基于CALIPSO卫星资料的华东地区气溶胶垂直分布特征

基于2010年12月1日—2011年11月30日美国国家航空航天局云—气溶胶激光雷达与红外探测者卫星搭载的激光雷达CALIPSO的监测数据,通过分析消光后向散射系数、体积退偏比和色比,得到了华东地区垂直方向上气溶胶粒子的散射能力、尺度、规则程度随高度的变化及其季节变化特征。结果表明:随着高度的增加华东地区大气的散射能力减弱。整层大气不同季节粒子的形状大小不同,春季不规则、大粒径粒子所占比例与其他季节相比较大。夏季较规则、小粒径的粒子较多。各高度层的后向散射系数值分布范围为5×10-4~20×10-4 km-1·sr-1。对不同高度消光后向散射系数、体积退偏比和色比随时间变化的研究表明,春季受沙尘输送的影响,0~4 km大气层中不规则大粒径粒子较多;4~8 km大气层由于所含气溶胶粒子较少,大气散射能力随季节变化不明显;而8~10 km大气层中粒子含量最少,导致大粒径粒子所占比例较高,此外该高度层在秋季不规则、大粒径粒子相对较多,冬季规则、小粒径粒子相对较多。     

沙尘暴影响下北京沙尘气溶胶的垂直分布及溯源分析

采用云-大气气溶胶激光雷达红外探索卫星观测系统(Cloud-Aerosol Lidarand Infrared Pathfinder Satellite Observations,CALIPSO)资料,得出了2013年3月8-11日的一次途经新疆、甘肃、内蒙古等地的沙尘暴,对造成北京的沙尘天气影响下的沙尘气溶胶的空间垂直分布图。在此基础上研究了衰减后向散射系数、退偏振比、色比等光学特性参数。结果表明:在此次沙尘暴影响下造成的北京地区沙尘天气过程中,气溶胶的退偏振比在0.1~0.4之间,色比大于0.3。3月10-11日北京地区的沙尘气溶胶分布高度从3km以下被抬升至约4km。再利用欧拉-拉格朗日混合单粒子轨道模型(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)和NAAPS全球气溶胶模式,模拟分析了这次沙尘的来源和传输过程,表明此次沙尘起源于南疆盆地和内蒙古中西部,影响甘肃大部、内蒙古中西部、宁夏、山西北部和河北西北部、北京等地区。并用双波长迭代反演法初步反演了3月10、11日北京地区处于沙尘天气情况下的气溶胶光学厚度,分别为0.334和0.621。     

无锡市霾天气特征及影响因子研究

利用太湖北岸无锡气象局国家基本气象观测站1980—2011年地面气象观测资料及1991—2011年无锡市统计年鉴资料,对无锡市霾天气演变特征、气象要素特征及其影响因素进行了分析。结果表明：无锡市的霾日数总体呈上升趋势,近5年来更加明显;霾日数冬季>春季>秋季>夏季;连续10 d及以上霾过程都经历了地面均压场、〖JP2〗入海高压后部及地面倒槽3个连续天气过程。出现重度霾的地面天气形势为地面均压场型、冷锋前型、地面低压倒槽型3种类型。连续10 d以上的霾及重度霾,中低空气团的后向轨迹都出现了下沉运动,且气团经过地区为污染物浓度较高区域。工业污染物中的粉尘排放是造成20世纪90年代霾日数增加的最大因素,2004年以后由于工业废气的排放量以及汽车拥有量的逐年增加,霾日数仍然呈上升趋势。     

西安霾天气时空分布特征与影响因子分析

选用1971—2013年西安7个一般气象站和西安探空站资料,综合人工观测霾日记录、能见度小于10.0km、相对湿度小于80%的标准,分析霾的年代际、季和月的时空分布特征,以及霾天气时风、降水、边界层等影响因子。结果表明:120世纪70年代至21世纪西安年代际平均霾日呈"减-增-减-增"趋势;2西安是关中地区主要大气污染区,霾主要出现在冬季,多发区域基本维持在中东部;城市化对霾天气发生影响显著,呈市区、近郊多,远郊少的特点;3大部分霾持续时间不超过一周;近95%霾出现在3.3m/s风速以下,一半以上霾天气风力小于1级;4霾日与雨日成反比,与连续无降水日数成正比,月均最长连续无降水日数低值区为4—9月,霾日数均不多;各月边界层高度和霾日数呈明显的反相关,冬季边界层低,霾日最多;5特殊的"盆地"地貌、风速逐年减小的气候变化趋势、城市工业污染加重等是造成西安霾天气形成并波动上升的重要影响因子。     

