有霾和无霾时宁波市大气混合层高度的日变化特征

根据2007—2013年宁波市每日8次地面观测气象资料,运用罗氏法和统计分析法计算大气混合层高度,分析其在霾日和非霾日的不同日变化特征。结果表明宁波市霾日与非霾日混合层高度均呈白天高,夜晚低的日变化特征,夏季两者差值的日变化波动最明显,波峰时间比其他季节晚3 h。混合层高度日变化趋势与风速、气温、能见度趋于一致,霾等级越重,混合层高度越低。霾日与非霾日的气温差值除冬季呈正变温外,其他季节呈负变温,冬季14时差值最小,夜间加大,春夏季凌晨差值最小,14时最大,秋季波动不明显;风速差值除冬季夜间为正值外,其余季节为负值,秋冬季差值最小、夏季最大。大气处于不稳定状态时,混合层高度随着稳定度增加而逐渐处于稳定状态时,随着稳定度增加而降低,中性大气是宁波易致霾的大气层结。霾日与非霾日大气稳定度表现不一致,中午霾日中性大气占多数,非霾日则是不稳定大气;夜间霾日稳定—弱稳定大气和中性大气所占比例相当,非霾日稳定—弱稳定大气占多数。另外,PM_(2.5)浓度在霾日和非霾日均为白天低、夜间高的日变化特征,但霾日波动大,波峰时间晚于非霾日2 h,峰值浓度也高于非霾日2.7倍;早晨或下午到上半夜是霾日的PM_(2.5)浓度两个上升时段,上午为下降时段;非霾日的两个浓度缓升(降)时段分别出现凌晨和下午(上午和前半夜)。研究成果有助于预报员了解大气混合层高度及其对霾的可能影响,从而提高霾预报预警能力。     

我国中东部一次大范围霾天气的分析

利用空气污染资料、常规气象观测资料和NCEP再分析资料,对2007年2月5日我国中东部大范围霾天气进行了综合分析.结果表明:前倾槽结构和逆温层结为霾的形成提供了有利条件;800hPa以下层垂直速度、涡度和散度的绝对值较小.是霾维持的动力因子.大气混合层高度的变化对霾的生消有很好指示作用,霾天混合层高度北高南低分布,致使南方比北方更易出现严重霾天气.此外,要素对比结果表明,霾的相对湿度比雾低,温度露点差比雾大,逆温强度比雾弱,大气混合层高度比雾高,这些可为霾的预报提供参考依据.     

关中地区一次霾天气过程分析

利用常规地面观测资料及气象探空资料,分析了2016年11月3—5日关中地区霾天气过程,结果表明:高空500hPa锋区偏北,中纬度无明显冷空气活动,850hPa暖空气控制,地面弱气压场是导致关中地区霾出现的主要天气背景;近地层为正涡度平流,而925~850hPa为负涡度平流是大范围霾持续的动力结构;霾出现前有暖干空气向关中地区输送,而逆温层持续存在,是霾天气持续的重要原因;气压场稳定,风速偏小,大气混合层高度持续低于650m,致使大气水平和垂直交换能力弱,引发了此次霾天气。霾出现前后气象要素变化特征明显,可为霾的预报提供重要参考。     

2018年常州一次罕见持续性雾-霾天气分析

利用常规气象观测资料、探空资料、污染物浓度及AQI资料、NCEP再分析资料等,对2018年11月24日至12月3日夜间常州持续11 d的强浓雾和严重霾天气过程进行了分析。结果表明：（1）此次雾-霾过程持续时间长、范围广、强度大、污染重。（2）中纬度地区高层持续纬向环流控制、中低层暖脊稳定存在,地面持续受均压场或弱倒槽顶部、弱冷锋前部影响,是这次持续性雾-霾过程的重要天气条件。（3）边界层内弱辐散、负涡度及弱的下沉气流是此次雾-霾天气得以长时间维持、发展的动力因子。近地层长时间水汽饱和且维持小风速利于雾-霾的长时间维持。（4）近地面高强度的贴地逆温长时间维持和持续较低的混合层高度是此次雾-霾形成、发展和长时间维持的重要热力条件。雾比霾的平均混合层高度明显偏低且霾等级越高混合层高度越低,混合层高度的变化先于能见度变化,对雾-霾临近预警有较好的指导作用。（5）弱冷空气渗透、风速适当增加、混合层高度的先期快速下降、负净辐射曝辐量绝对值的明显增大是雾爆发性增强的主要原因。     

