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。     

开封市空气重污染典型天气背景分析与潜势预报模型研究

利用2014-2016年高空、地面气象资料和大气环境监测资料,对开封市空气重污染日持续时间和发生月份特征、 500 hPa高空环流和地面气压场形势、污染物浓度与气象要素的相关性和分布特征进行了统计分析。结果表明:开封市重污染日主要发生在11月至次年1月,重污染日的首要污染物为PM_(2.5)和PM_(10),出现频率分别为97%和3%;秋冬季重污染常具有连续性,连续1～2天的重污染累计频率为44%,连续3～6天的累计频率达到56%。发生重污染时500 hPa形势主要分为平直纬向环流型、低槽型和西北气流型,出现频率分别为47%、43%和10%;地面气压场形势主要分为高压前部型、均压场型、低压南部型、倒槽型和东高西低型,其中高压前部型出现频率最高,达63.4%,其次均压场型占18.3%,其他3种类型出现频率都在5%～7%。重污染日逆温层高度主要分布在925-1000 hPa,但当逆温层高度达到850 hPa时,其发生重污染的概率达到40%;重污染日850-925 hPa风速多在10m·s~(-1)以下,1000 hPa风速多在5 m·s~(-1)以下,地面早晚间风速多为1～3 m·s~(-1);地面早晚间相对湿度主要分布在60%～90%。根据统计结果,选取低层风速、逆温、地面风速、地面相对湿度、云量等作为预报因子,应用"配料"法,建立6个空气重污染潜势预报模型。经检验评估,24-72 h模型预测准确率达到85%以上。     

北京市朝阳区重空气污染天气类型分析

利用2011—2015年北京市朝阳区气象观测资料和PM_(2.5)大气成分监测资料,对朝阳区重空气污染的天气类型进行了系统的分析。结果表明:2011—2015年北京市朝阳区重空气污染天气类型大致可分为均压场型、低压辐合型和高压型3种。均压场型重空气污染大气基本为静稳状态,地表风力小,污染物易在低层逐渐累积;同时,受北京市周边地形的影响,朝阳区受均压场控制,具有明显的山谷风风向转变的日变化。低压辐合场对应低压槽前的上升运动,使周边污染物向低压中心积聚,从而导致出现重污染天气。高压型重空气污染主要是由于朝阳区位于地面高压的后部或底部,受高压后部或底部的偏南或偏东气流的影响,污染物区域输送显著,从而导致污染物浓度上升。总体来看,均压场型、低压辐合型和高压型3种重空气污染天气类型交替出现时,朝阳区可出现持续性重空气污染。     

基于自组织神经网络算法的重庆秋冬季空气污染与天气分型的关系

为了了解重庆秋冬季节空气污染天气的环流特征,利用NCEP再分析资料对污染天气过程地面气压场应用自组织神经网络算法(SOM)进行天气分型,并经过主观对比分析,总结出3类典型天气型:均压型、低压型、高压底部型;其中均压型分为2小类:两冷锋间的均压场、弱高压区的均压场;高压底部型按冷高压中心位置分为3小类:北方高压型、西北高压型、东北高压型。比较分析发现高压底部型大气污染物浓度最高,空气污染最为严重。应用常规观测资料和L波段探空资料分析发现:各类污染天气型表现为地面静风频率高,近地层水平风速小;逆温出现概率高,大气层结稳定,大气边界层高度低等特点。从大尺度环流背景、动力、热力气象条件及后向轨迹模拟分析了3类典型污染天气过程形成原因,为重庆地区空气污染潜势预报及浓度预报提供参考依据。     

2007年吉林省大雾天气分析

本文利用2007年吉林省的大雾资料,从天气特征、气象要素和天气形势等方面对全省大雾天气进行了分析总结,发现：大雾分布存在明显的季节性和地区分布特征;从气象要素来看,地面和850hPa风速都很小,并且在地面到850hPa之间有逆温存在,大雾出现当日相对湿度较大,前日多出现降水或多为多云天气;大雾出现前一日高空大多数有冷槽或冷平流,在地面气压场上主要是由弱的气压场控制大雾出现区域,根据地面气压场系统不同又分为高压类、弱低压类和平流雾类三种类型,其中高压类占四分之三。     

