岳阳市AQI指数变化特征及与常规气象条件的关系

该文利用2015—2016年岳阳市区空气质量AQI数据和同期的常规气象资料,运用统计分析方法对该市的AQI时空分布特征进行了分析,运用综合指标法和逐步回归法建立岳阳市区AQI预报模型。结果表明:岳阳市区冬季空气质量最差,夏季空气质量最好,城市北部空气质量差于南部、工业区空气质量差于水库景区。重度污染及严重污染日基本出现在空气质量较差的冬季,工业区发生频率比较高。岳阳市城市工业布局方向与年主导风向一致,使得市区广大区域处于工业气流的下游,导致空气污染加剧。选取气温、降水量、低云量、相对湿度、风速等因子建立的岳阳市区AQI预报模型模拟效果较好。     

上海地区2017年三次短时重度污染过程变化特征及其气象影响因素

2017年10月29日、11月2—3日和7—8日上海地区出现了三次PM2.5短时重度污染过程,根据环流形势可以将其分为两种污染类型：10月29日为输送型污染,具有污染输送过程快,污染持续时间短的特点;11月2—3日和7—8日为静稳叠加输送型污染,具有污染输送过程较慢,污染持续时间长的特点。分析这三次污染过程的气象要素特征可知,小的风速、稳定的垂直结构及下沉运动使得污染物在水平和垂直方向上都不易扩散出去,为污染物的积聚和污染的长时间维持创造了有利条件。另外,分析北京—上海一线PM2.5浓度、地面气象要素和垂直环流的剖面图发现,10月29日污染带自北向南呈窄带状分布,中低空和近地面对上海的污染输送都有贡献;11月的两次污染过程污染自北向南持续时间较长,分布范围较广,对上海的污染输送以近地面传输为主。计算三次污染过程的静稳指数和输送指数,进一步验证了10月29日的重度污染由外源输送造成,而11月的两次污染则由本地积累和外源输送叠加造成。应用FLEXPART扩散模式和华东区域大气环境数值预报系统对11月的两次污染过程进行定量分析,得到与观测数据分析一致的结论,同时发现这两次污染过程的潜在来源区域均为上海周边地区,来源集中,且江苏、浙江和安徽都有贡献。     

南京北郊污染物来源及跨区域输送过程研究

利用全国空气质量指数(Air Quality Index,AQI)、PM_(2.5)地面观测数据、全球数据同化系统GDAS数据和FNL再分析气象资料,研究了2015/2016年冬季南京北郊空气质量变化特征以及环境输送条件和污染物源区。结果表明:以AQI为代表的冬季江淮地区污染程度存在3种典型的污染物跨区域输送路径—西北路径、北方路径和西南路径。西北路径通常发生在蒙古高压较强,且处于平均位置时刻,南京北郊上空有冷平流,不利于污染物扩散;北方路径对应蒙古高压弱,东北附近为弱高压控制,偏北气流将污染物带至南京北郊,如跨海洋,则污染减弱;西南路径对应南京北郊为边界层内反气旋式环流中心,下沉气流十分不利于污染物扩散。影响南京北郊污染的潜在源区主要分布在河北南部、山东西部、河南南部、安徽东部和湖北西部。河北省是重要的污染源区,河北南部和山东西部污染物通过北方路径输送至南京北郊,因此北方路径虽发生污染概率少于其他两种,却是形成南京北郊严重污染的重要路径。河南南部污染物通过西北路径输送。安徽和湖北污染物通过西南路径输送。定量分析表明,平流输送是南京北郊重度污染的重要原因,近地层风速对AQI的平流输送占AQI变化的贡献率超过70%,甚至可达85%。     

