Remote impacts from the tropical Indian Ocean on haze pollution in January over the Yangtze River Delta

近年来,长三角霾事件频发,对人类和生态系统健康造成了严重危害,结果表明:热带印度洋12月海温与长三角1月霾日数呈显著正相关,特别是1999-2017年.12月,海温正异常加热上层空气,1月在对流层上层激发类似MatSuno-Gill模态和一系列Rossby波列,将信号传输至长三角,随后向下游日本海和阿留申群岛传播.长三...     

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。     

2013年12月华东地区持续性霾天气成因分析

2013年12月华东地区发生历史罕见的超过20 d连续重度霾天气过程。本文利用NCEP/NCAR再分析资料、华东地区大气细颗粒浓度资料以及常规气象观测资料对此次天气过程的环流形势、持续机制和前期外强迫因子展开分析。结果表明，此次华东连续重度霾天气和东亚中高纬阻塞高压活动密切相关。2013年12月白令海到鄂霍茨克海阻塞活动加强导致东亚地区天气瞬变扰动异常偏弱，贝加尔湖东侧弱高空脊长时间维持，我国东部地区受弱偏北风影响，大气扩散条件较差，有利于华东本地大气细颗粒物积累和北方霾粒子向华东地区输送。进一步研究表明2013年12月鄂霍茨克海阻塞高压活动偏强可能和前期热带印度洋暖海温异常有关。     

北京冬季雾霾事件的气象特征分析

利用观测的气象要素和细颗粒物(即PM2.5)浓度资料,并结合中尺度数值天气模式WRF(Weather Research and Forecasting Model),对2013年1月北京地区雾霾污染期间天气条件和边界层气象特征进行了分析。模拟与观测对比表明,WRF模式可以较好地反映北京—天津—河北地区地面和高空主要气象要素的时空分布。对1月10~14日、27~31日两次重雾霾天气的分析表明,雾霾的形成是高浓度的大气颗粒物和特殊的气象条件共同作用的结果。小风或静风、稳定的大气层结,使大气扩散能力减弱,造成污染物堆积,偏南气流将周边污染物和水汽输送到北京,不仅增加了污染物浓度,而且有利于气溶胶吸湿增长,消光增强,使能见度下降,进而形成雾霾。     

冬季各月北太平洋涛动的年际变化及其与我国降水异常的联系

利用ERA-Interim的海平面气压(Sea Level Pressure,SLP)再分析资料和中国160站的降水观测资料,分析了冬季各月(当年12月、次年1月和2月)北太平洋涛动(North Pacific Oscillation,NPO)的年际变化特征,及其与我国同期降水异常之间的联系。结果表明:1)冬季各月NPO指数的年际变化较为显著,但各月NPO指数年际变化之间的相关性较差,1979—2012年冬季12月与1月NPO指数年际变化之间的相关系数为0.09,而1月与2月NPO指数的相关系数仅为-0.003,均没有通过信度检验。2)1月和12月NPO指数年际变化与同期我国黄淮流域降水异常之间存在明显的正相关,而2月NPO指数年际变化与同期我国华北降水异常之间为明显的负相关。3)当1月(12月)NPO指数增加1个标准差时,我国黄淮流域降水量比多年平均值增加约50%(40%);而当2月NPO指数增加1个标准差时,我国华北降水量比多年平均值减少约30%。     

基于气候系统指数的月尺度霾日定量预测方法研究——以芜湖市为例

利用1955-2018年芜湖市国家气象观测站资料,1980-2018年国家气候中心气候系统指数资料,对芜湖市近64 a的霾日气候序列进行重建,在此基础上使用线性趋势和Mann-Kendall方法,系统分析了芜湖市霾日的气候特征.以芜湖市为例,借助多元逐步回归方法,尝试研究了一种以气候系统指数为 自变量,霾日为因变量,建...     

河北中南部连续12 d重霾污染天气过程特征及影响因素分析

2013年12月14—25日,河北中南部地区发生了一次长达12 d的重霾污染天气过程。本文通过对同期气象条件、流场、污染物特征进行分析,探讨了这次过程的成因。此次污染过程与霾密切相关,具有持续时间长、范围广及强度大的特点;在静稳的大尺度气象条件和近地面大气层结下,污染物沿近地面风场的弱辐合区迅速积累,是重覆污染天气形成的关键;此次重霾污染天气过程中有两次弱冷空气活动,两次冷空气影响层次有所不同但影响时间均较短,不能彻底改变静稳大气层结,对污染物的扩散能力有限,重霾污染天气得以长时间持续。     

冬季赤道西太平洋环流状况与后期亚洲季风

基于月平均NCEP再分析资料(1958～1997年)以及中国336个台站月降水总量(195l～1994年),通过合成、相关以及统计显著性检验方法,研究了赤道西太平洋区域冬季环流状况与后期春夏季亚洲(东亚和南亚)季风环流变化的关系.研究结果表明,冬季赤道西太平洋环流状况对后期南亚季风和东亚季风以及我国夏季降水均有显著的滞后影响.冬季赤道西太平洋海域海平面气压偏高(低),对应反气旋(气旋)性环流异常,致使后期东亚和南亚夏季风均偏弱(强)以及我国长江流域夏季降水偏多(少),揭示了实施这种滞后影响的一般特征.     

