Influence of Intermittent Turbulence on Air Pollution and Its Dispersion in Winter 2016/2017 over Beijing,China

With rapid urbanization in recent years, severe air pollution has emerged as a major issue for many regions of China, especially in some metropolises. A persistent pollution case during 6 December 2016–8 January 2017 was selected to investigate the relations between turbulent intermittency and frequent PM_(2.5)(particulate matters with diameter less than 2.5 μm) pollution events over the metropolitan region of Beijing, China. The accumulation of PM_(2.5) near the surface frequently occurred as a combined result of strong inversion layers, stagnant winds, high ambient humidity levels, and stable stratification during this case. Arbitrary-order Hilbert spectral analysis indicated that steep decreases in the PM_(2.5) concentration were simultaneous with the occurrence of intermittent turbulence and strong vertical mixing. A wind profiler observation revealed existence of low-level jets(LLJs) at the end of the polluted periods, suggesting that the upper-level turbulent mixing accompanied by the wind shear of LLJ was transported downward and enhanced the vertical mixing near the surface, which might have caused an abrupt reduction in PM_(2.5) and improvement in air conditions.     

Comparison of Two Air Pollution Episodes over Northeast China in Winter 2016/17 Using Ground-Based Lidar

This study analyzes and compares aerosol properties and meteorological conditions during two air pollution episodes in 19–22 (E1) and 25–26 (E2) December 2016 in Northeast China. The visibility, particulate matter (PM) mass concentration, and surface meteorological observations were examined, together with the planetary boundary layer (PBL) properties and vertical profiles of aerosol extinction coefficient and volume depolarization ratio that were measured by a ground-based lidar in Shenyang of Liaoning Province, China during December 2016–January 2017. Results suggest that the low PBL height led to poor pollution dilution in E1, while the high PBL accompanied by low visibility in E2 might have been due to cross-regional and vertical air transmission. The PM mass concentration decreased as the PBL height increased in E1 while these two variables were positively correlated in E2. The enhanced winds in E2 diffused the pollutants and contributed largely to the aerosol transport. Strong temperature inversion in E1 resulted in increased PM_2.5 and PM₁₀ concentrations, and the winds in E2 favoured the southwesterly transport of aerosols from the North China Plain into the region surrounding Shenyang. The large extinction coefficient was partially attributed to the local pollution under the low PBL with high ground-surface PM mass concentrations in E1, whereas the cross-regional transport of aerosols within a high PBL and the low PM mass concentration near the ground in E2 were associated with severe aerosol extinction at high altitudes. These results may facilitate better understanding of the vertical distribution of aerosol properties during winter pollution events in Northeast China.     

2016/2017年冬季北半球大气环流及对我国冬季气温的影响

2016/2017年冬季(2016年12月至2017年2月),东亚冬季风强度较常年同期异常偏弱,西伯利亚高压偏弱。北极涛动(AO)在冬季以正位相为主。冬季北半球500 hPa高度距平场上,亚洲中高纬地区以纬向环流为主,我国为异常正高度距平控制。受其影响,我国各地气温普遍较常年同期偏高,全国平均气温为-1.5℃,较常年同期(-3.4℃)偏高1.9℃,为1961年以来最暖的冬季。季内各月冬季风指数和西伯利亚高压均偏弱,相应我国气温各月均偏高。冬季风的异常偏弱与夏季北极地区大气环流异常状态有关。2016年夏季北极大气环流的热力和动力状态影响了秋季北极海冰偏少的滞后影响效果,不利于冬季风的偏强。     

2016年冬季京津冀豫大气污染的时空分布及影响因子研究

利用2016年12月至2017年2月北京、天津、石家庄和郑州的PM2.5质量浓度、反应性气体质量浓度及其相对应的气象要素资料分析了大气污染的理化特征、传输和生消规律。结果表明:北京、石家庄、天津及郑州的PM2.5质量浓度分布频率均有两个较为明显的峰值,四个地区PM2.5质量浓度分布频率最高时均值分别为10.1、19.2、40.0和47.1μg·m^-3,大气的氧化程度为北京最低,其次为石家庄、天津,郑州最高。四个研究地区的交通源对环境大气污染均有重要贡献。PM2.5和CO的相关性在低相对湿度时高于高相对湿度时;而PM2.5和NO2的相关性在相对湿度较大时高于相对湿度较小时。四个研究地区的PM2.5质量浓度均随风速的增大呈快速降低后趋于平缓的趋势,其中北京、石家庄和郑州的风速阈值均为3m·s^-1,天津地区为4m·s^-1。受上游污染地区的影响,偏南风的输送作用滞后20~30h达到最大,而偏北风的影响作用在滞后8~12h达到最大。     

