邢台市大气稳定度和混合层厚度特征研究

基于1981—2010年邢台市逐日4个时次地面气象观测资料和2014年的同期逐日空气污染API值及气象观测数据,运用修正的Pasquill稳定度分类法和混合层厚度计算方法得出邢台市近30年大气稳定度和混合层厚度变化特征,结果表明:近30年邢台市大气不稳定类呈1.16%/10a增长,中性类呈-1.40%/10a下降,稳定类变化趋势不明显,月变化以中性类和稳定类为主,日变化受太阳辐射强度的影响明显。混合层厚度主要受风速影响,平均厚度460.09m,月变化呈"单峰型"分布。在02:00、08:00、14:00和20:00四个时次上混合层厚度都具有春季大于夏季大于冬季大于秋季的分布特点。经验证发现混合层厚度和不同稳定度等级的出现频率是影响空气质量的重要因子。     

西安地区混合层厚度变化特征及对大气污染的影响西安地区混合层厚度变化特征

利用2007—2011年西安泾河基准气候站逐日地面常规气象资料,采用统计方法,对比分析西安地区日最大混合层厚度的变化特征及对大气污染的影响,结果表明：西安年平均混合层厚度日变化在158～1 343 m之间,呈现出夜间小,正午前后大的变化趋势;日最大混合层厚度总体呈逐年递增趋势,2011年有所减小,冬半年低夏半年高;年平均日最大混合层厚度与同期降水日呈反向变化,日最大混合层厚度与空气污染物质量浓度有明显的负相关关系。

     

喀什地区浮尘天气特征及一次重污染天气成因分析

根据1961—2018年喀什地区9个国家站浮尘日数逐日观测资料,利用气候学统计、M-K突变检验等方法分析喀什地区浮尘日数的时空分布等气候特征,分析2019年3月19—25日喀什地区出现的强浮尘造成的重污染天气成因。结果表明:喀什地区年平均浮尘日数为71 d,浮尘日数总体呈减少趋势,并于1997年前后发生了显著减少性突变。2019年3月19—25日出现的强浮尘天气过程,持续时间长,影响范围广,乌拉尔山高压脊发展,脊前横槽转竖,在新疆东部回流东灌冷空气是造成此次沙尘过程的天气背景。浮尘天气造成21—24日喀什地区空气污染指数AQI指达500,属严重污染,首要污染物PM_(2.5)和PM_(10)在21日、22日达到峰值,分别为494、1 175μg/m~3。热力、动力条件以及近地面存在逆温层均不利于污染物的扩散。污染过程前后喀什市本站气压与PM_(10)、PM_(2.5)浓度均呈正相关,相关系数为0.762、0.507,均通过0.05显著性水平检验;气温与PM_(10)浓度呈负相关,与PM_(2.5)相关性不明显;相对湿度跟PM10和PM2.5呈正相关,表明气象因子在大气污染过程中对大气环境影响明显。     

西安地区混合层厚度变化特征及对大气污染的影响

利用2007—2011年西安泾河基准气候站逐日地面常规气象资料,采用统计方法,对比分析西安地区日最大混合层厚度的变化特征及对大气污染的影响,结果表明:西安年平均混合层厚度日变化在158~1 343m之间,呈现出夜间小,正午前后大的变化趋势;日最大混合层厚度总体呈逐年递增趋势,2011年有所减小,冬半年低夏半年高;年平均日最大混合层厚度与同期降水日呈反向变化,日最大混合层厚度与空气污染物质量浓度有明显的负相关关系。     

北京地区平均最大混合层厚度的时间变化特征

大气混合层厚度是大气环境质量影响预测中所需的重要参数。应用Holzworth干绝热法计算最大混合层厚度的基本原理,采用王式功等提出的逐步逼近法计算了北京观象台站1970—2007年的最大混合层厚度,分析了最大混合层厚度38年的变化和月平均值的年变化特征,同时应用2004—2007年同期的北京地区空气质量等级与同期大气混合层厚度逐月分布频率进行比较。结果表明,北京观象台的平均最大混合层厚度自1970—1998年有逐年减小趋势,1998年达到最小值,而从1998—2007年有逐年增加趋势,年平均最大混合层厚度与年降水日数有较为明显的负相关关系。最大混合层厚度的年变化表现出冬季低和夏季高的特征,且在夏季的7月和8月出现一个相对的低谷。空气质量等级与同期大气混合层厚度逐月分布频率表明,较高的最大混合层厚度出现频率较大的月,空气质量等级为1级和2级出现的频率高,而较低的最大混合层厚度出现频率较大的月,其空气质量等级为3级和4级出现的频率高。     