重庆主城区一次重度霾天气过程分析

利用NCEP再分析资料、L波段雷达探空资料、常规气象资料及自动气象站资料和空气污染资料,对2005年12月25-28日重庆主城区一次重度霾天气过程进行了分析.结果表明:此次重度霾天气过程发生在一定天气背景下,500 hPa青藏高原南侧南支槽槽区宽广,槽前西南气流较为强盛,850 hPa重庆地区持续处于均压场控制,气压梯度小,水平风速弱,且影响重庆地区的冷空气活动少、强度弱,有利于重度霾的形成和维持;低层风速较小、中低层逆温层的持续存在、气温较低也是此次重度霾形成和维持的重要条件;在未达到饱和的情况下,适当增加湿度有利于霾的加强,霾天气过程中,气溶胶粒子的吸湿增长会使能见度更加恶化.     

广州市雾与霾的天气和气候特征

利用广州市1974～2005年逐日4个时次的相对湿度、天气现象等气象要素资料,分析了广州市雾与霾的气候特征,并在此基础上利用NCEP/NCAR逐日850 hPa高度,U、V风以及地面气压资料,归纳出广州市雾与霾的典型天气形势,指出850 hPa西南低压的位置是决定出现雾或霾的关键因子。     

江西省区域霾天气过程典型个例分析

利用2011—2017年江西省基本气象观测资料,统计分析了江西省区域霾天气过程的时空分布特征,并选取典型个例进行天气学分析及模拟。结果表明:江西省区域霾天气过程的月、季变化特征明显,呈北多南少的空间分布特征。区域霾天气过程的天气形势可分为高压类、低压类和均压类,其中高压底部类出现次数最多。3个典型个例中江西地面分别处于高压底部、冷锋锋区和均压场,配合500 hPa高度层的平直西风气流、西北气流或西南气流控制,925 hPa高度层的反气旋控制,整层大气处于非常稳定的状态。江西中北部上空为弱的气流下沉区,相对湿度非常低,为逆温或中性层结。后向轨迹模拟显示,高压底部与冷锋锋区个例过程输送带均为西北路径,均压场个例过程污染物气团为西南气流输送。     

1970—2013年石家庄地区霾变化特征

利用1970—2013年石家庄地区17个县市的地面气象观测资料分析了霾的空间变化特征。结果表明:1970—2013年石家庄年霾日数的区域分布变化较大,由中东部平原霾日数多、西北部山区霾日数少的分布转变为西南部地区霾日数多、中东部地区霾日数少,这种空间分布在2010年后更显著。随着经济快速发展,石家庄市西部山区丰富的矿产资源被开采,大量排放的SO2、NOX和VOCS等污染物发生光化学反应,有利于气溶胶的转化形成;除本地污染物排放外,受太行山阻挡,在一定天气背景下东南部地区污染物向山前汇聚,区域性污染输送也是西部山区污染严重的成因。石家庄地区持续性霾事件日数占霾总日数的50%以上,霾持续日数超过4d和8d分别为中等持续性霾事件与极端持续性霾事件;中等持续性霾事件年平均发生次数为9.8次,极端持续性霾事件年平均发生次数为1.6次。以南—东北向铁路线为分界,石家庄区域呈中东部和南部县市(无极、正定、藁城、栾城、赵县)极端持续性霾事件较多、西北部3县市(平山、行唐、灵寿)和东部3县市(晋州、深泽、辛集)极端持续性霾事件少的分布。石家庄市中等持续性霾事件在12月和1月发生次数最多,6—8月中等持续性霾事件发生最少;极端持续性霾事件主要出现在11月至翌年2月,其中1月极端持续性霾事件发生的可能性最大,年平均发生次数为0.4次,其他月份极端持续性霾事件年平均发生次数不足0.2次,极端持续性霾事件的发生概率较小。     

