区域空气质量数值预报模型

给出了区域尺度空气质量数值预报模型的基本物理构架, 重点介绍了欧拉型输送／沉降模式对各种物理 （沉降、输送）、化学 （气相化学与液相化学） 过程、初值与边界条件等问题的处理／简化; 利用本模型作了一周的预报实验, 实验结果与分析说明, 区域空气质量数值预报模型能够较好地反映全国重点城市的空气质量以及污染物随时间的演变态势; 最后, 指出了需要进一步完善的工作。     

珠江三角洲空气质量与能见度数值预报模式系统

珠三角已构建并准业务运行的空气质量与能见度(大气灰霾)数值预报模式系统能反映污染物的产生、聚集和消亡,能模拟大气灰霾的形成过程;预报结果与观测结果随时间演变的趋势比较一致,较好地体现了污染物的日变化特征。通过对2009年11月严重大气灰霾过程的模拟分析表明,广州地区引起灰霾天气的气溶胶主要是细粒子即硫酸盐气溶胶、碳气溶胶(黑碳与有机碳)与铵盐气溶胶的消光作用;在高湿度条件下硫酸盐的消光作用明显增大。     

区域空气质量数值预报系统CAPPS3在辽宁的应用

利用城市大气污染数值预报系统CAPPS的第三版(CAPPS3),经过安装、调试和本地化、自动化处理,建立起适合于辽宁的区域空气质量数值预报系统,用于预报辽宁的城市污染指数和等级以及各污染物的日均浓度分布.通过模式预报结果与监测资料的对比,发现辽宁14个主要城市SO2、NO2预报准确率的总体水平明显高于PM10.区域污染物浓度分布位置和大小的预报结果与实际情况相符,污染物小时浓度的演变也与实际风场的变化趋势保持一致,表明CAPPS3模式系统能够及时准确地预报出区域污染的形成和发展过程.     

两种空气质量数值模式的应用评估与集合改进研究

利用2018—2019年国控站观测,评估CAMx和CMAQ模式对广东珠海主要污染物时空分布与演变特征的预报能力,并引入多元线性回归和随机森林方法对预报结果进行集成,探究不同集合方法的改进能力。结果表明：CMAQ在各污染物浓度季节-日变化方面明显优于CAMx,但两者存在明显系统偏差,并对多数污染物(除O₃之外)的昼夜和空间变化的模拟能力仍存在明显缺陷。例如,CMAQ合理地还原了CO、PM_2.5、PM₁₀、SO₂、O₃和NO₂的季节变化,相关系数介于0.72～0.84,但NMB分别达到-0.58、-0.18、-0.30、1.52,-0.16和-0.20,RMSE分别达到0.40 mg/m³、6.86、16.02、10.71、25.05和10.21μg/m³。同时,基于不同污染物构建的两种集合方法均有效移除了系统偏差,加强了CMAQ的模拟优势,并且随机森林方法明显优于多元线性回归,但两者均对模式缺陷无明显改进。进一步分...     

空气质量数值模式预报中资料同化的初步研究

利用嵌套网格空气质量预报模式,在对上海市环境监测中心提供的观测数据进行必要的质量控制后,采用最优插值方法对可吸入颗粒物(PM10)、二氧化氮(NO2)和二氧化硫(SO2)进行资料同化。选取2004年8月1～20日做作逐日同化试验的结果表明,无论是PM10、NO2还是SO2,其同化偏差平均值均在20μg.m-3以下,比同化前减少了至少50%;3种污染物的同化偏差小于其未同化偏差的天数均在16天以上。在大气清洁和污染两种情况下,对PM10分别作10天的同化试验表明,同化后的均方根误差均小于同化之前。此同化方法能利用观测数据较好地修正空气质量模式预报场,从而为模式提供与实际更加接近的初始场。     