1961～2015年中国地区冰雹持续时间的时空分布特征及影响因子研究

本文利用1961～2015年（55年）中国地区577个地面观测站的冰雹资料,应用统计学方法,分析了冰雹持续时间的空间分布、年际变化以及日变化特征,包括站点降雹累积持续时间、平均单次降雹持续时间、区域平均单次降雹持续时间、小时降雹累积持续时间和总降雹累积持续时间。结果表明:（1）1961～2015年中国地区站点降雹累积持续时间与海拔高度呈现较高的正相关关系,相关系数高达0.99。站点降雹累积持续时间的最大值出现在青藏高原地区,累积持续时间高达250分钟,其次为内蒙古中部以及东北部的山区地带,累积持续时间约为150分钟。（2）1961～2015年平均单次降雹持续时间呈现上升趋势,55年冰雹累积持续时间大约增长1分钟,且通过了95%信度水平的显著性检验。（3）西北地区、北部平原地区和东南地区在1961～1980年期间,区域平均单次降雹持续时间都有显著的下降趋势,而在1970～2015年期间西北地区和青藏高原地区呈现显著的上升趋势。1961～1980年期间区域平均单次降雹持续时间在西北地区的长期趋势变化主要受到日最低气温以及温度日较差长期年际变化的影响,在北部平原地区仅与温度日较差相关,而在东南地区与三个对流参数都有较好的相关性;1970～2015年和1961～2015年期间西北地区和青藏高原地区的区域平均单次降雹持续时间的上升趋势分别与这两个区域的区域平均日最高气温、日最低气温呈正相关。（4）单次降雹持续时间的日变化明显,午后至夜间出现的冰雹持续时间长于凌晨和上午的冰雹持续时间,持续时间峰值出现在当地时间17时和18时。本文还利用探空资料分析了对流有效势能和Totals-totals指数与冰雹持续时间的关系,结果表明中国地区20时（北京时）的对流有效势能和Totals-totals指数可能是冰雹持续时间日变化的影响因子之一。     

空气污染气象指数在上海地区的应用

利用常规气象观测资料和逐小时PM_2.5浓度实况数据,对上海近3年污染天气过程分析后发现,导致上海重污染的天气类型主要为冷空气输送型和静稳累积型。为更好地表征及描述两种导致污染的天气类型,并在业务预报中起到指示作用,本文在反映大气垂直扩散条件的通风系数和反映水平扩散条件的滞留指数的基础上建立了空气污染扩散指数,通过检验发现,空气污染扩散指数与PM_2.5浓度呈线性正相关,相关系数达0.525,并优于单一的通风系数和滞留指数对空气污染的指示作用。针对冷空气导致的区域输送型,结合历史个例分析改进了输送强度指数,将公式中排放源参数改为上游PM_2.5浓度实况,回算检验表明改进后输送强度指数和上海市PM_2.5浓度呈指数正相关,对区域输送性污染具有明显的指示性。     

宁波秋冬季空气污染变化特征及污染物后向轨迹分析

统计分析2012—2013年宁波空气质量及污染物浓度,得出秋冬季宁波市空气质量最差,AQI均值92,首要污染物主要为PM2.5、SO2、PM10,其中,PM10、PM2.5的浓度超过了国家二级标准。2013年空气质量下降、污染程度明显加重主要表现为秋冬季空气污染加重。应用HYSPILT4模式计算输送轨迹并聚类分析,表明大气污染是可以通过中远距离输送影响到下风向的地区;外来污染源对宁波空气质量影响明显。宁波秋季轨迹比较复杂,共有7条轨迹,主要来自津京冀、黄海南部、浙江西南地区和东海,共占72%;冬季有4条轨迹,主要来自浙北和津京冀,共占81%。由此可见,宁波空气污染受其特定的地理环境和大气环流背景影响,存在远、近不同距离的污染物输送问题,西北方向的输送轨迹对宁波空气质量有明显影响,其AQI、PM2.5、PM10、NO2、SO2平均浓度分别可达104、72.9μg·m-3、122.8μg·m-3、54.1μg·m-3、37.8μg·m-3,远高于其它轨迹。特别是秋季来自京津冀、黄海南部以及冬季来自浙江北部、山西河北的轨迹,造成宁波重度或严重污染的重要原因之一。在重污染天气预报预警中,预报员需要密切关注PM2.5浓度变化。大气污染的防治除政府相关部门继续进行能源结构调整、交通源排放控制外,还需要更大范围区域乃至全国的协作才能从根本上改善城市的空气质量。     

