一个大气层核试验放射性碎片长距离输送的三维欧拉模型

提出了一个三维大气层核试验放射性碎片长距离输送和沉降的Euler模型,用一个烟团模式对源项进行了初始化,以适应1°×1°的网格;模型考虑了干、湿沉降、垂直扩散以及放射性衰变;利用中国某次大气层核试验空中烟云及地面放射性沉降数据对模式进行了检验,初步得出了核烟云在对流层及平流层的输送及扩散规律。     

典型区域传输过程关键源区减排对天津无机气溶胶及PM2.5的影响研究

利用嵌套网格空气质量数值预报模式NAQPMS探究一次典型区域传输过程关键源区气态前体物减排对天津无机气溶胶(IA)及PM2.5的影响。大尺度区域高精度的IA模拟数据显示,华北平原地区生成了高浓度的IA,向华东地区传输后,按顺时针方向又返回华北平原地区。这一往返式区域传输过程导致天津出现两次污染时段。利用耦合在NAQPMS中的在线污染物来源追踪方法量化了不同源区对天津IA的贡献,识别出华北平原地区是关键源区,日均贡献为57.6%～100%。在天津污染前1天和污染天对华北平原地区SO₂、NH₃和NO_x减排30%分别开展敏感性试验,研究表明NH₃减排导致天津IA和PM2.5最大下降率分别为30.8%和13.3%,是SO₂减排对IA和PM2.5最大下降率的16倍和26.6倍,是NO_x减排情景对IA和PM2.5最大下降率的7倍和6.4倍,成为降低天津污染水平最显著的前体物。SO₂减排造成天津硝酸盐浓度上升,最大增长率为3.5%,根据热动力学平衡...     

湿地小气候效应特征研究

湿地对局地小气候具有调节作用,研究湿地小气候效应特征能更具体地了解湿地对局地小气候的影响。本文以河北省衡水市的衡水湖为例,利用衡水市11个常规气象观测站数据,通过对湖区及湖区外各季节不同气象要素的对比,对衡水湖各个季节的小气候效应进行了分析。结果表明:（1）衡水湖具有冷岛效应、湿岛效应和风岛效应,能够调节周围的气候特征;（2）衡水湖的小气候效应具有季节特征,衡水湖各季节平均的冷岛效应由强到弱依次为春季、冬季、秋季、夏季,湿岛效应由强到弱分别为夏季、春季、秋季、冬季,风岛效应由强到弱依次为春季、夏季、冬季、秋季,春季小气候效应最强;（3）衡水湖的小气候效应具有昼夜特征,夜晚的冷岛效应强于白天,湿岛和风岛效应正相反,白天的强度大于夜晚。     

基于KZ滤波的京津冀2013～2018年大气污染治理效果分析

通过国务院“大气十条”等严格的大气污染治理措施的实施,近年来我国空气质量得到全面改善。对大气污染治理效果开展科学分析研究,可为后续空气质量持续改善、污染科学精准治理提供有效科技支撑。由于气象条件是影响污染物浓度分布的重要因素,治理效果分析的一个重要问题是区分气象条件和减排措施对污染物浓度变化的具体贡献。本文利用京津冀地区13个城市2013～2018年86个监测站点逐日PM2.5浓度以及欧洲中期气象预报中心（ECMWF）气象再分析资料,采用KZ（Kolmogorov–Zurbenko）滤波分析PM2.5浓度观测序列的时频特性,将其分解为短期天气影响分量、中期季节变化分量以及长期趋势分量3个部分,针对分解浓度序列建立气象因子回归模型,实现定量评估气象和减排对治理效果的具体贡献。在研究时间段内,京津冀地区13个城市PM2.5浓度的长期分量显著下降（22.2%～58.0%）,其中邢台市下降幅度最大（58.0%）。整体分析表明,气象条件和排放源均有利于大气污染的改善,但减排措施是空气质量显著改善的决定性原因,具体贡献为气象条件的影响占18.5%,排放源的影响占81.5%。逐城分析表明,唐山市的气象条件最有利于PM2.5浓度的减小（29.2%）,而衡水市的减排措施最有利于PM2.5浓度的减小（92.0%）。     

2008年北京奥运会期间污染控制效果数值模拟——以个例分析为例

利用2007和2008年北京地区空气质量监测资料和NCEP再分析资料,分析了北京地区空气动力学当量直径小于等于10μm颗粒物(PM10)污染过程与天气形势及天气系统之间的关系。结果表明:西太平洋热带气旋路径对北京地区发生PM10污染具有预示作用,即当热带气旋北上并在朝鲜半岛或日本登陆的情况下,北京地区一般受持续均压场等弱中尺度天气系统控制,这种中尺度天气系统不利于污染物的扩散,因此北京地区经常发生区域性的PM10空气污染事件。在2007年9次台风北上登陆朝鲜半岛或日本的过程中,北京地区伴随发生了9次PM10污染过程,预示准确率达100%,2008年的预示准确率也达到了80%以上。为了说明北京奥运会期间污染控制措施对改善北京空气质量有实际效果,利用中国科学院大气物理研究所区域空气质量模式NAQPMS,采用无控制措施源和有控制措施源,对2008年北京残奥会期间一次西太平洋北上型热带气旋天气条件下的空气质量状况进行了数值模拟试验,揭示了此次过程北京地区未发生PM10空气污染的原因。     