北京空气质量多模式集成预报系统的建立及初步应用

介绍了北京空气质量多模式集成预报系统（ＥＭＳ Ｂｅｉｊｉｎｇ）．系统中区域空气质量模式包括中国科学院大气物理所自主开发的嵌套网格空气质量模式系统（ＮＡＱＰＭＳ）模式、美国环保署（ＥＰＡ）开发的Ｍｏｄｅｌｓ ３／ＣＭＡＱ模式及美国Ｅｎｖｉ ｒｏｎ公司开发的ＣＡＭｘ模式等,均使用ＳＭＯＫＥ排放模型统一处理大气污染排放清单．此系统各模式采用统一的模拟区域和网格分辨率,采用中尺度气象模式ＭＭ５提供统一的气象场,并采用算术平均、权重集成等方法集成各空气质量模式结果,并投入北京空气质量业务预报,有效支持了北京奥运会空气质量数值预报．业务预报结果表明：１）采用ＳＭＯＫＥ处理的奥运排放清单较接近实际,２００８年８月各空气质量模式可吸入颗粒物（ＰＭ１０）日均值预报结果相对偏差为－３％ ～１７％,与观测数据相关系数在０７以上;２）在排放清单较接近实际的情况下,ＰＭ１０日均值多模式算术平均优于单个空气质量模式;３）分析２００８年４—１１月业务预报表明,采用权重集成方法预报的ＰＭ１０日均值优于算术平均方法,达６１％．总体上,权重集成方法优于算术平均结果．     

CAPPS模式在铜川空气质量预报中的效果检验

通过对2003年1-12月铜川市区、新区污染物监测值与 CAPPS模式预报值的对比分析发现,CAPPS模式预报正确率存在明显的要素差异,NO2预报正确率很高,年平均正确率在90%以上,SO2次之,年平均70%左右,PM10预报正确率较低,年平均55%左右;该模式预报正确率有明显的地域差异,铜川市区的预报正确率比新区明显偏低;同时该模式预报正确率存在明显的季节差异,冬半年比夏半年预报结果差,以SO2表现最明显.该模式空漏报率NO2最低,SO2次之,PM10最高,漏报率存在明显的季节差异,空报率季节之间差异较小,但在地域上空报率差异明显.分析了产生误差的原因.     

嵌套网格空气质量预报模式系统的发展与应用

主要综述中国科学院大气物理研究所自主开发的嵌套网格空气质量预报模式系统(NAQPMS,Nested Air Quality Prediction Modeling System)的历史发展与应用情况.模式发展伊始为欧拉污染物输送实用模型,利用其研究东亚硫氧化物的跨国输送问题,得出中国对于周边国家的输送量不大的结论; 在系统中嵌入适合东亚的起沙机制模块,用来模拟沙尘发生、输送及沉降等过程,估算亚洲大陆沙尘气溶胶对海洋地区的输送与沉降通量,为研究海洋生物地球化学循环提供基础数据; 利用该系统研究沙尘及其土壤粒子对酸雨的中和作用,发现沙尘输送对东亚酸雨的分布影响很大; 发展城市尺度高分辨率气象和空气质量预报技术,使模式水平分辨率达到500 m,并应用于台北高浓度臭氧和PM10的模拟; 研究和集成区域及城市尺度大气污染预报理论和模拟技术,研制成目前的嵌套网格空气质量预报模式系统,以探讨不同尺度各种污染(如沙尘暴、城市光化学烟雾、酸雨、高浓度悬浮颗粒物等)的变化规律.在模式系统中初步建立资料同化模块,开展大气化学成分及沙尘输送模拟的资料同化研究.系统已经在北京、上海、深圳、郑州等城市环境监测中心实施空气质量的实时预报.未来,系统将集成到全球环境大气输送模式(GEATM),以实现从城市群到全球具有双向耦合功能的模式系统.     

广西气象台城市空气质量预报业务系统

介绍广西气象台城市空气质量预报业务系统的流程规范、设计思想、技术路线和功能模块     

西安城市空气质量预报统计方法及业务化应用

介绍了空气质量统计预报方法,对西安空气污染物时空分布特征进行分析,选择了表征大气扩散能力的地面、高空气象直接、间接因子,把地面天气形势分为12种形势,在分冬、夏半年的基础上,分别建立各个形势下SO2、NO2、PM10的72个回归方程.     

