2017年上海臭氧污染气象条件分析及臭氧污染天气分型研究

根据2016-2017年上海空气污染物和相关气象要素数据,分析上海2017年O₃变化特征以及气象影响因素,并对造成O₃污染的天气系统进行主观分型。结果表明：2017年上海市空气质量优良天数为275 d,占全年天数的75.3%,O₃-8h污染天数为55 d。上海市O₃-8h年均浓度115 μg·m^-3,同比增幅超过10%,为2013年以来的最高值,主要体现为夏半年O₃浓度的上升。与2016年相比,2017年夏半年西太平洋副热带高压偏西偏强,上海地区风速风向、温度、水汽、光照、辐射条件均有利于O₃浓度上升。造成2017年高浓度O₃污染主要有4种天气类型：副热带高压控制型（SH）、地面高压型（G）、均压场型（J）和低压型（D）。其中副热带高压控制型是典型的O₃-8h污染天气型,占总污染日数的29.1%,且污染程度较重;低压型出现次数较少;地面高压型的臭氧平均污染程度最弱。     

细粒子污染形成灰霾天气导致广州地区能见度下降

用NCAR/NCEP1958～1997年共40年资料对南海夏季风撤退的气候特征进行了分析。8月上旬西伯利亚冷空气开始南进,由于青藏高原的阻挡作用,在我国东部大陆推进得很快,到达南海后继续向南推进,最后导致9月中旬左右南海夏季风从南海撤退。就个别年份而言,最早的撤退时间是8月中,最晚的是10月中,可以差两个月。南海夏季风撤退与建立过程是很不相同的,南海夏季风和夏季风雨带的建立都是爆发性的,在全区域几乎是同时建立,但撤退是由北向南缓慢撤退的,历时一个月左右。在撤退期间,南海降水形势变化不大,但在撤退之后,南海夏季风雨季转变为ITCZ雨季,其相应和雨区随着太阳南移向南推进。南海夏季风撤退后,南海降水30～60天振荡明显减弱,而准两周振荡仍比较活跃。     

淮河流域风场垂直结构特征分析

为进一步加深南北气候过渡带上山地丘陵地区的风场认识,利用淮南2015年3月至2016年2月ST（Stratosphere-Troposphere）风廓线雷达的探测资料,分析了该地区20 km高度内风场的变化特征及垂直结构。结果表明:淮河流域850 hPa、700 hPa、500 hPa、100 hPa等压面高度上,风场有明显的垂直变化,风速及其波动幅度随春、夏、秋、冬先减小后增大,且随高度增加,夏季最小、冬季最大的季节规律逐渐增强;风场的垂直分布存在差异,在中低层以下,以小于10 m/s的风为主,风向转换多,中低层以上10～25 m/s的偏西风居多;年平均风场结构为低层以5 m/s北风为主,到2 km左右向西偏转,风速小于10 m/s,在5 km高度处形成15 m/s的西风,且风速持续增大,10 km左右达到25 m/s后逐渐减小,到15 km左右风向顺时针向北偏转,直到20 km附近与低空风场相近。     

北极臭氧垂直分布和天气尺度变化的观测研究

北极地区臭氧对北极气候和环境系统起着重要作用。研究其分布和变化有助于了解北极的气候和环境及其对全球气候系统的影响,有助于气候和环境变化的数值预报。中国北极科学探测1999在北冰洋楚可奇海域成功的进行了大气臭氧观测。通过在中国“雪龙”号破冰船甲板上（于1999年8月18-24日在75°N,160°W附近处）释放大气臭氧探空仪获得了高分辨率的大气垂直结构和臭氧分布资料,可以进行大气尺度的大气臭氧变化研究。分析大气监测资料、TOMS臭氧总量资料和NCEP大气环流资料表明,大气臭氧总量随着对流层顶的低一高一低变化呈高一低一高的变化过程。研究还表明,大气柱的臭氧总量与13公里以下的大气臭氧含量关系密切,而在约20公里处的大气臭氧浓度最大值的变化与整个气柱臭氧的关系不大。500 hPa天气形势图上一个弱一强一弱的西南天气型造成的弱臭氧平流可能是这次臭氧变化的主要原因。     

强垂直温度梯度条件下强对流天气分析与潜势预报

采用19年3~9月常规探空观测资料,对南昌ΔT850-500≥27℃这种强垂直温度梯度与江西强对流天气过程的关系进行了相关分析,并将区域强对流天气、局部强对流天气、无强对流天气的3类情况下的中低层气压、温度、湿度、风场及稳定度进行分类合成分析,结果表明:当南昌ΔT850-500≥27℃时,且有天气系统作为触发条件时,江西强对流天气发生的概率达85%;中低层低槽和切变等影响系统、江南华南暖湿气流、河套地区的冷空气都有利于江西强对流天气出现。对典型个例的探空曲线和对流有效位能分析表明:强垂直温度梯度结合中低层高湿度是强对流天气发生的重要条件。在强对流天气潜势预报中,强垂直温度梯度有时比对流有效位能更有指示性。根据上述分析结果,建立了相应的预报流程,并在业务试用中取得较好的效果。     