2014—2016年开封市空气污染特征及重污染过程气象成因分析

利用2014-2016年高空、地面气象资料和大气环境监测资料,分析了开封市空气质量特征及10次连续性重度污染过程天气形势。结果表明:2014-2016年,开封市空气质量整体呈转好趋势,优良率由53%增加到67%,污染时数由47%下降至33%,轻度污染和中度污染时数下降明显;重污染日主要出现在1月、11月和12月,其中1月出现重污染日和连续性重污染过程次数最多;3年内共出现连续性重污染过程23次,最长持续日数达6 d;开封市重污染天气主要受PM2.5和PM10浓度变化影响,PM2.5和PM10浓度具有明显的季和日变化特征,平均浓度最高值主要出现在秋冬季和09时。重污染过程期间的500 hPa形势中,平直纬向环流型出现次数最多,占总次数的63%;其次为低槽型,出现次数占21%;西北气流型出现次数最少,占16%。地面气压场形势主要分为4类:1)高压前部型,出现重污染次数最多,占总次数的55%;2)均压场型,出现次数占25%;3)低压带型占16%;4)高压后部型出现次数最少,仅占4%。当上游地区有较严重污染时,本地污染物浓度将快速升高,区域传输作用明显。     

利用MM5模式及NCEP资料对沈阳一次污染天气的数值模拟

利用NCEP/NCAR再分析资料和中尺度天气模式MM5对2010年1月14—19日沈阳大气污染天气系统进行模拟分析。对此次天气过程的地面和高空气压场、地面至高空各高度层随时间变化的水平风场及垂直剖面风场、垂直方向温度廓线等气象要素进行分析和模拟,描述大气污染中天气系统的变化过程,分析造成大气污染的气象要素变化。结果表明：此次污染天气过程对应地面场为长白山高压、地形槽环流型;500 hPa高空天气形势为两槽一脊,地面风场主要受高压辐散气流控制;地面至高空不同高度的水平风场均有偏南风切变和偏西风切变,垂直剖面风场对应有下沉气流,地面至高空的温度廓线出现明显的逆温。这些气象条件共同造成了持续污染天气。而500 hPa位势高度场持续长时间两槽一脊的环流形势,是造成长时间污染天气的主要原因。     

河北省夏季空气污染过程气象条件

利用NCEP再分析格点资料、常规观测资料,统计分析了2005-2007年7-9月河北省典型的10次空气污染过程与气象要素、天气系统的关系。结果表明:河北省夏季典型污染过程的主要天气类型与冬季环流形式差别较大,可分为纬向型、低压槽前型、副热带高压外围型等;空气污染过程发生日多以雾、霾天气为主,05:00-08:00时(北京时)的能见度最小,地面观测资料的温度露点差(T-T_d)小于等于3℃;高空无明显的垂直运动或系统性弱下沉运动,近地层弱气压场、风场,不利于空气中污染物的扩散;近地层存在逆温,稳定的层结使空气污染得以持续;过程后期,因冷空气活动产生降水,空气污染减弱、结束。     

天气形势对南昌市空气质量影响的初步分析

利用2007--2010年南昌市空气污染监测资料以及气象观测资料,分析了空气质量与天气形势的关系,以及造成南昌市空气污染的主要天气形势特征。结果表明：（1）南昌市空气污染具有明显的季节性变化特征,冬季污染日出现频次最高,其次是春、秋两季,夏季由于雨水的冲刷稀释作用、热对流作用,极少出现空气污染日。（2）影响南昌市空气质量的地面形势主要分为低压类（倒槽、锋前）和高压类（高压底部、高压后部、弱高压）,而高空系统主要为槽后西北气流以及西南气流的影响。（3）当出现空气污染时,地面至1000hPa近地层逆温非常明显,地面风速弱,基本在3m／s以下,且以偏东风出现频次最高。（4）污染物浓度与霾天气密切相关,霾日的空气质量较差。     