银川市大气混合层高度变化特征及其与空气污染的关系

基于银川高空站2008～2017年的L波段秒级数据和地面观测数据,利用干绝热法计算银川2008～2017年逐时大气混合层高度,分析其变化特征,同时利用银川6种污染物的质量浓度和AQI指数,分析大气混合层高度与空气污染物的关系。结果表明：银川市的大气混合层高度（MLH）大部时间在600 m以下,占比为68%;银川MLH具有明显的单峰型日变化特征,07:00（北京时间,下同）最低,16:00最高;各月MLH值在282～936 m,4～6月MLH值最高,12月MLH值最低;季节变化方面,春季最高,夏季次之,冬季最低;年变化方面,2012年MLH平均值最高为621 m,2015年最低为566 m;银川市6种污染物除O3外,其余5种污染物的质量浓度与MLH值都为负相关,O3与MLH值的相关性最好;四季中,冬季污染物浓度与MLH值的相关性最好,夏季最差,秋季好于春季;银川MLH值与AQI指数呈负相关。     

陕西关中两次霾重污染过程气象条件分析

应用常规观测资料、污染物浓度资料和NCEP 1°×1°再分析资料从环流形势、边界层特征和扩散条件等方面对2013年和2016年两次持续性霾重污染过程进行对比分析。结果表明:①2013年过程和2016年过程在500hPa高空上分别为阻塞环流型和纬向环流型,关中地区受偏西气流影响、地面气压场较弱、大气层结均比较稳定;②2013年过程西安贴地逆温层顶高度低、相对湿度大、气温低、不利于大气垂直湍流交换,污染物容易堆积,这也是2013年过程比2016年过程重污染持续时间长、污染浓度高的原因之一;③两次过程西安平均风速均小于2m/s,具有显著的低风速特征,且东北风为其主导风向。持续东北风引起上游污染传输和低风速导致的本地污染累积是造成2013年过程污染浓度更高的重要因素;④2013年过程结束是受强冷空气影响,来自高空的干洁大气下沉到地面,置换了边界层的污染空气,使空气质量得到根本改善;而2016年过程是受高原槽东移影响,雨雪天气的沉降作用使得霾消散。     

2014年秋季长株潭城市群一次典型霾污染天气过程的气象特征及成因分析

利用长株潭地区地面空气质量监测资料、常规地面气象资料及NCEP再分析资料和MODIS火点监测资料,结合HYSPLIT4后向轨迹模式,对2014年10月1718日长株潭地区一次严重霾天气过程的空气污染特征和成因进行综合分析。研究表明,长株潭地区此次严重霾天气污染事件的主要污染物为PM2.5,安徽南部和江西西北部地区秸秆焚烧产生的颗粒物,经高空偏东北气流引导输送到长株潭地区,是这次大范围烟霾天气的主要来源。长株潭地区西部高空槽区宽广,槽前西南气流较为强盛,地面受均压场控制,水平风速弱,为严重霾污染天气的维持提供了有利的环流条件。中低层逆温和大气底层湿度的增加,使污染物粒子不断累积;近地面连续静（小）风和风向的频繁转变,不利于污染物粒子的水平扩散;中下层弱的下沉气流、较低的混合层高度有利于污染物的垂直累积,为此次重度霾污染天气的发展、加强提供了有利的气象条件。     