2014年京津冀空气污染时空分布特征及主要成因分析

为进一步了解京津冀区域空气污染状况与工业排放、气象条件的相互关系,运用统计分析方法,使用环保部2014年空气质量日报数据对京津冀地区13个城市空气质量指数(Air Quality Index,简称AQI)、首要污染物的时空分布特征进行了分析,并与各城市的城市建设、经济发展、工业排放及相应时段主要气象因子的影响进行了对比分析。结果表明:总体上,2014年京津冀地区空气质量呈北优南劣分布,即北部优于中部、中部优于南部。京津冀地区空气质量以良和轻度污染的天数居多,其中位于北部的张家口、承德和秦皇岛3市空气质量最好,优良的天数达到67%~86%;北京、天津的占46%,保定、衡水和邢台的仅占23%。各城市AQI具有相似的季节变化特征,12月AQI值最大,9月份达到最小,10月份起AQI开始回升。各市首要污染物1—3月、7月、9—12月以PM2.5为主,4、5月以PM10和PM2.5为主,6、8月以O3为主。影响京津冀地区的首要污染物来源不同,北京市、河北省分别以机动车尾气排放和燃煤排放为主,天津以工业二氧化硫排放及燃煤影响显著。各地空气质量的首要污染物多为原地生成。秋冬季节空气污染加重与燃煤用量加大、静稳天气增多关系密切;而春夏季节空气污染减轻依赖于风力加大、降水频繁、大气不稳定等气象因素。机动车尾气、工业排放、燃煤排放、人口数量等因素与空气污染关系密切,气象条件（风、雨、不稳定大气层结等）对空气污染扩散起着重要作用。     

锦州市空气质量变化特征及其与气象条件关系

利用2014年3月至2015年2月锦州市逐日AQI、日平均污染物浓度和同期气象要素观测资料,对锦州市空气质量时空分布特征及其与气象条件的关系进行了分析.结果表明:锦州市空气质量等级为良的频率为62%,轻度污染的频率为23%,优的频率仅为6%,主要污染物为PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2和O_3.锦州市2月和10月空气质量最差,9月空气质量最好,空气质量达优和良等级的日数占9月总日数的97%;锦州市天安街道空气质量最差,其SO_2浓度为百股街道的5倍.锦州市出现3级以上污染时的主要影响系统为地形槽、蒙古低压和弱气压场,降水对污染物具有清除作用,且对PM10的清除作用最明显;沙尘天气时空气污染明显加剧,逆温层抑制了污染物的扩散,逆温层底层高度越低,空气污染越严重.建立了AQI回归预报方程,拟合结果与实测值的变化基本一致,其中对春季AQI的拟合效果最好.     

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。     

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。     

上海地区一次典型空气污染过程分析

利用上海地区大气污染物监测资料和美国环境预报中心(NCEP)逐6 h的1°×1°全球再分析资料,结合微脉冲激光雷达数据反演的气溶胶消光系数和美国NOAA研制的轨迹模式HYSPLIT气流后向轨迹的模拟结果,分析了2014年5月25—30日上海地区一次严重空气污染天气过程,初步探讨了此次污染过程的污染物源、输送路径、气象条件及大气边界层特征。结果表明:上海地区此次空气污染过程以PM2.5影响为主,主要受沙尘外源性输入和秸秆燃烧共同影响,过程持续时间长;中低空(850—700 h Pa)水平输送、垂直风场分布及大气层结变化为此次空气污染过程的发生提供了有利条件;微脉冲激光雷达监测的距离平方订正回波信号强度、气溶胶消光系数和PM2.5浓度之间存在正相关关系,对上海地区污染天气过程的预报具有重要指示意义。     

京津冀地区低层局地大气环流的气候特征研究

本文采用2007-2016年的中尺度数值模拟结果和15个地面气象站观测资料,定义了局地风场表征风速,研究京津冀平原地区局地大气环流日变化的气候特征,并对区域大气污染及其输送的影响进行分析。此外,对2016年12月30日至2017年1月7日北京地区跨年大气重污染过程进行了个例分析。得到结论:京津冀平原地区低空风场变化是天气系统与局地大气环流共同作用的结果,山谷风环流致使太行山和燕山沿线平原地区大气边界层内的长年主导风向为偏北和偏南;太行山和燕山沿线地区山谷风环流本身呈顺时针旋转的日变化特征,夜间至早晨谷风转向山风,午后至夜间山风转向谷风;在午后谷风向山风转向期间,容易形成沿太行山东麓和燕山南麓、自南向东北的"弓形"气流输送通道,此气流输送通道在1月于21时左右形成,持续时间大约3 h,在7月于18时左右形成,持续时间可达9 h;冬季午后至晚间盛行谷风时,受山体的阻挡,污染物容易在山前累积,导致污染浓度增高;夏季同样的情况会发生在后半夜。     