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。     

天山北坡中部一次罕见特大暴雪天气成因

利用我国数值预报产品T6390场预报资料和新疆天山北坡中部地区的地面降雪量资料,分析新疆天山北坡中部地区2010年2月23日发生的罕见特大暴雪天气的特征及这次过程形成的原因。结果表明:这场罕见特大暴雪天气具有降雪强度强、范围广、积雪深度异常偏厚、灾情严重等特点,属60a不遇。乌拉尔山长脊、西伯利亚冷涡东移为罕见特大暴雪天气的发生提供了大尺度环流背景,冷涡外围强锋区中分裂出的中尺度短波、西南急流、700hPa中尺度辐合带、850hPa"人"型切变场、中高压、中低压以及地面冷锋是特大暴雪的直接影响系统;高低空形势场、急流和锋区以及中尺度的动力、水汽因素的有利配合为特大暴雪的发生提供了必要条件。特大暴雪发生在高空锋区短波槽前的冷暖平流交汇区、700hPa中尺度辐合带、850hPa"人"型切变场、西南急流、地面冷锋、中低压后部和中高压前部、强的能量锋区、高湿区以及水汽通量辐合区的重合区域内。特大暴雪发生过程中,天山北坡中部上空维持一个由低层到高层强盛的动力性纬向垂直环流圈,为冷暖气流共同作用提供了动力条件;正、负涡度中心的配置,有助于天山北坡中部上空的低值系统和锋区的加强。高空急流加强了特大暴雪天气的上升运动;强盛的低空西南暖湿急流将里咸海地区的高温高湿不稳定气流输送到天山北坡中部上空,为特大暴雪天气提供了热力、水汽和不稳定能量的条件。     

铜仁市暴雪天气的环流配置及物理量特征分析

铜仁市暴雪发生的频次低,2005年至今仅发生5次,因此准确的量级和落区预报难度较大。本文选取2004-2021年铜仁市出现的5场暴雪天气过程,就大尺度环流形势、高低空天气系统配置和物理量特征进行分析,找出暴雪环流形势以及物理量预报指标。结果显示：铜仁市暴雪发生时,500hPa中高纬为两槽一脊形势,我国东北地区-日本海低槽加深发展,中低纬孟湾附近有南支低槽系统东移;海平面场上贝加尔湖西部冷高中心强度为1060hPa,大于1030hPa的等压线线进入铜仁市。暴雪落区出现在500hPa高空槽和南支槽前、700hPa西南急流左侧或低涡切变线南侧、850hPa东北急流或东北风前部的风速辐合区内。暴雪日500hPa温度平均低于-16℃,700hPa温度为-2～-6℃,850hPa温度-6～-8℃,地面气温为0～-4℃,地面气温越低降雪持续时间越长。暴雪发生时大气中层700～500hPa上升运动明显增强,这可作为降雪增大的预示指标;散度场总体表现为低空辐合、高空辐散的特征,当辐合层次伸展更高时,有利于暴雪天气的持续;水汽通量散度辐合主要在850hPa,平均值为-3.6×10-6﹒g﹒cm-2﹒hPa-1﹒s-1; 500hPa比湿值≥1.5g/kg是暴雪发生的参考指标。     

东北冷涡诱发的一次MCS结构特征数值模拟

应用MM5模式对2002年7月12日东北冷涡诱发的强风暴进行了数值模拟,较成功地模拟出了MCS强对流风暴结构。东北冷涡南部锋区斜压扰动及有利的潜在不稳定层结为MCS产生提供了环境条件。MCS在发展阶段,天气尺度抬升使不稳定能量积累,低层中尺度能量锋区及中尺度气旋性环流加强使中尺度辐合加强,产生中尺度强上升气流冲破中层稳定层结,倾斜上升逐渐发展为垂直上升。MCS强风暴成熟阶段地面气压场表现为强的雷暴高压,并有弱的前导低压和尾随低压配合。对应于雷暴高压的边界层冷丘与南部的暖湿气流形成的θe不连续线加强了低层气流的辐合抬升。前导低压与800~700hPa暖心低压扰动合并在一起,是由地面辐合、上升气流抽吸、潜热增温共同形成的低压扰动,对对流系统的维持和移动有重要作用。     