江西省中北部地区一次典型灰霾天气过程分析

利用气象观测资料、南昌市PM2.5资料并结合HYSPLIT轨迹模型,对2013年12月4—10日江西省中北部地区一次典型、持续性灰霾天气过程进行了分析,综合讨论了灰霾天气发生过程中的天气形势、风速、能见度、低层相对湿度、层结稳定度等气象要素和物理量特征,分析了PM2.5浓度等环境要素的变化特征以及导致此次灰霾天气的污染源。结果表明:1)此次灰霾天气过程的500 h Pa高度层平均环流形势为"两槽一脊"型,江西省受西北偏西气流控制;弱冷空气、静稳天气是灰霾天气得以形成和发展的主要天气背景场。2)较小的近地面风速和较大的相对湿度以及中低层逆温层的存在均是此次灰霾形成和维持的重要条件,且此次灰霾天气过程中能见度分别与近地面风速和相对湿度、PM2.5浓度呈正、反相位关系,湿度升高、污染物浓度较高、风速较低的气象条件容易形成低能见度。3)灰霾天气气溶胶颗粒物浓度的升高可能是由本地污染源和甘肃省、内蒙古自治区一带以及四川省东南部污染源共同造成的;前期整体出现在2 km以下,随着时间的推移,浓度升高。     

四川盆地南部一次持续性雾霾过程的特征及成因分析

本文利用常规气象资料、NCEP (1°×1°)再分析资料和环监站实时监测数据,分析了2017年12月四川盆地南部一次持续性雾霾的气象特征和增强机制。结果表明:(1)中高纬平直纬向环流、低层弱偏南偏东气流、地面均压场组成的静稳天气长时间维持为雾霾天气的形成和维持提供了有利的环流背景条件。(2)上干下湿、逆温明显的大气稳定层结,连续无降水、近地层高湿和较弱的风场提供有利的气象要素条件。(3)低层弱冷平流、上层暖平流促进稳定层结长时间维持和近地层水汽凝结作用加强,为雾霾天气的增强和持续起到了重要作用。(4)冷空气、降水,水平和垂直扩散能力增强是空气污染物浓度降低的重要条件。     

山东一次大范围持续性霾过程的气象条件分析

2016年12月30日至2017年1月8日，山东出现了以PM2.5为首要污染物、持续几天、大部地区重度以上污染的霾天气。基于多种实况观测资料和ERA Interim再分析资料，分析了此次过程天气背景和边界层特征等。结果发现：高空平直纬向环流、地面弱气压场、典型的静稳天气，有利于霾维持较长时间。此次过程期间有3次冷空气影响，冷空气的强度影响霾的变化，弱冷空气难以破坏近地层逆温结构，并会从上游向下输送污染物，有利于污染物的累积；较强冷空气带来较强的垂直运动，破坏了静稳天气形势，有利于污染物的扩散及清除。此次过程稳定层结形势下，边界层高度是一个对霾有指示意义的物理量。边界层高度和AQI的变化呈滞后负相关关系，边界层高度降低之后对应AQI指数升高。逆温层长时间的存在是此次霾持续的重要条件，另外由于地理原因东南风增湿和逆温层顶高度降低都会导致污染物浓度增大，使霾加重。     

北京地区一次典型大雾天气过程的边界层特征分析

利用中国科学院大气物理研究所325 m铁塔15层风、温、湿梯度观测资料和3层超声资料,对2002年12月1~4日发生在北京地区的持续大雾天气过程进行近地面层大气边界层特征分析。结果表明,近地面大气边界层较大的相对湿度(70%)、较小的风速(3.0 m.s-1)和风速垂直切变(0.02 s-1)、稳定的层结结构以及较低的气温是北京持续大雾天气形成的主要原因。冷空气的侵入使得边界层相对湿度迅速减小,风速和风速垂直切变增大,破坏近地面大气边界层的结构,导致大雾的消散。分析还发现,大雾的维持与消散主要受风场等动力因素的影响,热力层结是大雾维持和消散的必要条件。冷空气的侵入自上而下影响平均风场,而对湍流风场的影响则是自下而上的。尺度分析结果表明,大雾期间,近地面边界层内中尺度动量通量和感热通量都大于湍流尺度的,中尺度动量通量与平均风速基本呈反相关;冷空气的侵入使得湍流通量显著加强,是导致大雾天气消失的主要原因。     