2013年初江苏连续性雾-霾天气的特征分析

利用FNL资料、污染物颗粒浓度资料以及常规气象资料对2013年1月12—16日江苏地区的连续性雾 霾天气过程的环流形势、地面气象要素特征、大气边界层结构及大气污染状况等进行了分析。结果表明：高空形势变化平稳、中低层的暖平流配合稳定少动的地面气压场为雾 霾天气的发生提供了有利的环流形势;持续变化较小的气压梯度和较低的风速以及相对湿度的增大和PM2.5、PM10的浓度的变化为雾 霾形成和发展提供了条件;雾 霾期间低层都存在不同程度的逆温现象,混合层高度与AQI呈反相关关系,当混合层高度越低,AQI就越高,污染就越严重,能见度就越差;相对湿度的升高和PM2.5在污染物颗粒中的富集,是导致能见度下降和持续污染的首要原因,而强冷空气带来的大风降温是污染物颗粒被快速清除的重要动力机制;影响南京的污染物来源为：黄海、安徽地区、北方污染物的输送和本地的局地污染。     

基于CALIPSO的华北地区气溶胶垂直分布特征

利用2007—2014年CALIPSO Level 2气溶胶廓线产品,统计分析了华北地区气溶胶垂直分布规律,并以2013年12月发生的一次大范围霾过程为例,探讨了霾天气中气溶胶垂直变化特征。结果表明,华北地区气溶胶消光系数(σ)随高度指数衰减,年平均标高为2.48 km;1 km以下存在σ高值层,冬季较大、春季较小,年平均为0.333km~(-1)。年平均颗粒退偏振比(Particulate Deploarization Ratio,PDR)随高度递增,变化范围为0.18~0.25;PDR春季较大,夏季较小。年平均色比(Color Ratio,CR)随高度弱增加,变化范围为0.7~0.8;春季CR随高度递减,其他季节随高度递增。华北地区近地面以污染沙尘气溶胶为主;春季以沙尘为主,夏秋季以污染沙尘为主,冬季中高层以沙尘为主,低层以污染沙尘为主。霾事件中,霾日1 km以下存在消光高值层,消光系数约为清洁日三倍。霾日PDR和CR都低于清洁日,2 km以下PDR大多小于0.2,CR以0.3~0.5为主。本地烟尘与远距离输送的沙尘相混合形成的污染沙尘是本次霾过程的主要气溶胶类型。     

2020年西双版纳持续重霾天气成因和来源分析

利用常规气象观测资料、环境监测站点的空气污染物浓度监测资料、欧洲中心(ECMWF)提供的ERA-5逐时0.25°×0.25°再分析资料和NOAA研发的Hysplit后向轨迹模式,分析了 2020年3月29日-4月5日低纬高原的西双版纳地区持续性重度霾空气污染事件的特征、气象成因和污染物颗粒主要来源。结果表明：（1）重度霾污染期间,AQI值及PM2.5浓度值有显著日变化特征,表现为白天低、夜间高。（2）冷空气势力偏弱,脊前暖平流使中低层大气增温,有利于西双版纳地区大气层结的稳定,无明显水汽输送带,整个过程空气湿度较低,连续8天重度霾污染并未出现传统上高湿的气象霾特征。稳定的大气层结和逆温层的存在削弱了大气在垂直方向上的对流交换。（3）受均压场控制,地面和低空风速小,较低的混合层厚度和较小的通风系数等共同作用,使得污染物颗粒在水平和垂直方向上扩散受到抑制,导致污染物颗粒聚集。（4）各污染物浓度值与MODIS/Terra卫星反演东南亚境外火源点数有显著相关性,其中火源点个数与AQI正相关高达0.5。（5）由Hysplit后向轨迹模式表明此次重霾污染过程中颗粒物可能来源主要是缅甸马圭、曼德勒和东枝境外的输入型累积传输。西双版纳位于低纬高原地区,受地形影响,污染物积聚在景洪城区及周边澜沧江河谷地带之后,很难通过水平输送离开,这是也是造成此次连续重度霾污染事件的重要原因。     

江西省近50年霾天气时空分布特征及成因分析

利用1964—2013年江西省83个站逐日霾观测资料,运用线性倾向估计等统计方法,分析江西省近50年霾时空变化特征及其与气候要素的关系。结果表明:江西霾日数呈赣中北部多、赣南少的特点,赣中的萍乡—宜春—抚州—上饶一带以及赣北北部的九江中部、景德镇北部地区是霾天气多发区,年均霾日数在30 d·a~(-1)以上。冬季霾日数最多,萍乡—宜春—鹰潭地区中北部、南昌—九江的中部以及上饶东部地区超过20 d·a~(-1),春季和秋季次之,夏季最少。12月是霾日数最多的月份,接近全年霾日数的2成。江西省霾日数呈年际增长的趋势,增长率为11 d·(10 a)~(-1),气候趋势系数为0.78,通过0.01的显著性水平检验。霾日数与平均风速和大风日数均呈负相关,而与静风日数呈正相关。近50年平均风速和大风日数呈下降趋势,静风日数呈上升趋势,这可能导致空气中污染物不易扩散而形成更多的霾天气。江西省降水日数呈减少趋势[-6.3 d·(10a)~(-1)],气温呈增暖趋势[0.15℃·(10a)~(-1)],霾日数与气温和降水日数分别呈正、负相关。     