Characteristics of Turbulent Transfer during Episodes of Heavy Haze Pollution in Beijing in Winter 2016/17

We analyzed the structure and evolution of turbulent transfer and the wind profile in the atmospheric boundary layer in relation to aerosol concentrations during an episode of heavy haze pollution from 6 December 2016 to 9 January 2017. The turbulence data were recorded at Peking University’s atmospheric science and environment observation station. The results showed a negative correlation between the wind speed and the PM_2.5 concentration. The turbulence kinetic energy was large and showed obvious diurnal variations during unpolluted (clean) weather, but was small during episodes of heavy haze pollution. Under both clean and heavy haze conditions, the relation between the non-dimensional wind components and the stability parameter z/L followed a 1/3 power law, but the normalized standard deviations of the wind speed were smaller during heavy pollution events than during clean periods under near-neutral conditions. Under unstable conditions, the normalized standard deviation of the potential temperature σ _θ /|θ_*| was related to z/L, roughly following a –1/3 power law, and the ratio during pollution days was greater than that during clean days. The three-dimensional turbulence energy spectra satisfied a –2/3 power exponent rate in the high-frequency band. In the low-frequency band, the wind velocity spectrum curve was related to the stability parameters under clear conditions, but was not related to atmospheric stratification under polluted conditions. In the dissipation stage of the heavy pollution episode, the horizontal wind speed first started to increase at high altitudes and then gradually decreased at lower altitudes. The strong upward motion during this stage was an important dynamic factor in the dissipation of the heavy haze.     

Investigating the Transport Mechanism of PM2.5 Pollution during January 2014 in Wuhan,Central China

Severe haze pollution that occurred in January 2014 in Wuhan was investigated. The factors leading to Wuhan’s PM_2.5 pollution and the characteristics and formation mechanism were found to be significantly different from other megacities, like Beijing. Both the growth rates and decline rates of PM_2.5 concentrations in Wuhan were lower than those in Beijing, but the monthly PM_2.5 value was approximately twice that in Beijing. Furthermore, the sharp increases of PM_2.5 concentrations were often accompanied by strong winds. A high-precision modeling system with an online source-tagged method was established to explore the formation mechanism of five haze episodes. The long-range transport of the polluted air masses from the North China Plain (NCP) was the main factor leading to the sharp increases of PM_2.5 concentrations in Wuhan, which contributed 53.4% of the monthly PM_2.5 concentrations and 38.5% of polluted days. Furthermore, the change in meteorological conditions such as weakened winds and stable weather conditions led to the accumulation of air pollutants in Wuhan after the long-range transport. The contribution from Wuhan and surrounding cities to the PM_2.5 concentrations was determined to be 67.4% during this period. Under the complex regional transport of pollutants from surrounding cities, the NCP, East China, and South China, the five episodes resulted in 30 haze days in Wuhan. The findings reveal important roles played by transregional and intercity transport in haze formation in Wuhan.     

冬季亚洲—太平洋涛动年际变率与东亚气候异常

利用1948—2011年NCEP/NCAR月平均再分析资料和1951—2010年我国160站降水量资料,研究了冬季亚洲—太平洋区域的大气遥相关及其与东亚冬季风和降水的关系。结果表明:冬季在亚洲—西太平洋与中、东太平洋中低纬度对流层上层扰动温度之间存在类似于夏季的亚洲—太平洋涛动 (APO) 现象,即当东亚中低纬度对流层中、上层偏暖时,中东太平洋中低纬度对流层中上层温度偏冷,反之亦然。冬季APO可以反映冬季亚洲—太平洋东西向热力差异强度变化,与夏季相比,冬季APO遥相关在亚洲的中心位置略偏南、偏东,且冬季APO与大气环流关系与夏季也有所不同;当冬季APO指数偏高时,对流层上层东亚大槽位置偏西,而东亚热带地区的高压向北伸展,导致我国南方对流层为深厚的异常反气旋系统所控制,此时南方地区对流层低层盛行异常的偏东北气流,并伴随水汽辐散和异常下沉运动,南方降水偏少;冬季APO指数与ENSO有紧密联系。     