南京及周边地区一次严重烟霾天气的分析

利用南京市空气污染资料、常规气象观测资料和NCEP再分析资料,对2008年10月28～29日南京、镇江、扬州、泰州、盐城等地区出现的一次大范围烟霾天气过程的空气污染状况、大尺度环流背景、微观气象要素特征以及影响天气系统的热力和动力场结构等进行了综合分析研究,并且运用Hysplit-4模式反演了这次过程影响南京地区污染物的扩散轨迹。结果表明:焚烧秸秆物引起的空气中高颗粒物浓度是造成这次大范围烟霾天气的直接原因;有利的环流和风场条件,加上稳定的大气层结,是烟霾维持和加强的重要条件;在未达到饱和情况下,适当增加湿度有利于霾的形成,且吸湿粒子吸湿凝结增大会使得能见度更加恶化,烟霾更加严重。在这次烟霾天气中,南京地区的污染物源头来自扬州、镇江、泰州一带,最严重时期的污染物主要来自泰州南部。     

北京地区一次持续性雾霾天气分析

2015年11月27日至12月1日,北京地区出现了一次十分严重的雾、霾天气过程。综合分析此次雾、霾天气过程的天气形势、加密自动站、探空、风廓线雷达以及连续观测的PM2.5资料,结果表明:本次雾、霾过程,能见度的恶化与天气形势、PM2.5持续性波动增长、相对湿度增加、逆温出现频率高、近地层风速小及近地面偏南风输送有密切关系:(1)此次雾、霾过程期间,华北地区较长时间被地面高压后部的弱气压场和低压辐合区控制,地面风速和近地层风速较小,北京大部分地区处于弱的偏南风或偏东风控制中,很不利于污染物的水平扩散;(2)地面增湿趋势明显,低层偏南和偏东气流将水汽和上游污染物向北京地区输送,加之29日气温明显回升,导致地面积雪融化,近地面相对湿度增加,有时接近饱和;(3)边界层逆温一直存在,很不利于污染物的垂直扩散。     

武汉一次强冰雹天气过程分析

利用多种资料对2006年8月3日武汉出现的罕见冰雹天气过程进行分析。结果表明:武汉处于不稳定大气层结中,干冷空气的侵入和"派比安"台风外围暖湿气流强烈辐合是冰雹天气的触发机制。中-β系统直接导致了冰雹天气过程,多普勒雷达回波上具有典型的后右侧V型槽口回波、弱回波区(WER)、弓形回波和悬挂回波等特征,并且强回波区与多普勒雷达速度场上的逆风区、大风区相关。     

北京雾和霾临界气象条件的气候变化特征

近年来北京市频繁遭受雾和霾天气的影响,表现为天数增多、持续时间增长的特点,这一变化越来越受到专家学者的重视。气象条件是雾和霾污染形成的客观因素。利用北京市观象台多年雾和霾天气(2013-2015年)和气象要素(1961-2015年)观测资料,从气候变化角度出发,研究雾和霾临界气象条件的气候变化特征。研究结果表明:对雾和霾的形成有促进作用的临界气象条件是日平均风速≤1.9 m/s,日相对湿度≥76%,偏南方向的风向;对雾和霾的形成有抑制作用的临界气象条件是日平均风速≥2.6 m/s,日相对湿度≤69%,日降水量≥0.5mm。1961-2015年北京市观象台低风速日数呈增加趋势,且多为西南方向,高风速日数呈减小趋势,污染物清除能力下降,对污染物的累积起关键性作用;相对湿度较高的日数呈减小趋势,相对湿度较低的日数呈增加趋势;日降水量较大的日数呈下降趋势。三种气象条件中相对湿度条件随年代的变化有利于雾和霾的消散,而风速风向和降水量条件随年代的变化不利于雾和霾的扩散和沉降。但有研究表明,在雾和霾污染的形成消散过程中,风速条件起决定性作用,故北京地区较低风速日数的增加是导致大气污染的重要原因。此外,不利的风向条件加重了北京地区污染物的积累聚集。     

一次典型的区域性降水天气过程分析

高空槽配合低空切变线和地面低压,在渤海水汽通道建立,强烈的辐合上升运动和大气层结不稳定条件下,使锡林郭勒盟南部产生大雨天气。