成都及周边地区霾时空分布特征研究

利用成都及周边地区(包括眉山、广汉、绵阳、德阳)1980~2010年的地面气象观测资料,基于多种统计方法对该地区霾日的时空分布特征进行了详细分析。结果表明,(1)成都及周边地区的年平均霾日数整体呈增加趋势,尤其是近5年。霾日的季节变化主要表现为:冬季最多,秋季和春季次之,夏季最少,且夏、秋和冬三季霾日数均呈增加趋势,春季反之。霾日的月变化十分显著,大体呈"V"字型,最多出现在12月,最少出现在6月。(2)年平均霾日的空间分布基本一致,高值区主要分布在成都西南部以及东部的金堂、广汉、德阳、绵阳,低值区分布在成都北部。     

江苏盐城地区一次持续雾-霾天气过程的综合分析

2013年12月上旬江苏盐城地区出现了一次历史罕见的持续重度雾-霾天气,利用盐城市常规气象观测资料、NCEP再分析资料(1°×1°)及环境监测中心站的污染物浓度资料等,对此次过程的环流背景、气象要素、大气层结特征以及动力条件、污染情况等进行了综合性分析。结果发现:12月上旬中高层冷空气势力弱,以纬向环流为主;低层弱的水平风场为雾-霾的发生发展提供了有利的环流背景;稳定的层结特征,近地面高强度的贴地逆温和持续较低的混合层高度是此次雾-霾天气长时间维持的重要因素;边界层内弱正散度及负涡度是此次雾-霾天气得以维持发展的动力因子;通过后向轨迹分型和火点监测资料分析发现:污染物的长距离输送在此次重污染天气的形成过程中起到了一定作用。最后,文中建立了能见度和PM_(2.5)浓度、相对湿度的非线性回归方程,对能见度的预报效果较好,为实际业务应用中雾-霾的预报提供了有利的依据。     

2018年1月青岛市一次重度污染雾——霾天气成因分析

利用中国国家地面站逐小时气象观测资料、中国环境监测总站空气质量逐时监测数据、ECMWF0.125°（纬度）×0.125°（经度）再分析资料及青岛市八关山自动站常规要素逐小时数据,对2018年1月15～22日青岛市一次重度污染雾—霾天气过程的特征及其影响因子进行分析。结果表明：PM10为首要污染物,污染过程中青岛市48 h输入污染源前期主要为北方干冷气团与江淮湿空气在山东半岛北部汇聚堆积,后期则主要包括山东省内局地大气污染物排放。雾—霾期间,500 hPa中高纬地区受乌拉尔山阻塞高压和中西伯利亚冷低压控制,宽广的东亚横槽稳定维持,青岛上空以平直西风气流为主,地面等压线稀疏,风速小;随着横槽转竖,纬向型环流转为经向型,冷空气大举南下,风速急增,降雪发生,雾—霾迅速消散。在静稳的大气环流背景下,当近地逆温层内弱风或持续吹陆风,对流层低层上升和下沉运动较弱,水汽条件较好时,有利于雾—霾维持。综合分析雾—霾各阶段PM2.5浓度和相对湿度与能见度间的关系发现,霾阶段两因子影响力相当;雾阶段能见度主要受相对湿度的影响;静稳条件下PM2.5浓度累积增加是影响雾、霾混合阶段能见度的主要因子。     

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。     

近十年连云港市霾变化特征及其气象条件分析

利用连云港市气象和环境监测数据,分析2008—2018年该地区霾的变化特征及其与气象要素的关系,中-重度霾发生的天气背景和污染物源地特征。主要得到以下结论:连云港主城区霾日数从2011年起逐年显著增加,2013—2015年达峰值,之后逐年减少;冬季霾出现最为频繁,其中1月重度霾日数最多;1～2 m·s~(-1)风速最利于该地区霾的形成;WNW、WSW和SSW三个风向下连云港主城区霾出现的频率最高,受地形和工业布局等因素影响,在自海上来的偏东风下该地区霾出现的频率也较高。相对湿度在70%～80%时,霾出现频率最高,但更高相对湿度更利于中-重度霾形成。PM_(2.5)浓度与能见度、风速和相对湿度等气象要素的相关性均大于PM_(10)。根据地面环流形势,可将连云港地区霾的天气背景分为低压倒槽型、锋前型、高压前部型、高压后部型和均压场型5种,其中均压场型占比最大,达35.8%。逆温层结对中-重度霾的形成有较好指示作用,08时和20时逆温出现的频次和强度均大于14时。轨迹聚类分析表明,不同天气型下中-重度霾对应气团的源地、路径和移动距离均有明显差异。     

