杭州灰霾天气超细颗粒浓度分布特征

2013年12月1—10日宁波市出现历史罕见持续性重度污染事件。基于常规天气观测、浙江省自动气象站、宁波慈溪边界层风廓线雷达和凉帽山岛370 m高塔、宁波市和舟山市污染物监测等资料,应用美国NOAA HYSPLIT4模式进行粒子后向轨迹分析,并将CALMET诊断模式应用到WRF中尺度数值模式输出,对本次污染发展和消散过程宁波市3 km以下气象要素进行精细化诊断分析,计算通风系数。结果表明：（1）合适的环流背景是污染发展和持续的主要原因。气溶胶粒子浓度升高过程中有3次弱冷空气影响,主要表现在800 m以上层次,为粒子的输送提供了好的动力条件,却又不影响边界层风速和稳定性。弱冷空气间歇期风力弱,风向快速变化,利于粒子的循环滞留。（2）污染发展和持续阶段宁波市区3000 m以下持续弱下沉气流,夜间边界层高度低,200 m以下存在明显逆温层,导致气溶胶粒子在低层的堆积和能见度的降低。（3）污染发展和持续阶段夜间通风系数均小于1 m²/s,扩散条件很差,而污染消散阶段通风系数明显增大。没有外源性粒子输入时,通风系数与气溶胶粒子浓度成负相关。     

北京一次污染天气过程特征的数值模拟

运用耦合了化学模块的中尺度数值模式WRF/Chem和自NCAR引进的人类污染物排放源数据对北京地区2012年8月31日污染天气过程的特征进行了数值模拟,结果表明模拟的臭氧(O_3)浓度具有明显的日变化特征,高、低峰值分别出现在午后和夜间,空间分布与流场有一定关系;PM_(2.5)也存在日变化,但空间分布相对稳定,高值主要聚集在城区;局地污染物具有水平输送特征,但因总量为零,并未加重污染物的局地聚集;来自北京南部的远距离输送是这次污染物的主要来源之一。敏感性试验分析发现,这次过程的O_3污染主要来源于北京之外的外源输送,而细颗粒物主要来源于本地生成;O_3污染对前体物(NO_x)的敏感性比较平稳,对挥发性有机物的敏感性起伏较大,凌晨至上午最为明显。     

济南一次雾过程的数值模拟试验和成因分析

基于中尺度天气研究与预报(Weather Research and Forecast,WRF)模式并选取T639模式数据作为初始条件和边界条件,对2015年11月13日至14日发生在济南的一次大雾天气进行数值模拟试验。利用常规观测资料对模拟效果进行检验分析,从不同方面分析这次雾的成因。结果表明:1稳定的大气层结、微弱的风速、较小的温度露点差为雾的形成提供了有利的气象条件;2WRF模式能够较好地模拟出雾形成和发展过程并且可以较为准确地模拟出能见度的强度;3近地层中性层结和较为充足的水汽对雾的形成和发展有重要作用;低云的存在推迟了白天雾的消散;4在雾形成和发展阶段,925hPa以下为辐合上升运动,之上为辐散下沉运动,这使得水汽集中在近地层,有利于雾的生成;5近地层的冷平流会增大相对湿度,是雾形成的有利条件;非绝热因子对这次雾的形成发展并没有起到关键作用。     

WRF/CALMET/BP预报系统对内陆山区风电场的一次滚动预报检验

利用以中尺度数值模式WRF/CALMET作为风电场预报系统的动力模块,及BP神经网络法(BP-ANN)作为风电场预报系统的统计订正方法,对重庆市齐跃山风电场进行了一次时间分辨率为5 min的24 h风速、风功率的滚动预报试验,探讨了适用于中国典型内陆山区的风电场预报系统。结果显示：以WRF/CALMET/BP组成的动力—统计预报系统能够较好地模拟出内陆山区的风场特征,系统对正午至傍晚时段的风速预报准确率较高。WRF/CALMET动力模式对于风速中心振幅的模拟能力较好,经过BP神经网络订正后,模拟结果会趋于均值。不同风速段中,模式对低风速段(3～8 m·s^-1)的预报效果较好,BP神经网络对中风速段(8～14 m·s^-1)预报结果的订正效果最明显。     

