云南大气环境容量系数变化特征及未来变化趋势预估

使用云南1961-2015年气象观测资料,基于A值法对云南大气环境容量系数的变化特征及其成因进行分析,并利用4个城市的空气综合污染指数研究了大气环境容量系数与城市空气质量之间的关系,结果表明：(1)1961-2015年云南年平均大气环境容量系数呈减小趋势,大气自净能力不断下降。(2)平均风速减小是近年来云南大气环境容量系数减小的主要原因。(3)在多数情况下,大气环境容量系数与城市空气质量具有较好的反向变化关系。利用RegCM4区域气候模式对2016-2050年云南大气环境容量系数进行预估,结果表明,在模式模拟的RCP4.5(RCP8.5)情景下,云南年平均、春季、秋季的大气环境容量系数呈增大(减小)趋势,夏季与冬季则表现为减小(增大)趋势。     

兰州市冬季SO2大气环境容量研究

通过数值模拟方法,研究了兰州市冬季SO2的大气环境容量,为大气污染的总量控制方法提供了前提和依据。本文利用RAMs三维非流体静力大气动力模式模拟的气象场驱动中尺度大气扩散模式(HYPACT),模拟出SO2的浓度分布及每个污染单元对于地面浓度的分担率。根据SO2的国家环境空气质量标准(下称质量标准),用线性规划的原理和方法计算了兰州市冬季典型日条件下SO2的大气环境容量。     

山西省绛县大气环境容量研究

本文分析了山西省绛县大气环境质量状况和大气污染物排放特点,用A—P—S法计算出绛县的大气环境容量以及现状各污染源的允许排放量,并分析了全县以及各乡镇的大气环境容量剩余状况,提出了绛县大气污染防治对策措施建议。     

内蒙古呼包鄂地区近56年来大气环境容量变化特征分析

为探讨内蒙古呼包鄂地区大气对污染物承载能力的变化,科学评价气候变化对大气环境的影响,利用1961—2016年呼包鄂地区8个国家气象站降水量、风速、云量资料,分析了该地区气象条件的变化特征及大气环境容量的时空分布特征,并对大气环境容量与气象要素之间的相关性进行了分析。结果显示:呼包鄂地区大气环境容量1月的最小、4月的最大,春季的>秋季的>夏季的>冬季的,年平均大气环境容量为62.4 t/d/km^2;月、季、年平均大气环境容量呈波动减小趋势,特别是20世纪70年代末期之后减小趋势更为显著;有明显的空间分布特征,由城区向郊区逐渐增大,城郊差异冬季最为明显,夏季差异最小;大气环境容量与降水相关性差,与风速和日最大混合层高度呈显著的正相关关系,特别是与风速相关性更显著,与小风日数呈显著的负相关关系。     

1961-2010年安徽省大气环境容量系数变化特征分析

基于1961-2010年安徽省气象台站的定时观测资料,采用国标法计算安徽省近50年大气稳定度、混合层厚度和大气环境容量系数,并结合合肥市空气质量逐日观测数据初步分析了大气环境容量系数对空气质量的影响。结果表明：安徽省大气稳定度以中性类居多,稳定类其次;近50年来,中性类稳定度呈明显下降趋势,不稳定类和稳定类呈显著上升;不稳定类和稳定类有明显的季节差异,中性类不明显。年平均混合层厚度显著下降;春季混合层厚度在2000年左右发生转折,夏、秋、冬三季下降趋势显著;春、夏季混合层厚度高于秋、冬季,冬季最低,春季最高。安徽省大气环境容量系数以沿淮中部、大别山区南部和沿江中西部最大,淮北大部、大别山区北部和江南南部最小,各地均呈现一致的显著下降趋势,并具有明显的年代际变化特征。年内大气环境容量系数呈"双峰型"分布,秋、冬季为低值时段,大气对污染物容纳能力较差,不利于扩散和清除,空气质量较差。总的来看,1961-2010年安徽省大气稳定度显著增加,混合层厚度较明显下降、风速快速减弱是全省大气环境容量系数变小、大气自净能力减弱的最主要原因。     

长春市大气环境容量及其与雾霾天气关系

利用长春市大气污染和环境质量观测数据,统计近18年长春市雾霾日特征及变化,对长春市大气环境容量近30年的变化趋势及多年来雾霾天气的气候背景进行了分析.结果表明:长春市大气环境容量的变化呈逐年波动下降趋势;年内基本呈双峰型变化,峰值出现在4月,谷值出现在9月;长春市年内雾霾高发期集中在12月和1月,5-9月雾霾日偏少;雾霾多发年东亚大槽的位置比少发年份要偏东,且强度也偏弱;雾霾多发年份,东北区上空的西北风明显弱于雾霾少发年份;雾霾多发年份,在赤道中东太平洋地区呈现明显的El Nino海温背景场特征,而少发年份则相反,是明显的La Nina海温背景场.     

