珠江三角洲地区的灰霾天气研究进展

珠江三角洲地区是我国气溶胶污染较严重的地区之一,也是国内较早开展灰霾天气研究的地区,从灰霾标准、科学概念、长期变化趋势、细粒子污染本质、水平输送和垂直扩散能力以及气溶胶的光学特性和物理化学特性方面进行了研究。结果表明,近年来珠江三角洲地区的气溶胶污染日趋严重,气溶胶云一年四季都出现,且长期稳定存在,重污染区位于珠江口以西的珠江三角洲西侧。灰霾天气主要出现在10月至次年4月。灰霾导致能见度恶化。自20世纪80年代初开始,该地区的能见度急剧恶化,灰霾天气显著增加,其中有3次大的波动,分别代表珠江三角洲经济发展相伴随的粗颗粒气溶胶污染、硫酸盐+粗颗粒气溶胶污染、光化学过程的细粒子+硫酸盐和粗颗粒气溶胶的复合污染时期。雾和轻雾造成的低能见度的长期变化趋势,没有由于人类活动影响或经济发展影响带来的趋势性变化,其波动主要反映了气候波动固有的年际和年代际变化。珠江三角洲能见度的恶化主要与细粒子关系比较大,PM10有一半年份的年均值超过国家二级标准的年均值浓度限值(70μg m–3),而细颗粒物(即PM2.5)各年都超过国家二级标准的年均值限值(35μg m–3),尤其是有些年份年均值浓度超过标准限值的2倍,细粒子浓度甚高。另外,近年细颗粒物占PM10的比重非常高,可达57%~79%,黑碳气溶胶浓度非常高,月均值达到5.0~9.1μg m–3,黑碳气溶胶污染严重。和20余年前的资料相比较,细粒子在气溶胶中的比重有明显增加,有机碳和硝酸盐、铵盐的占比增加,而硫酸盐占比略有减少,钙占比明显减少。区域气流停滞区的形成是发生严重灰霾天气的主要气象条件,垂直输送能力不足也是加重灰霾天气的气象条件之一。     

秸秆焚烧导致湖北中东部一次严重霾天气过程的分析

利用地面气象要素、火点信息及污染物资料,研究了2014年6月12~13日湖北省中东部地区一次重度霾天气的成因及污染特征。结果表明:导致此次霾天气的主要原因是安徽省北部大面积秸秆焚烧所形成污染气团受偏东北气流输送的影响,12日在湖北中东部形成了两条"带状"的能见度低值区,最低能见度仅为2.1 km。秸秆焚烧污染物输送气流由北向南影响湖北,主要作用于孝感—武汉—咸宁一带,3个地区细颗粒物(PM2.5)峰值浓度均超过了600μg/m3,且武汉和孝感的PM2.5与PM10质量浓度比值在12日增加到0.76和0.77,并出现了0.96和0.93的最大值,随着污染气团的传输,其中PM2.5所占比例会出现明显下降。SO2质量浓度的变化特征不显著,NO2质量浓度在污染物质量浓度达到峰值前1~3 h达到峰值,而CO是秸秆焚烧产生的主要污染气体,其质量浓度变化与PM2.5和PM10呈正相关关系,相关系数分别为0.66和0.67。风矢量和分析表明:6月12日湖北省中东部存在明显的东北来向气流输送,污染物的输送是该时段霾天气发生的主要影响因子,而6月13日湖北省东北边界处的输送气流已经明显减弱消失,东南部风矢量和异常偏小导致的污染物堆积是该地区污染持续的主要原因。     

珠江三角洲2001—2008年灰霾天气过程特征分析

使用2001—2008年广东省466个地面自动气象站资料、广州气象站常规气象资料、广州市空气污染指数资料等,制定统一标准统计并详细列出了2001—2008年的灰霾与清洁过程清单,并进行了一些初步的分析。通过天气学分析方法以及矢量和分析方法,分别分析天气形势以及珠江三角洲近地层风对严重灰霾过程和清洁过程的影响。(1)低能见度与空气污染密切相关,尤其与复合污染密切相关。(2)无论是灰霾过程还是清洁过程,用大气能见度和API作为两个参考指标所选的过程所分布的季节是非常一致的,但具体时段不尽相同。(3)典型灰霾过程分布在每年的10月—次年4月,造成灰霾的天气形势主要是高压变性出海。典型清洁过程分布在每年的10月—次年3月冷空气活动频繁的季节,以及5—9月的雨季,其影响的天气形势主要是冷空气南下、台风影响。(4)矢量和的分析说明灰霾过程与气流停滞区关系密切,而清洁过程则与强水平输送有关。     