不同边界层方案对一次华北暴雨数值模拟的敏感性研究

以2010年8月17—19日华北地区的暴雨事件为研究对象,采用中尺度数值模式WRF,通过8个数值实验测试暴雨事件模拟结果对不同边界层方案的敏感性。结果表明,采用不同边界层方案的模拟结果存在明显差异。分辨率为12 km时,7个边界层方案实验均模拟出类似观测的四处较强降水,但模拟得到的降水强度和强降水中心位置与实况有所差异,NOPBL实验模拟的雨带收缩,降水相对其他模拟实验较少且更为集中。分辨率为4 km时,采用边界层方案的7个实验均可见小尺度降水结构,模拟出较多虚假降水中心,而在NOPBL试验中降水的小尺度结构不明显。检验表明:分辨率为12 km时,MYJ试验的TS评分、相关系数和误差分析等整体表现最优,分辨率为4 km时,Bou Lac试验整体表现最优。与NOPBL试验相比,加入MYJ边界层方案后,模拟的水汽输送增加、上升运动及涡散度绝对值增大。     

江西一次极端雷暴大风过程的中尺度特征与成因分析

对一次盛夏苏北飑线过程采用区域三重嵌套WRF模式进行了数值模拟和结果分析,给出了飑线径向剖面的概念模型图。结果表明：模拟的飑线与实际飑线非常接近,两者具有相同的性质和特点,利用模拟的线状强降水带及其降水强度来确定模拟飑线的位置和强度是可行的。飑线成熟期,飑线处存在强辐合区、强垂直上升运动区以及假相当位温的高值区,三者均呈柱状向上伸展;飑线前方(飑线移动的方向),低层有位温高值的入流,为飑线带入大量水汽和能量,后方低层有浅薄入流;飑线过境时地面风向发生急剧变化;飑线中层位温值大致不变呈中性层结,这与对流凝结潜热释放有关。该飑线过程可大体看成是假绝热过程,并具有重力波的非平衡性质,其生成演变中存在多尺度的相互作用。

     

不同的边界层参数化方案对江淮一次暴雨过程数值试验研究

利用WRF模式分别耦合YSU、MYJ、ACM2和MRF边界层参数化方案对长江中下游地区2013年7月的一次暴雨个例进行模拟实验。为了检验边界层参数化方案的重要性,研究使用无边界层方案(NOPBL)的WRF模式对这次暴雨进行了模拟。通过与实测数据进行对比和分析,本文检验了这五种不同的实验设计对降水落区、总量、基本气象要素的模拟能力。综合模拟结果表明,不同的边界层参数化方案模拟的结果不同。不论是否使用边界层参数化方案,均能模拟出雨带的基本走向,但不同的方案对降水中心强度及位置的模拟与实况相比有差异。NOPBL产生了最大的偏差,ACM2和MRF次之,MYJ的方案对于小雨与大雨的模拟最优,而YSU对不同强度暴雨模拟的正确率都较高。通过物理量分析对比,MYJ方案较优的原因是:1)风场检测,MYJ方案的模拟结果更接近观测值;2)850 hPa水汽通量散度检测,MYJ方案能够模拟两支水汽输送通道。一支以偏西南风为主,在急流出口区有较强的南风风速辐合,使得从西南方向来的水汽向暴雨区辐合;另一支将偏东水汽向西部输送,保证暴雨区局部辐合。3)垂直速度检测,MYJ,YSU方案模拟的垂直运动中心与降水落区相近,但YSU模拟上升速度偏大,相对而言MYJ方案更合理。     

香港地区一次低能见度事件的数值模拟研究

利用MM5/CMAQ模式系统对2009年12月24日出现在香港机场及其周边地区的一次低能见度过程进行数值模拟研究。模式模拟结果与实况资料进行对比的结果表明:MM5气象模式能较好地模拟出此次低能见度过程的流场及相对湿度的变化情况;CMAQ模式能很好地反映出香港机场颗粒物浓度随时间的变化,在颗粒物浓度的空间分布和输送方面模拟效果理想。对此次低能见度过程的特点和形成原因进行分析的结果表明:此次低能见度过程可分两个阶段,前期主要受大雾过程影响,后期是由霾过程中的颗粒物所造成。本次事件的污染物以PM2.5为主,同时NOx浓度超过SO2。      

利用WRF对兰州冬季大气边界层的数值模拟

本文介绍了WRF中尺度模式的有关概况,分析了模式的物理结构,并利用WRF中尺度模式对河谷城市兰州冬季大气边界层的风场和温度场进行了数值模拟研究。模拟结果与观测事实基本一致,表明WRF模式具有良好的稳定性能。     

一次局地性暴雪的数值模拟及分析

采用WRF中尺度数值模式,对2005年12月6-7日发生在威海北部沿海的一次暴雪天气进行数值模拟分析,结果表明:WRF数值模式能够较好的模拟出冷流降雪的发生、发展状况,同时发现低层风向的连续波动是产生胶东半岛北部暴雪的主要动力原因,同时较大的海陆温差和胶东半岛北部有利的地形也是发生这次冷流降雪的不可缺少的原因.     