秋季在北京城郊草地下垫面上的一次臭氧干沉降观测试验

2007年9月23日至10月13日, 在北京昌平区蟒山森林公园内, 利用浓度梯度观测法研究了秋季草地下垫面上臭氧的干沉降特征。研究结果表明: (1) 整个观测期间, 臭氧干沉降通量和干沉降速率平均值分别为-0.40 μg?m-2?s-1(负号表示方向指向地面) 和0.55 cm/s。 (2) 臭氧干沉降通量和干沉降速率受观测点山谷风的影响, 当白天谷风主导时, 臭氧的干沉降通量最大, 其平均值为－0.67 μg?m-2?s-1; 在山风、 谷风转换期间, 其平均值为－0.44 μg?m-2?s-1; 夜间山风主导时最小, 为－0.26 μg?m-2?s-1。臭氧干沉降速率也呈现同样的变化规律, 三种情形下的平均沉降速率分别为0.74 cm/s、 0.50 cm/s和0.47 cm/s。 (3) 利用阻力模型计算了臭氧的植被冠层阻力 (Rc), 结果表明: 由于白天植被的光合作用, 叶面气孔打开, 冠层阻力相对较小, Rc 的平均值为109.0 s/m; 夜间植被叶面气孔关闭, 阻力有明显升高, Rc的平均值为217.7 s/m; 在整个观测期间, Rc的平均值为184.0 s/m。     

北京奥运会空气质量保障方案京津冀地区措施评估

采用嵌套网格空气质量预报模式系统(NAQPMS)源追踪方法,研究了奥运会北京空气质量保障方案京津冀污染控制措施对北京城八区(包括东城区、西城区、崇文区、宣武区、海淀区、朝阳区、丰台区和石景山区)空气质量的影响,量化基准、减排情景下京津冀地区对北京城八区SO2、可吸入颗粒物(PM10)浓度的贡献率。首先,模式对比验证结果表明,NAQPMS较好地模拟出奥运会同期(2006年8月)北京空气质量状况。其次,源追踪方法研究结果表明:1)除平谷县外,其余各区县SO2、PM10浓度北京污染源贡献占主导地位,特别是城八区,北京污染源对SO2、PM10月平均浓度的贡献百分比都超过80%。2)保障方案污染减排情景下,一方面北京污染源对城八区SO2贡献浓度显著减小;另一方面除张家口外,天津、河北各源区对城八区SO2贡献浓度略微下降,综合效果下,城八区SO2浓度将显著下降。与此同时,分析表明北京污染源对城八区SO2浓度贡献效率将增加。3)保障方案减排情景下,北京污染源对城八区一次PM10贡献浓度也显著减小,而天津、河北各源区对城八区一次PM10浓度则略有增加,这与周边源区对城八区SO2浓度贡献特征略有不同,综合效果下,北京本地强有力的颗粒物削减措施依然可有效降低城八区近地面PM10浓度。     

北京地面O3的集合预报试验

基于蒙特卡罗集合预报方法建立了一个北京地面臭氧的集合预报系统,该系统对包括排放源、气象场在内的154个模式输入和参数进行了扰动,共包含了50个集合成员。利用该集合预报系统模拟了北京奥运会期间一次臭氧过程(2008年8月11日～8月13日),分析了集合预报系统在概率预报,最优集合子集预报以及表征预报可靠性方面的特点。结果表明:与原确定性预报相比,集合预报能为用户提供更加丰富的预报信息,通过概率预报可以提供不同事件发生的概率,对臭氧事件的预报准确率更高。采用最优集合子集预报方式时的臭氧预报均方根误差比原确定性预报低了10%以上。     

奥运会开幕前后北京PM10输送通量变化及情景分析

利用嵌套网格空气质量预报系统(NAQPMS)的模拟结果,对奥运会开幕前后京津冀地区(2008年7月20日～8月24日)PM10(空气动力学当量直径小于等于10μm颗粒物)输送特征进行计算与分析。结果表明,气象条件的改变使得在南、东南和东三个方向输入北京地区的PM10通量在数值与分布上发生了较大幅度改变。开幕式前PM10主要自南部边界输送入北京,占输入总通量的55.8%,东南边界次之,占29.4%;奥运期间,二者贡献分别变为38.1%和47%,且入京总通量小时均值由50t下降为40.2t。垂直方向上,开幕式前输送能力最大的区间位于边界层中下部,奥运期间(8月8日～24日)边界层内输送的垂直分布较为平均。另外,结合2006年同期气象场及排放清单,通过替换的方法对奥运会期间的空气质量状况进行了情景模拟,结果表明:气象场的变化在PM10区域输送中起着决定性的作用,但在空气质量的改善方面,污染源减排的效果更为明显。     

人为热排放的引入对北京地区精细模拟的改进

将人为热排放纳入到已耦合城市模块Urban Canopy Model(UCM)的中尺度气象模式Weather Research and Forecasting(WRF)中,探讨了人为热排放对于北京地区精细化模拟的重要意义,其影响主要体现在以下几个方面:1)可有效改善气象要素的模拟效果,特别是对于大气边界层高度的显著性改善,该变量是控制空气质量模式中污染物垂直扩散的关键因子;2)可较好地再现城区流场及温度场,使热岛强度和中心配置更接近实况;3)可明显改善数值模式对于污染物垂直分布特征的模拟。