广西霾天气系统分型

利用2009—2013年NCEP再分析资料和广西14个地级市的历史气象资料,通过天气学方法对广西233个霾日对应的天气系统进行了分类,将形成广西霾日的天气系统分成冷高压脊控制型、入海高压后部型、低压槽型、均压场型、冷锋前部型、副高控制型、静止锋暖区型和热带气旋外围型共8种类型,研究了各类型天气系统的特点及其在广西霾形成中的作用。结果表明:冷高压脊控制型、入海高压后部型、均压场型和低压槽型是4种主要的环流型,造成的广西霾日较多,静止锋暖区型和热带气旋外围型造成的霾日较少;冷高压脊控制型和副高控制型的霾过程持续时间比较长,冷锋前部型的霾过程持续时间最短;地面风速较小,中低空为下沉气流是出现霾日时各类天气型的共同特征。     

珠江三角洲区域大气输送和扩散的季节特征

根据1985—2004年NCEP/NCAR再分析资料,采用HYSPLIT扩散模式和虚拟源方法,模拟分析了珠江三角洲大气污染物的空间和时间分布状况,初步讨论了珠江三角洲大气输送和扩散的季节特征,及其长期变化趋势。结果表明：珠江三角洲大气的输送和扩散有明显的季节变化特征,春、夏季大气污染物汇聚区位于珠江三角洲的西北侧,秋、冬季位于偏西侧;春、夏季的汇聚区明显强于秋、冬季。春、夏季大气分别向珠江三角洲西北和偏北方向的山区输送和扩散,而秋、冬季则沿着较为平坦的粤西海岸,向西南偏西方向输送和扩散。秋、冬季大气污染物的滞留时间明显比春、夏季短。1985—2004年大气输送和扩散能力存在年际差异,其中以2004年的输送和扩散能力最弱、1996年最强。     

不同天气条件下城郊近地层湍流谱的研究

利用１９９０年夏季天津市郊观测塔三分量风资料，研究了正常天气和天气过程中近地面湍流谱的一些特征。结果表明，正常天气时，城郊的湍流谱和平坦地形的基本一致，而有天气过程时，湍流谱反映出一些特殊性。文章还讨论了出现这些特殊性的可能原因。     

西安市霾天气与清洁天气变化特征及影响因素分析

利用2006-2012年西安市污染物质量浓度、气象站逐时地面风场、相对湿度和能见度等资料,依据霾天气的定义统计理论霾日数,对比人工观测霾日与判据统计理论霾日的合理性,通过对霾天气与清洁天气过程的气象条件分析,分析西安市霾天气与清洁天气过程的变化特征及影响因素。结果表明：2006-2012年西安市霾天气过程在干季发生频率较高,湿季发生较少。地面风场对霾天气过程影响较大,绝大部分霾天气过程的日平均风速＜1.5 m·s^-1;干季大部分霾天气过程日平均风速≤1.0 m·s^-1,极端个例甚至在0.5 m·s^-1以下。清洁天气过程在干季发生次数多于湿季,主要与干季风速较大和湿度较小相关。     

鲁西南霾天气个例分析

2007年6月11～13日鲁西南连续3天出现罕见的霾天气过程,为了弄清楚这次霾天气过程形成的天气学原因.利用常规气象资料、探空站资料及自动气象站资料和空气污染资料对这次过程进行综合分析.结果表明,霾的形成是多种气象因素共同作用的结果,大陆暖高压东移人海,其底部的偏东气流将海上的低温高湿空气向鲁西南输送,是霾形成的有利环流条件;中低层风速较小,且风向随高度逆转,是霾形成的有利风场;大气层结稳定,且低层存在逆温层是霾形成的重要条件;高污染浓度是形成霾的物质基础.     

黑龙江省西南部一次大范围霾的天气分析

利用地面观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,分析了2011年1月20-24日黑龙江省西南部一次大范围持续性霾过程的变化特点及环流背景;诊断分析了该次过程中动力、水汽及不稳定条件。结果表明:该次过程表现为明显的日变化特征。霾过程持续期间,黑龙江省处于纬向型环流的控制之下,冷空气势力弱;黑龙江西南部整体处于地面高压内的均压场中,有利于霾维持。近地面气象要素中相对湿度和风速与霾的严重程度相关很好,能够解释霾的日变化特点。近地层弱的辐合上升、中高层的辐散下沉运动,有利于逆温增强,并使水汽和污染物扩散到一定高度,使霾维持,抑制其消散。     