不同边界层参数化方案对东亚夏季风气候模拟的对比研究

用WRF v3.2.1中尺度预报模式和NCEP/NCAR再分析资料,对比研究了WRF模式中5个不同边界层参数化方案对东亚夏季风气候的模拟效果。结果表明:WRF模式对各边界层参数化方案均较为敏感,采用不同的边界层参数化方案对模拟区域内的夏季降水、气温、环流等气候要素均可产生明显影响。选取MYJ方案和QNSE方案对500 h Pa夏季平均环流的模拟效果较好,YSU方案和QNSE方案对夏季平均日降水量模拟与再分析资料更吻合,YSU方案和MYNN2.5方案对中国东部2 m气温的模拟结果较好。不同边界层参数化方案模拟结果都显示出由于副热带高压偏强,使副热带高压第2次北跳后停留时间过短,导致长江中下游降水偏少,华北地区降水增多。通过比较YSU和QNSE边界层方案,发现YSU方案相比QNSE方案的降水差异,是由于850 h Pa水汽输送造成的。在中国大部分地区YSU方案的2 m温度比QNSE方案高,并且地面2 m气温和降水存在一定对应关系。因此合理选取边界层参数化方案可以提高数值模拟的准确性。     

哈尔滨秋季一次持续性重污染过程分析

利用气象与环境监测数据,结合后向轨迹和秸秆焚烧火点监测资料,从环流形势、气象要素、污染源和污染传输特征等方面,对哈尔滨2017年10月18—20日持续性重污染天气过程进行分析。结果表明:这次重污染过程连续48h为重度或严重污染,首要颗粒物为PM2.5,PM2.5平均浓度为438μg·m^-3,局地PM2.5浓度高达1487μg·m^-3。重污染过程分为两个阶段,每个阶段主要污染物呈双峰分布。在重污染过程中,高空环流平直,浅槽前暖平流占主导地位,地面为弱低压均压场控制。地面风速小,平均风速仅为1.5m·s^-1,风速≤1.5m·s^-1静小风频率为71%,风场辐合,有利于污染物积聚。在重污染发展的过程中,地面相对湿度(RH)增大有利于颗粒物吸湿增长和污染加剧;在重污染减弱的过程中,PM2.5浓度减少至每阶段谷值时间比RH减小至谷值时间滞后4—5h。在边界层内有逆温层顶高为200m左右、逆温强度>2.0℃·(100m)^-1的贴地逆温层,层结稳定,垂直扩散条件差。污染物主要来源于秸秆焚烧,其次来源于取暖燃煤。静稳气象条件下本地污染物积累叠加远距离较高浓度的秸秆焚烧污染物输送导致哈尔滨这次重污染过程。     

2017年5月长三角地区一次沙尘重污染天气成因分析

利用地面污染物监测数据、常规气象数据,ECMWF再分析数据以及L-波段无线电探空数据,并结合后向轨迹模型,对2017年5月长三角地区的一次沙尘重污染天气过程进行成因分析。结果表明:此次沙尘重污染过程是天气系统、地面及边界层气象条件共同作用的结果。东亚大槽东移、冷空气南下并配合地面高压的发展使河西走廊、宁夏大部、内蒙古西部出现沙尘天气,为后期长三角地区沙尘的输送提供了沙源; 850 h Pa上较大的风速为上游沙尘源区向下游长三角地区输送提供了通道;高压中心的下沉运动和白天增强的热对流活动使得高层沙尘影响地面具备了足够的动力条件;当沙尘抵达长三角上游地区后,不断减弱的冷空气和趋于静稳的近地面形势不利于污染物扩散,加剧了此次污染过程。     