我国夏季降水及相关大气环流场未来变化的预估及不确定性分析

利用政府间气候变化专门委员会第四次评估报告(IPCCAR4)的15个耦合气候模式在不同排放情景下的模拟结果,对我国夏季降水及相关大气环流场的未来时空变化特征与模式之间的不确定性作了研究。结果表明,在全球变暖背景下,我国夏季降水表现出较强的局地特征。其中,我国东部和高原地区的降水在21世纪表现出明显的增加趋势,而且这种趋势随着变暖的加剧而增强,同时模式模拟结果之间的一致性也更好,表明这一结果的可信度较高。在全球变暖背景下,我国新疆南部地区表现为持续的降水减少趋势,而我国西南地区夏季降水的变化则呈现出先减少(21世纪初)后增加的特征,不同模式对降水这些局地特征的模拟也都表现出较好的一致性。其他地区夏季降水在21世纪的变化不大,同时模式模拟的一致性也较差。多模式模拟的我国未来百年夏季降水的这些变化特征在温室气体高、中、低不同排放情景下基本一致,A2情景预估结果变化最大,A1B次之,B1相对最小。东亚夏季大气环流场的预估结果显示,在全球变暖的背景下,大部分模式的模拟结果都表明,东亚夏季风环流有所增强,从而使得由低纬度大洋和南海地区向我国大陆的水汽输送增加,造成该地区大气含水量的增多,从而为我国东部地区夏季降水的增加提供有利条件。此外,随着全球变暖的加剧,西太平洋副热带高压持续增强,其变化对我国东部地区夏季降水的影响程度和范围也明显增大。这些环流场及其不确定性的分析结果进一步加强了我国夏季降水未来变化预估结果的可信度。     

基于京津冀高密度地面观测网络的大气污染物浓度地面观测代表性误差估计

地面观测提供空间点的浓度信息,三维化学模式提供网格面的浓度信息,两者在进行对比验证或同化融合时会因为空间尺度不匹配引入误差,即观测代表性误差。本研究将大气污染地面国控监测站与区县监测站结合起来,获得了京津冀地区高密度地面观测数据,利用该数据首次对京津冀地区6项常规大气污染物（PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂、CO和O₃）的地面观测代表性误差进行了客观估计,并与Elbern et al.（2007）方法估计的代表性误差进行了对比。结果发现:两种方法对京津冀地区NO₂地面观测代表性误差估计非常接近,但Elbern et al.（2007）方法显著低估了SO₂、CO和O₃地面观测的代表性误差。在此基础上,我们对Elbern et al.（2007）方法及其误差特征参数进行了本地化修正,并增加了PM_2.5和PM₁₀的代表性误差特征参数,建立了京津冀大气污染地面观测代表性误差的客观估计方法。     

Changes in Mean and Extreme Temperature and Precipitation over the Arid Region of Northwestern China:Observation and Projection

This paper reports a comprehensive study on the observed and projected spatiotemporal changes in mean and extreme climate over the arid region of northwestern China, based on gridded observation data and CMIP5 simulations under the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. The observational results reveal an increase in annual mean temperature since 1961, largely attributable to the increase in minimum temperature. The annual mean precipitation also exhibits a significant increasing tendency. The precipitation amount in the most recent decade was greater than in any preceding decade since 1961. Seasonally,the greatest increase in temperature and precipitation appears in winter and in summer, respectively. Widespread significant changes in temperature-related extremes are consistent with warming, with decreases in cold extremes and increases in warm extremes. The warming of the coldest night is greater than that of the warmest day, and changes in cold and warm nights are more evident than for cold and warm days. Extreme precipitation and wet days exhibit an increasing trend, and the maximum number of consecutive dry days shows a tendency toward shorter duration. Multi-model ensemble mean projections indicate an overall continual increase in temperature and precipitation during the 21 st century. Decreases in cold extremes, increases in warm extremes, intensification of extreme precipitation, increases in wet days, and decreases in consecutive dry days, are expected under both emissions scenarios, with larger changes corresponding to stronger radiative forcing.     

1961-2017年京津冀地区寒潮活动特征

基于1961—2017年京津冀地区126个气象观测站逐日最低气温和降水资料,分析该区域寒潮发生频次时空变化特征,在此基础上通过定义的干湿判别指标分析区域性寒潮的干湿特征。结果表明：(1)京津冀地区单站寒潮年平均发生频次空间分布呈西北多东南少,86%的站点寒潮年发生频次呈减少趋势。(2)1961—2017年寒潮累计发生站次呈显著减少趋势(P<0.001),气候倾向率为-5.7站次·a^-1,且在1983年发生突变。1961—1971年寒潮累计发生站次出现峰值,从1972年开始锐减,2007—2017年寒潮平均发生站次为历史最少。(3)1961—2017年区域性寒潮发生频次年际变化总体呈递减趋势,气候倾向率为-0.282次·(10 a)^-1, 1960年代冬季区域性寒潮发生频次最多,1970年代秋季和春季最多,2000年代冬季和春季为次高峰期,2011—2017年3个季节最少。区域性寒潮发生频次季节分布中以秋季出现最多、其次是冬季、春季最少;10月、11月寒潮最为活跃。(4)京津冀地区区域性寒潮过程干过程发生频次最多,2011—2017年区域...     