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。     

陕西关中大气污染时空分布特征及天气学分型

基于常规气象观测资料和空气质量资料,分析了2014—2018年陕西大气污染时空分布特征,并进行天气学分型.结果表明:陕西重污染主要出现在关中地区,冬高夏低,秋春居中,其月际变化呈现出明显的U型分布特征,重污染主要发生在冬季12—2月,年均20.0～33.2 d;关中5市PM2.5质量浓度的日变化明显不同,咸阳、西安表现...     

江西省霾天气气候特征及其与气象条件的关系

利用1980-2011年江西83个常规站和南昌、赣州2个探空站的观测资料,对江西霾的气候特征及其与气象条件的关系进行了分析。结果表明：近32 a来江西霾日总体呈上升趋势;霾日的季节、年际和年代际变化明显,秋冬季多（12月最多）春夏季少（7月最少）,4 a左右和8 a左右的年际变化周期显著,年代际变化主要为15 a左右的变化周期;江西霾日空间分布不均,呈现中北部多,南部及山区少的分布形势。霾与地面风速、大气逆温、海平面气压、降雨量和相对湿度密切相关,低风速、大气逆温、高气压、高湿度和少降雨有利于霾天气的发生,反之,高风速、低气压、低湿度和多降雨不利于霾天气的发生。     

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。     

新疆霾天气监测的优化对策研究

针对新疆气象局普查全疆105个国家级气象站1951—2008年人工观测的霾天气历史记录时,发现新疆霾天气人工观测历史资料的统计数据出现明显不符合实际情况的异常现象,为探究出现这些异常现象的根本原因,研究人员分别采用历史资料统计法、问卷调查法、归纳分析法等多种方法,面向全疆观测员、预报员、业务管理人员等收集其对霾天气监测现状的看法和建议,进而归纳和总结出新疆霾天气监测业务中存在的主要问题,并针对存在的问题提出新疆霾天气监测的优化对策与措施,这些优化对策与措施已经应用于新疆气象观测站的日常霾天气业务中,且取得了一定的成效。     

四川省1980~2014年霾的时空分布特征

利用四川省1980~2014年地面观测站气象资料,系统分析了四川省霾的时空分布特征。结果表明：四川省霾日高值区主要分布在四川盆地;川西高原、攀西地区霾天数极少;重度霾主要分布在四川盆地的中东部地区,中度霾年平均最大值40 d出现在自贡;轻微霾日数随时间变化不大且发生日数最多;中度霾和重度霾时间变化特征相似,呈现波动性变化,1992年达到峰值,随后又呈波动性下降趋势;霾的发生有显著季节性特征,冬季最高,秋季次之,春季低于秋季,夏季最轻。     

喀拉海和巴伦支海海冰对中高纬异常纬向环流暨中国东部重霾天气形成的作用

采用1981年1月—2017年2月国家气象信息中心雾、霾数据集资料、同期NCEP/NCAR再分析资料以及哈德来中心的海冰资料,分析了秋冬季喀拉海和巴伦支海海冰变化与东亚冬季风暨中国东部冬季雾和霾日数变化特征之间的关系。研究结果表明,喀拉海和巴伦支海海冰对亚洲区中高纬纬向环流有重要影响,秋季海冰异常偏少是冬季亚洲区中高纬异常纬向环流形成的诱因之一。该地区秋季海冰偏少年,冬季亚洲中高纬地区纬向环流异常偏强,东亚大槽偏弱,影响我国东部地区的东亚冬季风减弱,这为大气污染物在水平方向上的聚集提供了有利条件,同时在海冰偏少年,对流层从中层向下均为正温度距平,与地表温差减小,不利于对流发展,使得大气的状况变得更加稳定,不利于大气污染物在垂直方向上的扩散,水平和垂直方向上的共同作用导致中国东部地区易发生霾天气过程。虽然喀拉海和巴伦支海海冰是影响中国东部地区冬季霾过程发生的重要因子之一,但其对冬季中国东部雾天气发生日数多寡的影响并不显著。亚洲区纬向环流指数相比经向环流指数更能反映中国东部地区冬季雾-霾日数的变化,冬季亚洲中高纬纬向环流越强,中国东部地区雾-霾日数越多。