2015年冬季湖北省PM2.5重污染传输特征及影响天气系统的数值模拟

为了研究湖北省两种污染来源的重污染天气特征及其形成机制,采用WRF/Chem零排放情景模拟方案,将2015年冬季湖北省PM2.5模拟浓度分离为外源传输量和本地累积量,基于对数值模拟结果的统计分析,确定了湖北省污染传输通道和外源传输贡献率,研究了敏感区天气系统对两种污染来源的影响作用。结果表明,外源污染物输送在湖北省内有两条主要通道,一是由南襄盆地夹道直接输送汇入江汉平原,二是沿京广线从信阳到随州、孝感、武汉至江汉平原。湖北长距离跨区域传输的潜在污染源区为河南、安徽、江苏、山东等地。2015年冬季湖北省17个地（市）平均外源贡献率为42%,而对于重污染过程,平均外源贡献率高达66%,外来源输送对湖北重污染过程贡献非常显著。对外源传输型,我国东南地区为主要敏感区,气压（气温）变化与PM2.5输送显著负（正）相关,对维持南、北两支矢量带（PM2.5输送与风场相关）,推动偏南和偏东气流起到积极作用。此外,伊朗高原天气系统通过上下游效应对东亚地区大气环流起到一定影响,从而也间接影响了区域污染输送。对本地累积型,冬季风环流系统为主要影响天气系统,在弱的冬季风环流形势下,蒙古高压系统偏弱、西太平洋地区海平面气压值偏高,对应湖北本地累积污染总量贡献大。     

基于后向轨迹的秋冬季漯河重污染输送及典型个例分析

利用常规气象数据、颗粒物观测数据、全球大气同化系统GDAS数据、NCEP再分析资料、ERA5再分析资料等,结合数理统计、轨迹聚类、天气学分析等方法对2015—2019年秋冬季漯河重污染特征、污染输送及潜在源区分布进行分析,并通过一次典型重污染个例进行证明。结果表明:近5 a秋冬季漯河重污染过程发生频次高、持续时间长、污染程度重,AQI、PM_(2.5)变化趋势不明显,PM_(10)浓度下降趋势明显,PM_(2.5)/PM_(10)比值逐年递增,以PM_(2.5)重污染为主。秋冬季漯河主要有6种气团输送路径,东北路、偏东路轨迹短、移速慢且高度低,近距离近地层污染输送特征明显,为重要重污染通道;西北路远距离下沉沉降输送和西南轨迹近距离输送下的AQI均值及重污染概率较低,对漯河重污染贡献不高。漯河潜在源区来源复杂、范围广、强度大,其污染潜在源主要分布在河南中东部、尤其是东北部,对应东北路径、偏东路径等气团轨迹。重污染时地面偏北风是其主导风,尤其是2—4 m·s^(-1)之间偏北到东北风最为显著。两次跨区域输送表明,北路或东北路近地层输送是AQI峰值维持发展的重要原因。     

京津冀4次重度污染过程的气象要素分析

利用2014年京津冀地区4次重度污染过程中的AQI数据及相关气象资料,分析了4次重度污染过程中相对湿度、平均气温、平均风速和海平面气压的一些特征。结果发现:京津冀中南部是重度污染发生的主要区域,是这4次过程中的共同点;就目前的排放水平而言,相对湿度持续高于60%时是出现重度污染并维持的重要指标;平均气温对于出现重度污染过程的指示意义不足;无论是在冬季、春季还是秋季出现的重度污染过程,平均风速小于2.0 m·s~(-1)是污染物堆积的必要条件;海平面气压的高压和低压区位置对于污染范围有着明显影响,高压区位于京津冀地区的偏东位置时,有利于该地区污染出现或维持重度水平。     

四川盆地一次持续性雾霾天气演变特征及其成因

根据单站雾霾日数和区域雾霾过程的确定方法,挑选2014年12月16日至2015年1月27日四川盆地典型雾霾过程,结合空气质量指数(AQI)、污染物质量浓度、气象要素特征和大气环流背景,研究此次持续雾霾天气的产生、演变及转化特征.结果表明:(1)此次雾霾过程表现出强度强、持续时间长、发生范围广的显著特点.(2)AQI和污...     