华南冬季极端低温事件的统计建模及未来预估

基于1961—2005年华南冬季逐日最低温度观测资料,以及参与CMIP5的IPSL-CM5A-MR、MPI-ESM-MR、CMCC-CMS 3个模式的历史模拟和未来排放情景预估数据,从过程角度定义和提取华南冬季极端低温事件及其特征指标,并通过引入极值理论构建极端低温事件的概率分布模型(Cold Spell Model, CSM),刻画其强度、频数和持续时间特征分布;进一步结合基于累计概率分布变换的偏差订正方法降低模式模拟的偏差,探讨了RCP4.5情景下全球升温1.5℃和2℃时极端低温事件的风险变化。研究表明：(1)CSM模型能够较好地拟合极端低温特征概率分布,大部分台站通过了K-S或卡方检验;(2)相对于观测,模式模拟极端低温存在一定偏差,经偏差订正后,各站点BS评分接近于0,SS评分普遍提高到0.88左右;(3)全球增暖背景下,华南地区极端低温呈现强度减弱、频数减少、持续时间缩短的特征。全球增暖1.5、2.0℃背景下,华南大多数地区极端低温事件平均强度减弱,频次降低,持续时间变化具有明显的空间差异;每年发生1次极端低温事件的概率增加,但每年发生3、5次的概率减少;增暖1.5℃下极端低...     

21世纪气候变化情景下环北极地区植被生长季与活动积温变化

基于部门间影响模式比较计划(ISI-MIP,Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project)对CMIP5中5个气候(地球)系统模式模拟结果的降尺度数据,利用多模式集合预估了气候变化情景下21世纪环北极地区植被生长季与活动积温变化。研究发现:1)多模式集合模拟能够基本再现观测的初、终霜日及无霜期长度与>10℃积温的空间分布特征以及1979~2004年各指标变化趋势的空间分布特征,但其对气候变化年际变率的模拟能力较弱;2)至21世纪末,终霜日最多将提前60 d,初霜日将推迟20~40 d,无霜期延长幅度最高可达100 d,积温将增加1000~1200℃。其中RCP8.5情景下,各指标变幅最大,RCP2.6情景下变幅最小;3)各指标变幅呈现出较大的空间差异,亚欧大陆中西部的变幅普遍较大,随着气候变暖,>10℃积温增加幅度表现出明显的纬度地带性,南部增幅较大,北部增幅较小。     

2012—2017年京津冀区域酸雨变化特征

利用2012-2017年京津冀区域26个酸雨观测站观测资料,基于GIS插值方法研究平均降水pH值和酸雨频率空间分布特征,分析酸雨区月、季和不同降水量等级下酸雨变化特征,探讨该区域酸雨的成因。结果表明：2012-2017年京津冀区域酸雨污染面积呈下降趋势,2012-2014年重酸雨区和2012-2013年酸雨频发区主要分布在承德、唐山、秦皇岛三市交界;2017年酸雨区面积（占比为15%）和酸雨频率多发区以上面积（占比为17%）比2012年分别减少了63%和52%;较弱酸雨频率出现最高,83%的特强酸雨出现在2012年和2013年。酸雨区秋季平均降水pH值最小,酸雨频率最高,秋季酸雨污染最为严重;冬季空气中污染物增多导致降水K值增大。中雨量级的平均降水pH值最小,小雨量级酸雨出现次数占比和降水K值最大;暴雨过程后减轻酸雨污染的程度。2011年后NO_x排放量超过了SO₂排放量,酸雨污染由"硫酸-硝酸型"逐步向"硝酸型"转变;减少SO₂和NO_x排放是降低京津冀区域酸雨污染的重要举措。     

京津冀地区人体舒适度的时空特征

利用1960-2005年京津冀地区66个地面气象站气候资料日值数据集,基于人体舒适度指数和风寒温度模型分析京津冀地区人体舒适度时空特征,计算了京津冀地区春、夏、秋、冬季各站逐日人体舒适度指数和冬季风寒温度。通过人体舒适度指数聚类分析得出人体舒适度指数分区,在此基础上探讨各分区具有代表性站点的各级舒适日数比例和冬季人体舒适度的时空特征及空间分布的主导因素。结果表明：京津冀地区人体舒适度空间分布大致可以分成3种类型,即热舒适平原山地区、冷舒适滨海区、冷不舒适高山区;依据风寒温度京津冀地区冬季人体舒适度分为冀北、冀南两区,整个地区风寒温度增大趋势显著;京津冀地区人体舒适度与高程、纬度变化均存在显著负相关,其空间分型的主导因素为高程、纬度的变化。     