太原地区灰霾天气特征及影响因子分析

利用2008~2012年太原常规地面气象观测资料、高空探测资料和大气污染物观测资料,对主要天气形势、典型气象要素以及空气污染状况下灰霾天气特征及形成机制进行了综合分析。结果表明:1)太原地区灰霾出现频率存在明显的季节变化,冬半年灰霾出现天数占全年的65.7%;一天中08:00(北京时间,下同)至13:00发生灰霾的频率较高。2)霾日静风频率较高,主导风向为偏东南风;重度灰霾天气出现时相对湿度较高。3)霾日的大气稳定度主要表现为稳定类;霾日平均混合层高度比非霾日低约100 m;08:00逆温出现次数高于20:00,霾时平均逆温强度和厚度高于非霾时。4)高压类型天气形势对灰霾的产生有重要影响,低压天气形势下较少出现灰霾天气。5)可吸入颗粒物、SO2和NO2浓度在非霾日比霾日分别下降32.6%、48.6%、21.7%;随着灰霾等级的增加,SO2和可吸入颗粒物的浓度有显著的增加。6)灰霾天气下到达地面的太阳辐射强度明显减弱,日照时数明显减少。     

2017年冬季长沙一次重度霾污染天气过程气象成因分析

利用空气质量监测资料、常规气象资料,根据气象条件的水平和垂直扩散能力,以及地面湿度和动力条件等分析了2017年1月27—29日长沙地区这次严重空气污染事件的污染特征。结果表明:污染发生时段,南支槽不断加深东移,槽前势力强盛的西南气流将孟加拉湾一带的水汽向长沙地区输送,进一步增加了该地区的空气湿度。同时,持续东移的脊前暖平流对长沙中低层大气增温有显著影响,为稳定的大气层结创造了有利条件。长沙处于弱高压的底后部,受大范围的弱鞍型场及均压场控制,地面有暖倒槽发展,且由于高压较弱,导致地面和低空的风速较小,不利于污染物的水平扩散,同时有利于夜间地面的辐射降温。稳定的大气环流形势为霾天气和严重污染提供了持续稳定的大气环境场,逆温结构和稳定温度层结在一定程度上减弱了大气在垂直方向上的湍流交换和热力对流,大气中的污染颗粒不易扩散,为此次污染事件的维持、加剧提供了重要的气象条件。长沙地区处在罗霄山脉和雪峰山脉之间的湘江故地,受周边地形阻挡的影响,污染物在下沉气流的控制下聚集到长沙地区后,很难通过水平输送离开,这也是造成此次霾污染的原因之一。     

Subseasonal reversal of haze pollution over the North China Plain

China has been frequently suffering from haze pollution in the past several decades. As one of the most emission-intensive regions, the North China Plain (NCP) features severe haze pollution with multiscale variations. Using more than 30 years of visibility measurements and PM_2.5 observations, a subseasonal seesaw phenomenon of haze in autumn and early winter over the NCP is revealed in this study. It is found that when September and October are less (more) polluted than the climatology, haze tends to be enhanced (reduced) in November and December. The abrupt turn of anomalous haze is found to be associated with the circulation reversal of regional and large-scale atmospheric circulations. Months with poor air quality exhibit higher relative humidity, lower boundary layer height, lower near-surface wind speed, and southerly anomalies of low-level winds, which are all unfavorable for the vertical and horizontal dispersion and transport of air pollutants, thus leading to enhanced haze pollution over the NCP region on the subseasonal scale. Further exploration indicates that the reversal of circulation patterns is closely connected to the propagation of midlatitude wave trains active on the subseasonal time scale, which is plausibly associated with the East Atlantic/West Russia teleconnection synchronizing with the transition of the North Atlantic SST. The seesaw relation discussed in this paper provides greater insight into the prediction of the multiscale variability of haze, as well as the possibility of efficient short-term mitigation of haze to meet annual air quality targets in North China.摘要中国近几十年来频受雾霾污染问题困扰, 其中华北平原作为排放最密集的区域之一, 常遭遇不同尺度的严重雾霾污染. 本文利用30余年的能见度和颗粒物 (PM_2.5) 观测数据, 发现了华北平原地区在秋季和早冬时雾霾污染在次季节尺度上“跷跷板式”反向变化的关系. 研究发现, 当9–10月污染较轻 (重) 时, 11–12月的污染倾向于加重 (减轻) . 这种突然的变化与局地和大尺度环流的反向变化有关. 污染较重的月份常伴随有更高的相对湿度, 更低的边界层高度和近地面风速以及低层的南风异常, 均不利于污染的垂直和水平扩散和传输, 从而导致了次季节尺度上霾污染的加重. 进一步的研究发现环流场的突然转向与在次季节尺度上活跃的中纬度波列的传播密切相关, 而此波列可能主要与大西洋海温转变及引起的EA/WR遥相关型有关. 这一次季节反向变化为霾污染多尺度变率预测提供了新的理解, 同时为华北地区年度空气质量达标的短期目标提供了具有可行性的参考方法.     