基于WRF/Chem模式天津地区重污染天气成因分析

基于WRF/Chem数值模式,以CO为示踪物分解水平输送、湍流混合和垂直运动对近地面大气污染的影响,研究2014-2017年天津地区重污染天气成因。研究表明:基于上述方法可实现重污染天气水平输送、湍流混合和垂直运动影响的定量描述,完成重污染天气成因数值归因分析。如2017年1月26日的重污染天气湍流混合能力下降是其重要的影响因素,2017年2月12日重污染天气混合层厚度下降对其影响显著,2017年2月16日重污染天气水平输送对其有重要影响,2015年12月21日重污染天气是下沉气流、湍流混合能力下降和混合层降低共同导致。在分析中,可通过湍流混合导致地面CO质量浓度每小时下降速率小于40%,垂直运动使得CO质量浓度每小时上升速率大于等于1. 4%,混层层厚度小于250 m,水平扩散导致地面CO质量浓度上升等指标表征气象条件易于重污染天气形成。2014-2017年99次重污染天气符合上述条件之一或者多个条件,覆盖所有重污染过程的85%,即使未满足上述条件,99%的过程也可以通过重污染天气成因分析标准予以解析。分析显示2014-2017年天津116次重污染过程,58%的过程由两个或者三个气象因素共同影响所致,且影响因素与天气类型密切相关,如高压后部型与水平输送、北部弱高压型与下沉运动影响等。相比水平输送和湍流混合能力下降,下沉运动带来的近地面大气污染物质量浓度上升往往会被忽略,但在部分过程中,下沉运动也会导致近地面质量浓度快速增加,成为重污染天气形成的重要影响因素,如2014年1月10-11日。湍流扩散系数KZ和湍流混合导致地面CO质量浓度每小时下降速率β与近地面PM2. 5质量浓度呈现较好的幂指数关系,其相关系数分别为0. 57和0. 73,可以在重污染成因分析和预报中发挥积极作用。     

辽宁空气中度污染和重污染天气类型分析

统计分析了2005-2009年辽宁省14个城市5种污染物逐日的污染指数API数据,基于东北低压型、南大风型、干冷锋北大风型和夏秋大雾型四种易形成辽宁地区沙尘污染的天气类型,对污染天气类型进行归类统计分析。结果表明：重污染和中度污染天气中PM10污染所占比例最高,污染天气类型主要是干冷锋北大风型。     

绵阳城区一次连续重污染过程的气象条件分析

基于高密度逐时气象观测资料以及国家环境保护部公布的空气质量日报,对绵阳城区2014年1月9日至2月4日一次污染过程的气象条件,分3种类型(轻度污染型、中度污染型、重度污染型)进行研究。结果表明:整个过程风速和混合层厚度与空气质量指数均呈负相关,相关系数为-0.637、-0.487;分类型讨论时,仅轻度污染型风速与空气质量指数呈负相关,相关系数为-0.739;风速日变化均呈现"单峰型"的特征,峰值出现在12:00—18:00之间;风向以东南、西北气流为主,东南气流能加重空气污染;混合层厚度表现为"早晚低,午后高"的日变化特征,轻度型的混合层厚度平均高583.78m,中度型反比重度型低6m,分别为481.92m,487.69m;溃变理论V-3θ图对连续重污染过程的转折性天气起到较好的预报和指示作用,主要表现在强对流和降水天气两类。     

混合层厚度的经验计算及与探空观测对比分析

根据Nozaki计算混合层厚度的经验参数化方法,利用部分时段的北京、黑龙江龙凤山、浙江临安、新疆阿勒泰、海南三亚、青海西宁、云南腾冲7个站的地面常规气象观测资料,计算14:00(北京时)的混合层厚度,并与短期的臭氧探空资料中的Vaisala RS-80气象探空仪观测资料(位温廓线和折射系数梯度)分别确定的混合层厚度作对...     

2000～2004年天津市大气污染特征分析

根据天津市2000～2004年的环境监测资料和同期气象资料,对天津市大气污染物浓度变化的时空变化特征、大气污染与天气条件的关系进行了研究。结果表明:天津市大气污染物具有明显的时空分布规律,时间上表现为冬强夏弱,年际之间SO2和PM10浓度减轻,NO2变化不大。空间上表现为SO2和PM10在中心城区改善明显,NO2浓度在局部地区仍在增加。天气形势、城市热岛、逆温和混合层高度等对污染物浓度影响很大。     

北京市持续重污染天气分析

通过对2004-2008年北京市空气持续重污染过程的统计及其对非沙尘型持续重污染天气形势的特征分析,得到以下结论：持续重污染过程具有明显的季节分布特征,主要包括春季沙尘型污染和秋冬季节非沙尘型污染;非沙尘型持续重污染过程期间多对应着大雾、轻雾、霾、烟等低能见度天气,过程后期对应的天气现象多为大风或降水天气。其中大雾天气更易引发长时间持续的空气重污染事件。非沙尘型持续重污染的天气形势特点为：高空多为纬向环流,850 hPa多为暖脊控制,地面多处于弱气压场,鞍形场型污染尤为严重。北京持续重污染多对应区域性污染。     