京津冀地区人体舒适度的时空特征

利用1960—2005年京津冀地区66个地面气象站气候资料日值数据集,基于人体舒适度指数和风寒温度模型,分析京津冀地区人体舒适度时空特征,计算了京津冀地区春、夏、秋、冬季各站逐日人体舒适度指数和冬季风寒温度。通过人体舒适度指数聚类分析得出人体舒适度指数分区,在此基础上探讨各分区具有代表性站点的各级舒适日数比例和冬季人体舒适度的时空特征及空间分布的主导因素。结果表明：京津冀地区人体舒适度空间分布大致可以分成3种类型,即热舒适平原山地区、冷舒适滨海区和冷不舒适高山区;依据风寒温度,京津冀地区冬季人体舒适度分为冀北、冀南两区,整个地区风寒温度增大趋势显著;京津冀地区人体舒适度与高程、纬度变化均存在显著负相关,其空间分型主导因素为高程、纬度的变化。     

京津冀夏季雷达定量降水估测的误差统计及定量气候校准

雷达定量降水估测（QPE）是短时临近预报的关键部分,在定量降水预报（QPF）、强降水预警、城市积水内涝、地质山洪灾害、精细化天气服务等方面具有重要作用。利用京津冀地区雷达定量降水估测资料和逐时自动气象站降水观测数据,分析了2011—2016年夏季京津冀地区雷达定量降水估测的误差空间分布特征,并重点提出了一种新的雷达本地化定量气候校准算法。结果表明,京津冀地区雷达定量降水估测较好地反映了总降水量东北—西南带状分布特征,但西北部山区、东北部山区及西南部山区估计偏弱,东北部山前地带估计偏强,西北部存在虚假降水估计,而北京市城区估计最为准确。利用雷达本地化定量气候校准算法对1 h雷达定量降水估测进行气候尺度上的约束订正,检验结果表明,经过校准后的雷达定量降水估测偏差（BIAS）、平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）和均方根相对误差（RRMSE）均减小。绝大部分站点偏差减小幅度超过50%,京津冀东部及南部平原地带平均绝对误差、均方根误差和均方根相对误差减小幅度在20%左右,而北部及西南部山区误差减小幅度相对较小。降水个例检验结果表明,经过雷达定量气候校准后的雷达定量降水估测强度更接近自动气象站观测的降水量级,且降水结构细致,偏差、平均绝对误差和均方根误差均减小,与自动气象站观测降水的相关系数增大,因此该算法有助于改进雷达定量降水估测的准确度。      

概率密度分布法在“一带一路”地区极端月气温评估和预估中的应用

“一带一路”地区人口众多,气候类型复杂,亟待加强区域气候变化风险的认识。文中将该区分成10个区域,基于第五次耦合模式比较计划（CMIP5）中的31个全球模式模拟结果,应用概率密度分布（PDF）方法评估历史阶段（1986—2005年）各模式模拟暖月和冷月气温的能力,挑选并建立较优模式集合,用以预估21世纪中叶（2041—2060年）和21世纪末（2081—2100年）的极端月气温。结果表明,模式对观测中冷月气温距平PDF的模拟水平整体较暖月高。与多模式平均以及中位值相比,较优模式集合方法更适于极端暖/冷月气温的评估。在中等排放RCP4.5情景下,与低纬度地区相比,较优模式模拟中高纬地区未来极端暖/冷月气温的增温幅度的不确定性范围较大。21世纪中叶和21世纪末较优模式模拟的极端暖月气温在地中海增幅整体最大,东南亚增幅整体最小。对较优模式集合预估的极端冷月气温而言,无论是21世纪中叶还是世纪末,北欧增幅整体最大,东南亚增幅整体最小。     

湿度因子对适应性观测敏感区估算的影响研究

马旭林2008年的基于集合卡尔曼变换适应性观测敏感区的估算方案能得到较为合理的敏感区,但其未考虑湿度因子的影响。在原方案基础上增加了湿度因子,根据计算资料与度量标准的不同,搭建3个方案与其比较,并选用2008年年初冰冻雨雪灾害天气个例进行对比模拟试验。结果表明,原方案的敏感区较为分散,且当目标时刻与验证时刻重合时,存在虚假的信号方差大值区;加入湿度因子后能有效抑制虚假敏感区,改进度量标准后能得到较为理想的结果;若只利用湿度场进行敏感区估算,计算效果最优,在目标观测时刻所得敏感区最为集中并在目标时刻和验证时刻重合时无虚假信号方差大值区。