一次暴雨过程垂直结构特征分析

应用NCAR/NCEP再分析资料和垂直剖面图方法,对2003-08-28-29出现在陕西关中的区域性暴雨天气过程的物理量空间分布诊断分析,揭示暴雨过程的垂直结构特征.结果表明,低层东北气流为暴雨形成提供了动力抬升和聚集水汽的作用,暴雨过程中低空西南急流不明显,水汽的垂直输送强烈.上升运动发展旺盛,达到100 hPa,最大上升气流出现在700～500 hPa之间.低层辐合中心位于850 hPa,高层辐散中心位于400 hPa.低层正涡度中心位于850～700 hPa之间,高层负涡度中心位于150 hPa.涡度、散度和垂直速度场的大(小)值区的几何形状与暴雨区分布基本一致.     

乌鲁木齐重污染日的天气分型和边界层结构特征研究

利用2004年1月-2009年4月高空、地面气象观测资料和逐日空气污染指数,对乌鲁木齐空气污染≥Ⅳ级的重污染日持续时间特征、500hPa高空环流形势、地面气压场及相应的边界层结构特征进行了统计分析。结果表明,乌鲁木齐重污染过程发生1天和持续2,3和4天的比例分别是32.2%,23.3%,18.5%和11.0%;发生重污染时500hPa以纬向环流型居多,占重污染总日数的84.2%,经向环流型为15.8%。从地面气压场来看,高压后部型出现重污染的频率最高,达86.3%;高压底部型次之,为9.6%;高压前部型和南高北低型出现重污染的几率较小。乌鲁木齐冬季Ⅲ级污染日对应的温度、湿度及风等要素廓线的垂直结构与冬季平均状况几乎一致,而重污染出现时,边界层逆温较强、风速较低且低空伴随有较厚的偏东风或东南风气流;重污染日和雾的关系密切,伴随有雾或轻雾的频率高达81.3%;前一日20:00(北京时)上干下湿并伴有逆温的边界层结构极易导致空气质量恶化。     

2015—2018年海南省臭氧污染特征及其天气类型

根据2015—2018年海南省18个市县32个空气质量监测站O₃浓度资料,分析了区域性O₃污染（O₃-8h浓度超标市县≥3个）时空变化特征,并对造成O₃污染的天气系统进行主观分型。结果表明：2015—2018年海南省共有40 d发生了区域性O₃污染,发生概率为2.73%。其中2015年和2017年达到了13 d,发生概率为3.56%,2018年为11 d（3.01%）,2016年仅为3 d（0.82%）。发生区域性O₃污染主要有4种天气类型：冷空气偏西下型、冷空气偏东下型、变暖高压脊型和热带系统型。其中冷空气偏西下型是最主要的天气类型,共出现了14 d,占所有天数的35%,且污染较重。不同天气类型下海南省O₃污染表现出不同的分布特征。500 hPa有下沉气流、低层受东北风控制,有相对湿度低值区从中国东部向海南省延伸,地面位于冷高压底部或热带气旋西北侧,温度露点差在5 ℃以上等条件均有利于海南省区域性O₃污染天气出现。     

北京春季不同天气条件下气溶胶垂直分布特征

对2005年和2006年北京地区春季没有沙尘和云影响下17次晴空大气气溶胶（粒径范围0.1～3.0μm）飞机垂直观测资料进行分析,给出了三种天气条件（地面高压、地面两高压之间和地面低压）下气溶胶的垂直分布,并计算了对应天气条件下的风通量和理查森数。结果显示：在北京地区处于地面高压控制下（简称类型1）,气溶胶的垂直混合和水平传输都很强,气溶胶浓度垂直分布平坦,地面气溶胶浓度平均约为1200个/cm^3;在北京地区处于地面两高压之间（简称类型2）,气溶胶的垂直混合较强,边界层上没有阻挡,气溶胶浓度随高度递减,地面气溶胶浓度平均约为7200个/cm^3;在北京地区处于低压控制下（简称类型3）,气溶胶在边界层顶垂直混合较弱,形成一个较强的阻挡,阻碍了气溶胶从边界层内向自由层扩散,同时边界层内水平传输较弱,结果是在边界层以上气溶胶浓度迅速递减,地面气溶胶浓度非常高,约为10000个/cm^3。