岳阳城区空气污染的变化特征及气象影响因素

根据2003年12月至2013年12月空气污染资料, 对岳阳城区空气污染的变化特征及气象影响因素进行了分析,探讨了2013年岳阳城区出现的典型空气污染过程的天气实况、大尺度环流背景及成因。结果表明：近10年来,岳阳城区API指数呈显著下降趋势。冬季空气污染最严重且年际变化较大,而夏季空气污染相对较轻且年际变化较小。1—12月API指数基本呈V形变化,且具有冬半年（10月至次年3月）偏高,夏半年（4—9月）偏低的变化规律。工业布局、主导风向、地理条件等导致岳阳城区空气质量具有显著的时空分布。气温日较差大、逆温等大气处于稳定状态下空气污染加重。本地气象和外地输入因素导致2013年岳阳城区出现一次比较典型的空气污染过程。用多元回归方法建立的API指数预报方程表明,气象要素和天气现象对岳阳城区API指数有显著影响。     

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。     

Global features of the Pacific-Japan Oscillation

Summary Global features of tropical convection, sea surface temperature (SST) and atmospheric circulation associated with the Pacific-Japan Oscillation (PJO) are examined by using monthly mean global data for 6 years (1979–1984). It is shown that the PJO is not a local phenomena limited to the western-Pacific but related to global-scale atmosphere-ocean variations.The PJO highly correlates with interannual variations of SST in the tropical Pacific. During summers in which positive SST anomaly occurs in the tropical western Pacific, convective activity in the western Pacific especially near Philippines is strongly enhanced but that in the whole equatorial eastern Pacific is greatly suppressed due to negative SST anomaly in these areas.The Walker circulation is intensified in the equatorial Pacific and twin cyclonic cells at 200 mb are generated in the subtropical Pacific of both hemispheres. Strong anticyclonic circulations take place in the northern middle latitudes extending from East China to Northwest Pacific. Anomalous circulations are also generated in the other extratropical regions in the both Northern and Southern Hemispheres.With 7 Figures     

广州地区旱季一次典型灰霾过程的特征及成因分析

通过研究2009年11月广州市气溶胶颗粒物质量浓度(PM10、PM2.5、PM1)、黑碳浓度、散射系数(Scatter)等大气成分要素,以及微波辐射计、激光雷达及风廓线雷达所探测的风、温、湿等边界层结构,统计分析广州旱季一次典型灰霾过程(2009年11月23—29日)中气溶胶颗粒物及其光学特性的时空变化特征,并配合天气形势背景、边界层结构对其形成原因进行详细分析。在典型灰霾过程中,黑碳浓度高达58.7μg/m3,散射系数高达1 902.7 Mm-1,PM10浓度高达423.5μg/m3,PM2.5浓度高达355.7μg/m3,PM1浓度高达286.5μg/m3。通过对同期的气象条件分析表明在广州地区旱季,区域性污染过程,特别是灰霾天气的形成具有以下三种气象条件:大气边界层高度较低;高压变性出海的天气形势与之密切相关;在偏东和偏南气流带来的高湿度环境下,气溶胶吸湿增长效应显著,导致出现严重灰霾天气。     

我国霾和光化学污染观测研究进展

霾和光化学污染已成为我国最严重的环境气象灾害,受到政府和公众广泛关注。针对我国的环境气象问题,国内外科研人员开展了大量研究工作,发表了一系列的研究成果。该文对近年来我国霾和光化学污染的观测、分析和影响研究方面的文献进行综述,为将来相关研究提供基础。在霾污染方面,主要回顾了霾的现象与判别、组成与来源、影响霾的气象因素、霾的长期趋势等方面的研究进展。在光化学污染方面,主要回顾了污染的特征与水平、污染的区域化、臭氧垂直分布、地面臭氧影响因素、臭氧污染发展趋势等方面的研究进展。此外,还概括了霾和光化学污染危害研究主要成果,在文献综述的基础上,提出了未来研究中值得关注的几方面问题,包括进一步加强霾和雾的科学判识方法、污染物相互作用、污染-气象-化学-生态间耦合效应研究,特别关注光化学污染发展态势,加强长期观测资料的积累、分析与应用等。     

Distribution of water vapor content (WVC) and its seasonal variation over the mainland of China

Based on the meteorological data of 105 aerological stations during the period of 1960－1969, the monthly average water vapor content (WVC) in air column over the mainland of China is calculated. Charts showing the distribution of mean WVC for January and July and its seasonal variation associated with the atmos-pheric circulation in the lower troposphere over East Asia are also presented. Results obtained from this anal-ysis will contribute to the assessment of water resources, as well as the studies of the formation of rainfall and climate.