黑龙江省浓雾发生的近地面环流形势和气象条件分析

利用地面观测资料、高空探测资料、NCEP再分析资料以及ECMWF全球细网格模式预报资料,分析黑龙江省浓雾形成的有利条件,结果表明:根据浓雾发生时地面天气形势和影响系统分为高压前部均压型、低压前部均压型、一般均压型、鞍型场及低压锋前型等5种环流型。浓雾易发生在风速较小的条件下,其中以静风居多。浓雾发生时地面温度山区多为10-18℃,平原地区多为-2-10℃。山区浓雾对空气中水汽饱和程度要求比对平原地区高。平原地区发生能见度50 m的重浓雾频率高于山区。浓雾发生前有低层暖、湿平流或弱水汽辐合,发生时伴有夜间辐射降温或弱冷平流降温使近地面形成稳定层结。另外,近地面弱东风或弱南风伸展高度较高、持续时间较长时,容易出现致灾严重的浓雾天气。     

青海省高温天气气候特征及成因分析

通过对青海省1961—2008年48年逐站、逐日最高气温≥30℃资料进行统计,并对青海省高温天气的气候特征和环流背景进行统计分析,归纳出造成青海省高温天气的环流特点。结果表明:在100hPa高空图上,高温天气出现在南压高压为中部型和西部型两种环流背景下;在500hPa高空图上,高温天气出现在副热带高压控制的区域内,表现为西太平洋副热带高压和青藏高压。     

2015—2019年防城港市空气污染气象条件综合分析

对防城港市影响最大的首要空气污染物为PM_2.5和O₃,空气污染日主要集中在秋冬季。空气污染按500 hPa环流形势可分为西北气流型、偏西气流型及西南气流型;按地面气压场可分为冷高压脊型、均压型、高压后部低压前部型。在无境外输入的情况下,PM_2.5产生在风速小、气温较低、能见度小、湿度较大并且无降雨或降雨不明显的天气环境里,而O₃产生在高温、低湿、日照充足、风速较大和能见度好的天气环境里。在垂直运动方面,中低层的下沉气流利于空气污染物累积。在温度层结分布方面,700~850 hPa的低层存在的逆温层对PM_2.5浓度增加非常重要,近地面的逆温层对PM_2.5浓度增加的作用要比低层弱,而近地面的逆温层对O₃浓度的增加非常重要,但是低层的逆温却不重要。     

2007年1月初河北省连续大雾的成因分析

对发生在2007年元旦期间河北省大部地区的连续大雾天气从高低空环流形势、物理量场及气象要素场变化等方面进行了分析。发现这次大雾天气发生在500hPa中纬度平直偏西气流、中低层西北气流或弱高压环流以及地面高压前部弱气压场控制的大气环流形势下。大雾前期出现了明显降雪,雪后融化使近地面层湿度迅速增加;大雾期间,夜间辐射明显,近地层大气有逆温层结建立。水汽聚集在近地层通过地面蒸发和辐射冷却而达到饱和。充足的水汽和近地面明显的水汽饱和是河北大部分地区出现连续大雾的重要原因之一。而且这次大雾天气过程近地面层呈弱稳定状态,中高层为稳定状态。     

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。     

贵州西部2009年2月异常高温气候分析

对2009年2月贵州西部出现的异常高温天气诊断分析,结果表明:此次异常高温天气主要由于极涡较常年偏东、偏弱,中高纬一直维持纬向环流,热低压较常年偏强,高层辐合、低层辐散,使得存在较强的下沉运动引起热低压维持,地面出现高温少雨天气。     

2016—2017年冬季华北地区一次重污染过程的气象条件分析

以华北地区为研究区域,利用地面监测数据、高空观测资料、NCEP FNL资料及HYSPLIT后向轨迹模式,对2016年12月26日至2017年1月9日该地区的雾霾天气过程进行综合分析。结果表明,雾霾期间高空以纬向环流为主,冷空气势力偏弱,主要受高压、弱高压或均压场控制,有利于华北地区静稳天气形成。同时,雾霾期间边界层平均高度约600~900 m,污染物浓度与边界层高度呈负相关,且污染物浓度变化较边界层高度变化存在滞后现象。逆温层的长期存在,不利于污染物垂直扩散,能见度一直维持在5 km以下。后向轨迹集合模拟与聚类分析表明,以北京地区为核心的华北地区雾霾天气期间,外来污染物中,80%来自西北方气团,20%来自河北西南地区气团。