京津冀采暖期大气污染天气特征

选取2004—2006年京津冀地区采暖期155个区域大气污染日,对当日08:00(或前一日20:00)海平面气压场,结合高空环流特征进行了分析。对影响京津冀区域污染的天气形势划分为5种类型,即高压型、冷锋型、低压型、华北干槽型和均压场型,其中高压型最多,占40.0%。区域污染过程通常对应一次高空环流调整过程,连续性区域污染过程往往由多种天气型影响。地面辐合加上低层逆温和下沉运动阻碍污染物在水平和垂直方向的扩散,在污染源一定的条件下,稳定的大气层结和区域内特殊地形的影响是导致区域污染形成的重要原因。     

天津冬季重霾污染过程及气象和边界层特征分析

京津冀大气灰霾污染严重,天津市作为其核心组成之一其污染形势亦严峻。选取2013年2月20~28日天津重霾污染时段7站PM2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物,即细颗粒物)和气态污染物数据,结合北京污染数据、地面气象要素、能见度、边界层温湿和风廓线、后向轨迹,深入分析重霾污染过程特征及气象和边界层成因。结果显示,研究时段天津PM2.5、SO2、NO2、CO和O3浓度均值为150、87、56、2.4和22μg m-3,气态污染物各站差异显著,但仅有SO2全面超过国家空气质量一级标准(50μg m-3),而PM2.5具有区域同步变化特征,且严重超标,是一级标准(35μg m-3)的2~8倍,最高小时均值高达364μg m-3;高浓度PM2.5是导致低能见度的主因,能见度小于10 km对应PM2.5阈值为50μg m-3。弱风和高湿度导致局地排放累积,PM2.5始增,在高湿度条件下,持续偏南风促使其稳步增加,配合弱北风和弱东风PM2.5震荡上扬,污染高值阶段,南北气流短时迅速切换,区域污染传输叠加污染的循环累积,PM2.5浓度峰值达到最高;除因边界层强东风导致的平流逆温外,高浓度PM2.5与平流逆温密切相关;高污染时段高湿主要集中在500 m以下,且随高度递减幅度较大;位于200~600 m的低空急流一定程度抑制污染上升,尤其持续强东风使PM2.5浓度稳步降低到二级水平,污染迅速有效清除最终依赖整层的强西北风。北京、环绕天津的河北中部和西南部地区对天津重污染有显著贡献。     

南宁市一次较高空气污染指数过程气象条件分析

使用空气污染指数资料和气象资料,对南宁市2002年10月6～15日的较高空气污染指数过程的气象条件进行了分析研究,找出了南宁市高空气污染指数与气象条件的一些规律,为南宁市的空气污染指数预报提供参考。     

北京地区严重污染物状况下的大气边界层结构与参数研究

利用北京３２５ ｍ 铁塔资料对出现在１９９８ 年９ 月２６～３０ 日的一次严重污染过程的边界层结构和决定大气污染物扩散稀释的边界层参数作了分析和研究。分析发现, 这段时间边界层稳定层结占绝大多数, 白天在近地面的不稳定层结上还时有逆温盖, 另外在此期间风速较小。利用此资料还得到了北京严重污染状况下决定边界层湍流的一套基本物理参数     

天山北坡一次大雾天气的数值模拟分析

利用常规气象观测数据、NCEP再分析资料和WRF4.0中尺度数值模式,对2019年12月8—15日新疆天山北坡出现的一次持续性大雾天气的成因进行分析。结果表明：此次大雾天气出现在500 hPa新疆脊控制、850 hPa暖中心维持、地面蒙古冷高压影响的环流背景下。雾开始和维持阶段,地面1 200 m存在逆温强度为0.9℃/100 m的强逆温层,为大雾的形成和维持提供了静力稳定条件;大雾一般出现在辐射降温最明显的傍晚前后;大雾天气出现后2 m气温和地面温度温差始终维持在5℃左右,地、气温差使地面积雪一直升华,为大雾天气持续提供了充足的水汽条件;近地层大气一直存在2.0 m/s以下的微风,形成的湍流维持了雾滴悬浮的平衡状态。当逆温层中上层出现6～10 m/s偏东风时,雾层厚度增加;中上层风速过大或地面～600 m风向一致时,雾减弱或消散。     

复杂地形对对流混合层的影响

用发展后的混合层模式研究下垫面（地形和地面热力）的不均匀性对混合层结构的影响。数值实验表明,在保持了混合层模式简便和实用等特点的同时,发展后的混合层模式能够很好地反映复杂地形对混合层厚度和风速的影响。     

天津冬季大气能见度与空气污染的相互关系

为探求天津冬季大气能见度特征与空气污染的相互关系,于2008年12月至2009年1月连续观测大气能见度和空气污染物浓度(PM10、PM2.5质量浓度,O_3、NO_2和SO_2体积浓度),并结合相对湿度进行相关分析。结果表明:天津冬季大气能见度平均值为11.59 km,日变化呈明显的单峰特征,其变化特征受到空气污染物,尤其是气溶胶质量浓度及相对湿度变化共同影响;观测期内霾的发生频率接近50%;采用非线性回归方程拟合能见度与气溶胶质量浓度相互关系显示,PM2.5质量浓度对水平能见度的贡献大于PM10质量浓度,并且高湿情况下,能见度与气溶胶质量浓度相关性更好。