我国空气污染状况及其对人体健康的影响

为了解我国空气污染状况,收集了1991～1993年全国城市污染物浓度的资料,这些污染物包括二氧化硫、氮氧化物和悬浮颗粒物,分析指出我国某些地区污染物浓度比较大,各种污染物都有不同程度的超标,然后讨论制定污染指数及相应的对人体健康的影响。       

乌鲁木齐冬季浅薄型焚风对扩散条件及污染物浓度的影响

本文针对峡口城市乌鲁木齐市2013-2015年冬季6个环境监测站、逐时的6类污染物浓度数据,气象数据及风廓线雷达资料,分析了浅薄型焚风对扩散条件及污染物浓度的影响。研究发现：冬季乌鲁木齐出现浅薄型焚风的频率为57.3%,平均气流底高约605m,气流顶高约2108m,气流厚度约1502m;乌鲁木齐市冬季焚风日比非焚风日混合层厚度低200m,逆温层厚度厚344m,逆温差大4.4℃,逆温强度强0.01℃/100m,平均风速小0.1m/s;空气质量各污染等级出现频率焚风日都高于非焚风日,3级高18%,5级以上重度污染高7%;污染物浓度日变化呈双峰结构,并表现为焚风日污染浓度＞冬季平均浓度＞非焚风日污染浓度;污染物浓度（除O3外）空间分布特征为焚风日比非焚风日高。     

北京西南部地区大气污染分析

近年来北京的气象特征、雾霾发生频次、能见度变化特征及特点受到越来越多的关注。利用北京西南地区代表站的能见度,通过回归分析、Mann Kendall趋势分析突变检验方法等,对近34年能见度的变化特征及突变性进行了分析研究,发现平原地区和山区日平均能见度年际变化均呈下降趋势,季节变化以春冬季能见度较好,日变化显著,平原站年均能见度在1997年前后出现突变。结合常规地面观测要素进行了相关分析,发现能见度与湿度相关性最好。利用房山区环保局提供的2013年全年污染物浓度数据,分析能见度与污染指数的关系,发现在各污染因子中,PM25同能见度的相关性最好,SO2相关性最差,为今后污染治理提供参考依据。     

2014-2017年成都市大气污染特征分析

利用2014年5月~2017年12月的成都市环境空气质量监测资料,分析了成都市空气污染情况及污染物浓度时空变化特征。结果表明:成都市空气质量以优良天气为主,市区的首要污染物以PM_2.5为主,郊区以O₃为主;灵岩寺监测点的PM_2.5,PM₁₀,NO₂和CO四种污染物的质量浓度低于成都市区各监测点,O₃的质量浓度高于成都市区各监测点,SO₂的质量浓度值与成都市区各监测点相差不大;成都市各监测站点六种污染物质量浓度具有明显的年际变化、季节变化、月变化和日变化趋势,且成都市区各监测点的变化趋势比较一致。     

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.     

乌鲁木齐市冬季混合层厚度及对大气污染影响的个例分析

利用国标法、罗氏法对乌鲁木齐市2008年1月11—13日的混合层厚度进行了计算,并用实测的混合层厚度验证了两种方法在乌鲁木齐的应用效果,最后分析了混合层厚度对大气污染的影响。结果表明:国标法、罗氏法计算的混合层厚度比实测的偏大,在用国标法与罗氏法求一个地区的混合层厚度时,进行大气稳定度分级及选用地面风速时要适当进行调整;观测期间乌鲁木齐市的平均混合层厚度在154 m左右,最大值在350 m左右;相对于地面风速,地面气温对混合层厚度的影响较为明显;混合层厚度对大气污染具有显著影响。     

呼和浩特市冬季空气污染特征及气象条件影响分析

文章利用2013—2017年呼和浩特市冬季空气污染数据及同期气象观测数据,分析空气污染特征及各类气象条件下污染日数分布特征,结果表明:近5a来呼和浩特市冬季平均空气质量指数呈下降趋势,空气污染程度有所减缓。空气质量未达标日数呈减少趋势,特别是轻度和中度污染日数下降趋势最显著;首要污染物以PM10为主;冬季风速、气温、相对湿度与空气质量指数显著相关,降水量对空气质量的影响较小;S和SSW风向时污染日数出现概率较高,易出现中到重度空气污染。     

复杂地形城市冬季大气污染的数值模拟研究

采用中尺度大气动力模式与大气扩散模式相结合的方法，针对复杂地形条件下兰州市冬季无明显冷空气入侵天气过程时段（1994年12月2－3日）的大气污染状况，进行污染物（二氧化硫和烟尘）浓度分布的数值模拟研究，分析了模拟的风场的气温层结随时间的变化以及污染物浓度的分布及其变化，进一步分析了模拟的风场和气温层结与污染物浓度分布的关系。结果表明，该模式系统对兰州市大气边界层结构及污染物浓度的分布有较好的模拟能力，并证明了该模式系统可适用于兰州市大气质量预测预报研究。     