2013年1月安徽持续性霾天气成因分析

2013年1月安徽霾天气具有范围广、持续时间长、能见度低等特点。利用合肥、安庆、阜阳2009~2013年1月地面常规资料、高分辨率探空资料,结合轨迹分析和聚类分析,讨论了2013年1月安徽霾天气频发的原因。结果表明:低风速、高湿度不能解释2013年1月霾天气增多、增强的现象。大气层结稳定、接地逆温偏多、偏厚,可部分解释这次霾天气增多现象。边界层中上部输送条件的变化也不能解释2013年1月霾天气增多现象,但近地层输送条件的变化能较好地解释2013年1月霾天气增多现象,如偏东北来向的轨迹组对应着最低的能见度,且2013年1月各地最低能见度对应的轨迹组所占比例(或与次低能见度的轨迹组所占比例之和)在历年中最高。因此,大气层结稳定、近地层偏东北来向气团较多是2013年1月安徽各地能见度偏低、霾天气偏多的主要原因。     

Effect of Atmospheric Haze on the Deterioration of Visibility over the Pearl River Delta

The studies on the effect of atmospheric aerosol on climate and environment are hot issues in the current circle of international science and technology. In recent years the pollution of aerosol is getting worse and worse over the Pearl River Delta. The clouds of aerosol occur all year round, with heavy pollution area located at the western side at the mouth of Pearl River. The haze weather mainly occurs from October to April next year, resulting in visibility deterioration. From the beginning of 1980s, visibility dramatically deteriorated, obviously increasing haze weather, in which there are three big fluctuations, showing the periods of pollutions of dust, sulphate and dust, fine particle from photochemical process and sulphate and dust accompanying with the development of economy respectively. The long-term tendency of visibility caused by fog and light fog does not show a tendency due to human activities or economic development, which mainly shows the interannual and interdecadal variation of climate. The deterioration of visibility has close relation to the fine particles over Pearl River Delta, with half of PM10 overpass the limited value set by national second graded standard (150μg m-3), meanwhile, all values of PM2.5 overpass the day-mean limited value of American national standard (65μg m-3), especially from October to January next year, monthly mean values of PM2.5 almost reach two times of standard value, indicating the fine particle concentration is very high. The ratio of PM2.5 to PM10 is also very high, reaching 58%-77%, higher especially in dry season than in rainy season. Thus it is the fine particle pollution in aerosol pollution over the Pearl River Delta. Compared with the data of 15 years ago, the ratio of fine particle to aerosol has obviously increased.     

离岸型背景风和海陆风对珠江三角洲地区灰霾天气的影响

不同类型的背景场和海陆风对珠江三角洲地区大气灰霾有不同的影响。作者主要利用空气质量模式系统Models-3 (MM5/SMOKE/CMAQ)研究离岸型背景风和海陆风对珠江三角洲一次灰霾天气的影响, 结果表明, 中尺度气象模式MM5对珠江三角洲地区这次灰霾天气的气象模拟, 较好地模拟了风速和风向的变化。多尺度空气质量模式CMAQ模拟出了PM10浓度的变化, 与观测值比较一致。在这次灰霾天气过程中, 由于离岸型背景风与陆风风向一致, 在陆风维持的情况下, 内陆源区的PM10被输送到沿海地区, 导致沿海城市和海面上PM10浓度比较高; 而在海风维持的情况下, 海风与离岸型背景风方向相反, 造成海风较小, 致使整个珠江三角洲地区灰霾天气都比较严重。敏感性试验结果表明离岸背景风和海陆风的相互作用对灰霾天气的生成与分布有重大的影响。     

珠江三角洲典型灰霾天气过程和清洁过程近地层流场的EOF对比分析

利用广东省466个地面自动气象站资料、广州气象站常规气象资料及珠江三角洲4个主要城市的PM 10浓度等资料,通过矢量EOF方法,对选出的珠江三角洲典型灰霾天气过程(2004年1月4~10日)和清洁过程(2005年11月15~21日)的近地层流场进行对比分析。分析表明典型灰霾天气过程第二、三模态有非常明显的日变化特征,受局地中小尺度环流系统影响,污染物局限在当地,出现严重的灰霾天气;而清洁过程与强平流输送有关,主要受大尺度环流系统影响。     