湖北2015年冬季PM2.5重污染过程的气象输送条件及日变化特征分析

PM_2.5污染仍然是湖北省冬季大气污染的首要污染类型,且具有明显区域传输特征,重污染过程的空气污染气象条件有别于华北地区,值得关注。采用WRF/Chem不同排放情景下的模拟结果,并结合观测分析,研究了2015年12月—2016年1月湖北省PM_2.5重污染过程的气象输送条件及日变化特征,从大尺度输送条件和局地边界层动力作用分析了外来污染物水平传输、悬浮聚集和向下传输的过程,并解释了该地区观测到的午后PM_2.5浓度特殊峰值的气象成因。结果表明,湖北重污染爆发以区域传输为主,地面观测PM_2.5极值对应10 m风速可达8—10 m/s,边界层0—1 km为较强偏北风输送,污染传输通量极值位于400 m高度附近,为重要传输通道,低空无明显逆温,重污染过程具有“非静稳”边界层气象特征。重污染形成的大尺度输送条件为,长江中下游及北部地区偏北风异常偏强,南部地区风速减缓,使污染物在中游平原堆积,鄂北边界风速越大,越有利污染输送增长。传输性污染主要来自偏北和东北方向的污染源输送,潜在源区贡献主要为途经偏北通道上的豫中、南阳盆地和关中地区,以及途经东北通道上的鲁、皖、苏等部分地区。PM_2.5浓度日变化双峰结构的天气成因不同,21—24时（北京时）峰值为静稳性污染,11—14时峰值为传输性污染。污染输送受大气边界层高度影响,日出前大气边界层高度较低,层结稳定并伴有上升运行,使得低空外来输送悬浮聚集在400 m高度附近;日出后随大气边界层高度升高,静稳层结被破坏,在干沉降作用下高浓度PM_2.5开始向下传输,并在午后地面形成峰值。      

WRF模式对青藏高原那曲地区大气边界层模拟适用性研究

采用WRF（Weather Research and Forecasting）模式4种边界层参数化方案对青藏高原那曲地区边界层特征进行了数值模拟,并利用"第三次青藏高原大气科学试验"在青藏高原那曲地区5个站点的观测资料对模拟结果进行验证,分析不同参数化方案在那曲地区的适用性。研究表明,YSU、MYJ、ACM2和BouLac方案对2 m气温和地表温度的模拟偏低。BouLac方案模拟的地表温度偏差较小。通过对能量平衡各分量的对比分析发现,温度模拟偏低可能是向下长波辐射模拟偏低以及感热通量和潜热通量交换过强导致的。对于边界层风、位温和相对湿度垂直结构的模拟,局地方案的模拟效果均优于非局地方案。BouLac方案对那曲地区近地层温度、边界层内位温和相对湿度的垂直分布模拟效果较好。      

江苏地区一次罕见持续性强浓雾过程的成因分析

2013年11月30日—12月9日,江苏出现持续10 d的强浓雾天气。利用秒级探空资料、能见度资料、江苏省高速公路沿线高时空密度的交通气象观测站资料以及NCEP/NCAR的1°×1°的分析资料,结合天气形势、气象要素、物理量场,对这次持续性强浓雾的特点和形成、维持机制进行分析。结果表明,(1)此次雾过程持续时间长、范围广、强度大、污染重。(2)在大陆高压控制下,江苏长时间处于高压带的均压区内是这次连续性强浓雾过程的重要天气条件。(3)地面辐射冷却、低空下沉气流以及东南暖湿气流是强浓雾形成的重要原因。(4)双层逆温和深厚的逆温层是出现强浓雾的重要热力条件。(5)弱冷空气入侵,是雾体爆发增强的促发因子。      

2013年6月26—29日江西暴雨过程的中尺度数值模拟分析

利用NCEP再分析资料和WRF模式,对2013年6月26—29日江西大范围暴雨过程进行了数值模拟分析。结果表明,西太平洋副热带高压脊线稳定维持在21°N附近,副高北侧强盛西南气流将水汽向江南北部地区输送是暴雨产生和稳定维持的主要原因。超低空偏南急流的建立、发展和维持是这次连续暴雨过程产生的一个重要因素,同时低空低涡南侧出现一串近似东西向排列的30～60km更小尺度的强对流系统,它们与大暴雨区相吻合;整层水汽通量密集区的南北界位置和暴雨区南北界位置基本吻合,整层水汽的大值中心的范围和大暴雨中心的范围具有明显的正相关关系;水汽通量散度最大辐合中心为暴雨的产生输送了大量的水汽,水汽辐合中心与暴雨的落区有很好的一致性;强降水落区与假相当位温最大值区相对应。     

济南市一次持续大雾过程分析

利用常规气象观测资料对2007年12月20-23日济南市一次持续大雾天气过程的大尺度天气背景、地面气压场、温度对数压力图以及单站气象要素进行了分析,结果表明:雾是在稳定的大气层结下出现的天气现象,根据大气稳定层结的状况及变化,可以判断大雾天气的有无及生消时间;近地面逆温和低空逆温同时存在,表明大气层结非常稳定,近地面逆温有利于近地面层水汽积累,低空逆温使近地面层水汽不易扩散而聚集,有利于近地面层维持潮湿,持续几天出现大雾;连续几天大气层结都处于稳定状态,地面风力很小,这些都限制了近地面层的水汽向外耗散,底层相对湿度较大,为大雾的形成提供了充沛的水汽条件.