环北京地区空气污染指数与降水的周循环特征及其影响机制分析

部分气象要素在某些地区表现出明显的周循环特征,其位相和尺度因时因地而异.利用1980～2009年环北京地区地面常规观测气象要素资料、空气污染指数资料(简称API)及NCEP/DOE再分析资料,本文分析了环北京地区API、降水及多种气象要素的周变化特征,并对气溶胶影响降水的可能机制做了初步证明.分析表明:API表现出明显的周循环特征,周三最大,周日最小;降水频次尤其是小雨频次的周变化特征也较明显,且与API的周变化呈反位相分布;降水量受API影响较小,其周循环特征未通过置信度为95％的显著性检验;基于云量、温度、相对湿度、大气稳定度及风速的周变化特征分析,本文推断,大气气溶胶累积引起对流层低层非     

造成北京PM10重污染的二类典型天气形势

利用北京空气质量监测资料和NCEP再分析资料,分析了北京发生PM10重污染的天气形势。研究表明:1)虽然北京地区PM10重污染(API指数3级以上)每年只有10 d左右,但与之关联的轻微或轻度空气污染(API指数3级)天数,却可能占全年3级污染总天数的40%-50%。因此,分析研究造成北京PM10重污染的天气形势,对于空气污染的预警预报以及污染源的控制和管理,都具有十分重要意义。2)通过海平面气压场的主观分析,确定了二类北京PM10重污染的典型天气形势,即高压南下东移阻滞型和与北上台风(或热带低压)相关联的弱高压控制型,并指出了后者在2008年奥运会期间,对开展北京空气污染预报和污染控制的指导作用。     

首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理

在国家科技部大力支持、中国气象局统一部署下,项目首席徐祥德与项目总顾问周秀骥及项目专家组共同部署了BECAPEX(北京环境大气监测)2002年现场科学试验计划,并提出科学数据分析研究重点与卫星、遥感信息等多学科技术的综合应用研究计划与实施方案.本项目在2002年现场观测资料分析与理论研究方面取得了重要进展.     

首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理

中国科技部973项目“首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理”（http：／／www．becapex．com）白1999年12月开始实施。由4名院士及19名专家组成的评审专家组2005年9月20-22日对项目所属11个课题进行了验收评审，课题全部顺利通过验收。评价结论指出：该项目各课题研究中的科学目标满足国家需求，体现了多学科相互交叉研究思路，项目研究队伍精干整齐，团结协作，项目实施过程中培养了大批青年人才。研究工作以大量现场科学试验、野外调查和室内模拟试验科学数据为基础，从地球科学系统多圈层角度出发，把大气、水、土壤作为相互关联的整体进行研究。通过研究大气、水、土环境变化过程中的物质交换与循环机理，探索污染物的扩散、输运、迁移途径及其污染物聚集释放机理；揭示主要污染物在大气、水、土等界面内及界面间物理、化学和生物作用过程。建立了区域大气、水、土环境污染预警模式及其预测业务系统相关模式，并提出大气、水、土环境污染治理与调控措施。研究成果为北京地区大气、水、土环境污染预警、预测、评估决策系统提供了重要的理论基础，对北京绿色奥运以及大气、水、土环境污染的综合防治对策提出了科学依据。     

首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理及调控原理

本项目在2004年取得的主要成果如下: (1)城市边界层大气物理和大气化学特征。在城市边界层的强化立体观测的基础上,针对冬、夏季城市大气环境及奥运会期间首都北京大气环境“背景”特征、急需认识的问题以及调控治理理论应用技术难点,着重分析研究了城市冬、夏季建筑群边界多个污染物种化学成分相关性,城市“冠层”建筑群楼顶单点长期时间演变特征,冬、夏季城区污染过程大气多尺度特征,冬、夏季气溶胶垂直分布特征及其与天气和气象条件的关系以及冬、夏季城市边界层感热、潜热通量特征等重     

首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理

科技部科研院所社会公益专项资金重点项目“突发性强灾害天气预警系统（EWSSWE）”2006年6月6日通过验收。该系统是一个依托动力模式的数值预警系统，以WWW为平台，融贯了多种天气预报新技术，集富含信息量的强对流指数诊断预测、基于卫星和雷达产品的外推以及动力模式数值天气预报于一体；该系统开发的冰雹预报产品使本来并非预报量的冰雹作为动力模式后处理的产品输出从而赋予动力模式以直接预报冰雹的功能；     

首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理及调控原理

2003年“首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理及调控原理”项目主要工作进展：