珠江三角洲秋季大气边界层温度和风廓线观测研究

根据2004年10月珠江三角洲3个代表性观测点大气边界层观测资料, 分析了珠江三角洲秋季大气边界层温度和风廓线特征。结果表明:珠江三角洲秋季气温递减率较低, 逆温出现频率较高, 强度较弱, 海风使珠江口贴地逆温的出现时间推迟、低空逆温的出现频率增加。珠江三角洲秋季受多种局地环流影响, 边界层内风廓线比较复杂, 晚上城市群与非城市群地区风向有明显差别; 城市群和珠江口多次分别观测到城市热岛环流和海风环流。     

珠江三角洲台风龙卷的活动特征及环境条件分析

利用常规观测、自动气象站、多普勒雷达等资料分析珠江三角洲台风龙卷的活动特征及其产生的环境条件。结果表明:台风龙卷发生在6—10月,时间多为10—20时,出现在台风登陆后1.3～21.3 h的时段内;多数龙卷位于台风中心的东北象限,台风中心在广东湛江一广西东南部或北部湾附近时是珠江三角洲龙卷发生的高风险期。高层辐散、低层辐合及中低空强东南急流在珠江口附近叠加是龙卷产生的有利环流背景。强或弱龙卷环境条件的共同特征为低抬升凝结高度、强深层和低层垂直风切变及较大风暴相对螺旋度(SRH),主要差异是强龙卷的深层和低层垂直风切变与SRH更大;相似台风路径下,有/无龙卷环境条件的明显差异在于0～1 km低层垂直风切变和SRH,两值越大出现超级单体或中气旋的可能性越大,龙卷发生概率也就越高。台风龙卷风暴母体属于低质心的微型超级单体风暴;低层有强或中等强度中气旋,有时强中气旋中心伴有龙卷涡旋特征(TVS);龙卷出现在钩状回波顶端或TVS附近。与西风带超级单体龙卷相比,台风龙卷中气旋的尺度更小、垂直伸展高度更低。     

基于卫星探测资料的珠江三角洲城市群对降水影响的观测研究

利用卫星观测TRMM降水以及QuikSCAT风场资料, 对珠江三角洲地区及临近区域降水的分布特征进行了探讨, 结果表明: (1) 同一纬度相比, 珠江三角洲城市群所处的区域降水明显多于其周边地区, 表明了城市化可能会使所处区域的降水增加; (2) 珠江三角洲城市群所处区域降水的增加存在明显的季节变化特征, 在前汛期城市所处区域的降水增多较其它季节明显; (3) 珠江三角洲城市化对降水的影响与风场的分布密切关联, 降水增多的区域通常位于城市群所在之处及其下风方向的邻近地区; (4) 珠江三角洲城市化使城市群所处区域的降水时次减少, 而降水强度则加强; (5) 珠江三角洲城市群的天气、 气候效应只对对流性降水产生影响, 而层状降水的分布则与城市群的位置没有明显关联。     

1954—2004年珠江三角洲大气能见度变化趋势

利用珠江三角洲5个城市气象观测站 (广州、深圳、台山、惠州、高要) 的长期能见度观测资料, 采用累积百分率、Ridit分析法和烟幕/霾日频率3种统计分析方法, 分析了1954—2004年珠江三角洲能见度变化趋势, 初步探讨了珠江三角洲大气环境的变化特征及其可能原因。结果表明:近50年来, 珠江三角洲城市能见度呈显著下降趋势。能见度的下降起始于20世纪70年代初, 并在经济高速发展的80—90年代初进一步恶化, 90年代中期之后虽然能见度变化趋于平缓, 但能见度下降的趋势仍未从根本上改变。珠江三角洲能见度与当地的人口增加和经济发展程度有密切的关系, 同时污染物的区域输送对西部下风向城市能见度也有很大影响。珠江三角洲能见度未得到有效改善的主要原因, 很可能是由于细粒子污染, 尤其是二次粒子前体物如SO2和NOX等的排放未得到有效控制。     

2005年7月珠三角地表温度场的遥感监测分析

城市热环境及其热效应是当前城市气候与环境中最为重要的研究内容之一。分析地表温度（LST）是研究热环境的一个有效手段。选取2005年7月中旬高温期间MODIS数据,利用推广分裂窗算法反演LST,采用最大值合成方法制作珠江三角洲地区热场分布序列图。结果发现：珠三角地区增温初期的高温区主要分布在珠三角外围的城市,呈由外向内的增温过程;珠三角地区沿河道区域的增温幅度最高最快,增温盛期的地表最高温度主要分布在河网密集地区;城市化和工业化程度高的市区热岛效应明显。研究结果符合目前珠三角经济区的发展状况,对城市区域布局和规划有积极意义。