行了6种情况的敏感性检验.结果表明,混合层以上的污染物浓度变化对O3模拟值影响不大,当混合层以上污染物浓度设置为它们在300 m处初始浓度的10%以下时,O3最大小时浓度模拟值与实测值的偏差都较小,O3模拟值与实测值吻合较好的点均落在EKMA脊线的左侧或者脊线上,说明O3模拟值与前体物VOC逐时排放的变化密切相关.敏感性实验表明VOC排放量减半引起O3模拟值降低16%左右,而NOx排放量减半只引起O3模拟值下降8%,说明影响北京地区光化学烟雾产生的主要前体物是VOC.     

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。     

杭州市区大气臭氧浓度变化及气象要素影响

利用2005-2007年杭州市区大气O₃连续监测资料, 分析了O₃浓度变化特征, 在此基础上结合气象观测资料, 分析了大气O₃与天气系统间的关系, 建立了O₃与气象要素间的多元回归方程。结果表明: 2007年O₃平均浓度和最大小时浓度分别为44 μg.m-3和348 μg.m-3, 比上一年增加20%左右, 超标现象也越来越严重; O₃浓度有明显的季节变化, 夏季高、冬季低; 大气O₃浓度超标主要出现在高压后部和高压控制等天气类型。在紫外线强度较强时O₃浓度也高, 二者呈显著正相关; 对O₃与各种气象因子进行多元回归分析表明: O₃主要受到温度、相对湿度、日照等因素影响。     

北京夏季O3垂直分布与气象因子的相关研究

通过分析2000年7月26日～8月22日北京325 m气象塔的O3浓度梯度观测资料及同期的气象资料,探讨了O3与NOx、风速、风向、温度及相对湿度的关系.通过建立不同风向下O3浓度与NOx、温度、相对湿度及风速的多元回归方程,证实了高浓度的O3是NOx与气象条件综合作用的结果,利用可得到的气象资料及NOx浓度值进行O3污染预报的尝试是可行的.     

中国西部大气清洁地区黑碳气溶胶的观测研究

黑碳气溶胶是大气气溶胶中的重要成分,对可见光和红外光都具有强烈吸收作用,对气溶胶的局地及全球的气候效应有重要的贡献。本文给出了1994年7月到1995年底在瓦里关本底台进行的黑碳气溶胶观测结果,结合气象观测资料以及在我国东部地区的部分观测结果对该地区大气中的黑碳气溶胶浓度及其变化特点进行了讨论分析。瓦里关山地区的大气黑碳气溶胶月平均浓度为130～300 ng/m3,大大低于我国东部地区;该地区大气中黑碳气溶胶浓度的变化明显地与来自工业及人口集中地区的污染气团的影响有关,不同风向时的黑碳气溶胶浓度水平有明显的差异;由最大出现频数统计分析得出该地区大气黑碳气溶胶的本底浓度范围为50～120 ng/m3;冬季该地区大气黑碳气溶胶的平均浓度和本底浓度都较低,而春季较高。     

杭州主城区O3与前体物浓度变化特征

利用2004～2006年杭州主城区环境空气监测资料,研究了O_3、NO_2和CO浓度的分布特征和时间变化规律,结果表明,杭州主城区3年的O_3、NO_2、CO的年均浓度都不大,分别为40、60、1400μg·m~(-3).四季中O_3、NO_2和CO浓度相差较大,O_3是夏季高冬季低,NO_2和CO则是秋季较高,夏季较低.O_3、NO_2和CO浓度日变化也很明显,其中O_3是单峰形态,NO_2和CO为双峰形态.不同天气条件下O_3与烃类的关系研究表明,晴天时烃类浓度减少,O_3浓度明显增加;阴天时O_3浓度较低,烃类浓度较高,它们的变化不大.白天和夜晚不同风速时O_3、C_2-C_(12)的浓度变化不同,白天风速增大时C_2-C_(12)浓度减小,O_3浓度增加;晚上无此变化.     

河北冬奥赛区一次夜间增温过程的数值模拟及诊断

夜间增温是河北冬奥赛区冬季频发的天气现象,对其进行准确的模拟与预报对赛区建设及比赛保障至关重要.本文针对河北冬奥赛区2020年2月8日夜间至9日凌晨发生的一次夜间增温过程,通过引入高分辨率地形数据,利用中尺度区域数值模式WRF4.1.5精细化再现了此次夜间增温过程,并探究了此次过程的气象特征及成因.研究结果表明:此次夜...     