近五年周至空气污染气象条件分析

利用周至2012年1月1日—2017年9月30日气象观测资料及空气质量监测资料,分析了近五年周至地区污染特征及冬季重污染天气过程中气象条件的影响,结果表明:周至地区冬季空气污染情况最为严重,五年来重度污染等级以上(包括重度污染和严重污染)日数(简称重污染日)共计119d,重污染天气频发。该地区冬季重污染日气象条件:以静稳天气为主,风速较小,主导风向为偏西北风,这使得大量外来污染源在本地堆积;低于冬季平均值的气温使得大气逆温现象更易发生,大气层结稳定;高于平均值的相对湿度使得颗粒物吸湿增长加剧,重污染日前连续无有效降水使得空气中的污染物得不到有效冲刷,不利于污染物扩散,使得重污染天气进一步加重。     

温州一次重度霾天气过程分析

利用常规气象观测资料、探空站资料、环保部门提供的AQI监测数据,对2015年1月26—27日温州地区重度霾天气过程进行了综合分析。结果表明:此次重度霾过程影响时间之长,影响之严重,在温州霾气象记录中是十分罕见的;高空3层西北气流控制,风速较小,静稳天气,地面冷空气扩散南下,将浙北方污染物推至浙南,重度霾天气是由北方污染物输入和本地污染物叠加,地面存在弱辐合,近地面又存在逆温层不利于水汽和污染物在垂直方向扩散,利于大气颗粒污染物在浙南温州地区堆积,使得霾污染天气稳定维持;此后,冷空气主体南下,风速加大,气象扩散条件转好,污染物扩散至海上或福建,霾渐消散。     

浙江省空气质量与大气自净能力的特征分析

利用最新的高时空分辨率ERA-Interim探空和地面资料,计算分析了1979—2015年浙江省大气输送和自净能力的时空分布变化特征,结合环保局空气质量监测数据探讨了浙江省空气质量与大气自净能力的关系,结果表明:大气自净能力在春、夏季表现出沿海地区小,内陆地区大的分布;到了秋、冬季,沿海地区大气自净能力增大,内陆地区则减小;研究时段内全省平均大气自净能力有增大趋势。表征低层输送能力的10 m风速在秋、冬季最大,夏季最小,随时间略有减小,这是浙江省空气污染加剧的可能原因之一;10 m风速的分布基本呈从东部沿海地区往西部山区逐渐减小的变化趋势,秋、冬季风速略大,以偏北风为主。浙江省大部分地区冬季大气自净能力最差,盛行的偏北风又容易将北方污染物带下来,因此冬季是浙江省最易发生空气污染的时段。当风速较小,风向转为偏西北风时,污染物从北方输入并且积累,最易出现较严重的污染天气。中度及以上的空气污染主要发生在杭嘉湖、宁波、绍兴、金华这些经济发达的地区,沿海地区的舟山、温州、台州由于大气输送条件好发生站次很少。丽水和衢州山区海拔高,加之本地工业经济发展较弱,空气污染发生的频次较少。     

2014-2016年荆州城区空气质量与气象要素的关系分析

利用2014年1月1日—2016年12月31日荆州城区逐日空气质量数据和同期地面气象要素逐日观测资料,分析了荆州城区空气质量状况、变化特征及其与气象要素的相关性。结果表明,荆州城区优良日数偏少,但2014—2016年荆州城区空气质量略有改善,首要污染物为PM_(2.5);AQI和PM_(10)、PM_(2.5)、SO_2、NO_2、CO的月变化规律一致,呈V型分布,冬季空气污染最严重,夏季空气污染相对较轻,O_3的变化规律则相反,呈反V型分布;除O_3外,AQI和其他污染物浓度与前一日AQI、气压呈正相关关系,与气温、水汽压、湿度、云量、降水、风速呈负相关关系,据此建立了AQI和各污染物浓度的回归预报方程;进一步分析了2014年1月严重污染天气的成因,本地污染物的分布、外地污染物的输入和气象扩散条件是影响空气质量的主要因素。