安徽省不同等级雾和重度霾时空分布特征及地面气象条件比较

雾和霾都是低能见度天气,生成条件相似。利用安徽78个地面站逐时观测资料,基于雾、霾发生物理条件,建立了不同等级雾日和重度霾日的观测诊断方法,重建了不同等级雾和重度霾的时序资料。根据各站强浓雾发生的同步性,将安徽分为5个雾、霾分布特征不同的区域,探讨了各区域不同等级雾及重度霾出现时地面气象条件的异同。结果表明:（1）安徽省强浓雾主要是辐射雾。强浓雾、浓雾和大雾空间分布形势大体一致,淮河以北东、西部和江南都属于强浓雾高发区,但各地强浓雾的时、空分布特征和影响系统不同;重度霾有明显的北多、南少、山区最少的分布特征。（2）强浓雾年变化呈双峰型分布,峰值在1月和4月,日变化为单峰型,峰值在06时;而重度霾年变化为单峰型,峰值在1月,日变化为双峰型。（3）在强浓雾的高发时段（02—08时）,强浓雾时降温幅度最大,比重度霾平均高1℃,风速显著偏低,超过75%的样本风速低于1.5 m/s,且无明显主导风向;而重度霾时,风速比雾时明显要大,个别区域有超过75%的样本风速大于1.5 m/s,且以西北风到东北风为主。说明重度霾能否演变为强浓雾的关键地面气象因子是风速、风向和降温幅度。      

Counter-current and channelling effect under stable stratification in the area of Karlsruhe

Summary The topic of this study is the investigation of channelling of the airflow and the so-called counter-current within the area of Karlsruhe. These phenomena of a strong turning of the wind direction with respect to the height generally develop under conditions of stable stratification and are of great importance in air pollution modelling.First a case study of a channelling event with data from the 200 m high IMK-tower is analysed in detail. During this channelling event a deviation angle, i.e. a difference of the wind direction between the upper (200 m) and lower levels (40 m) of about 100° exists.In the second part, the data collected at the IMK-tower over a period of 16 years are used to evaluate from the climatological point of view the frequency of channelling events in conjunction with the meteorological conditions. Concerning the deviation angle it can be found that there is an increase of the mean deviation angle at the transition from unstable stratification to stable stratification, but only a slight dependence on the degree of stable stratification. In contrast a considerable dependence on the wind speed is found, i.e. there is a decrease of the deviation angle with increasing wind speed. The mean deviation angle for a gradient Richardson number Ri < 0 is about 10°, while for Ri > 0 this value increases up to 50°.Finally, numerical simulations are carried out with the meso-scale model KAMM. The simulated deviation angles are in good agreement with the observations. Especially from these simulations the dependence of the deviation angle on the wind speed can be explained.With 19 Figures     

A study of atmospheric structures using sodar in relation to land and sea breezes

Simultaneous observations were made by an acoustic sounder and on a meteorological tower during the month of May 1978 at the Atomic Power Station Tarapur. The probing range of the acoustic sounder was 700 m. The meteorological tower could sense wind and temperature at various levels up to a height of 120 m.The site being close to the sea shore, the thermal environment of the lower atmosphere is controlled mostly by land and sea breeze circulations. Thermal convective structures were seen during the daytime and also at night. The frequency of plume formation and the height of the plumes were, however, low during the night. The convective boundary layer in the daytime ranged from 400–500 m while at night it was mostly under 200 m. The observation of thermals at night is explained by the presence of a naturally stable marine layer above 30 m at this site. In the morning hours, winds suddenly change their direction allowing advection of a land breeze which is responsible for the formation of surface-based shear echoes to a height of 200 m during the transition period and for the subsequent development of an elevated layer due to mixing of two different air masses. A marine layer was also seen over Tarapur for a few days during the early evening and night hours. Its height was mostly around 400 m. It may indicate the presence of a subsidence inversion at Tarapur. The need for collection of supporting meteorological data to a height of 500 m by tethered balloon or some other suitable in-situ technique is stressed.     

北京城市下垫面边界层湍流统计特征

分析了1998年10月在北京325 m气象塔47 m、120m及280m 3层取得的湍流资料,讨论了湍流宏观统计特征量等随稳定度变化的规律.结果表明,47 m及120 m观测到的感热通量的日变化基本一致,城市边界层中近地层高度可达100m左右,这主要是由于下垫面粗糙度很大所致.同时发现当冷空气来临时,边界层中的感热通量会有明显增大.