辽宁冬季城市空气质量分布状况综合研究

利用2006年12月辽宁14个城市的大气环境现状监测资料和沈阳、鞍山、抚顺、本溪4城市可吸收入颗粒物(PM10,PM2.5和PM1)的监测资料,对辽宁冬季各城市的空气质量分布状况进行了综合研究。结果表明:辽宁14个城市的冬季空气质量分布状况为优、良和轻微污染3个等级,其中铁岭、营口和辽阳的空气质量有28 d为良及以上等级;空气质量级别为轻微污染日数最多的城市是本溪,共计12 d;其次是葫芦岛、沈阳、鞍山、抚顺、盘锦、阜新,共计7—10 d。各城市的首要污染物是PM10。由于冬季燃煤量的增加,沈阳、鞍山、抚顺和本溪4城市PM2.5日平均浓度值的超标率为77.4%—90.3%。     

气象条件对晋江城市空气质量的影响

根据2006—2007年晋江市环境监测资料和同期气象资料,对晋江市空气质量状况分布特征、空气污染与气象条件的关系进行分析。结果表明：晋江市区空气质量优良率较高,夏季空气质量最好,春季空气质量最差;海洋性气候是形成晋江市空气质量优良率高的主要原因;空气质量为优的天气形势主要包括冷空气、副热带高压和台风等,空气质量持续为优;空气质量为轻微污染以上的天气形势主要包括SW暖湿气流、入海高压后部偏东气流、弱冷空气影响后期、副热带高压减弱或东退等。     

烟花爆竹燃放和气象条件对北京市空气质量的影响

利用北京城区和近郊区2006—2014年春节期间主要污染物（PM10、PM2.5、PM1.0、SO2、NOX）浓度和气象资料,分析了北京市烟花爆竹对空气质量的影响,并将2014年和近8 a（2006—2013年）平均值进行比较分析。结果表明：春节期间（除夕至十五）烟花爆竹的燃放对空气污染物浓度增加具有较大贡献,自2006年“禁改限”后,近9 a集中燃放期间,PM2.5浓度均出现陡增情况,其中除夕峰值浓度均出现在01：00,初五、正月十五峰值浓度集中在21：00—23：00。除夕夜2012年峰值浓度最高,达1485.6μg·m－3,正月十五2008年峰值浓度最高,达1298.0μg·m－3,初五峰值浓度偏低,2007年最高,为571.5μg·m－3。2014年春节期间的PM2.5、SO2和NOX 平均浓度分别为60.5μg·m－3、43.8μg·m－3和45.6 ppb,比近8 a平均值分别下降了20％、41％和58％,除夕夜峰值浓度403.4μg·m－3,比近8 a平均值（768.5μg·m－3）下降了48％。2014年除夕、初五在集中燃放烟花爆竹期间,受小股冷空气影响,有利于污染物的扩散,而元宵节前后,受不利气象条件影响,峰值浓度高于除夕,且颗粒物浓度下降缓慢,造成持续性的污染,表明气象条件直接影响污染物浓度变化。总体来看,2014年春节期间空气污染物浓度下降的主要原因与烟花爆竹燃放量减少、机动车数量减少、春节期间较强冷空气影响直接相关。     

特高压跨区域输电对空气质量的影响研究

依托“锡盟—济南”特高压输电工程,根据WRF-Chem V3.7大气化学模式系统对北京及周边地区污染物浓度变化进行模拟和评估,设置不同地点、不同高度、不同排放量等,定量化评估特高压跨区域输电工程对受端区域空气质量的影响。结果表明：不同气象条件下,东南小风的情况下,工程对北京大气环境影响范围最大;根据虚拟电厂的高度,对9 m、27 m、46 m、64 m、91 m、130 m、185 m和255 m高度分别评估,发现在电源点附近,对91 m空间层的大气PM_2.5浓度影响最大;远距离输送后,对0—45 m空间高度层的大气PM_2.5浓度影响最大;“锡盟—济南”特高压工程配套电源点对北京地区相关污染物浓度变化影响极小。     

CMIP5模式对中国东北气候模拟能力的评估

利用CN05观测资料和参与IPCC第五次评估报告的45个全球气候系统模式的模拟结果,分析了新一代全球气候模式对中国东北三省(1961~2005年)气温和降水的模拟能力。结果表明:1)绝大多数模式都能较好地模拟出研究区内显著增温的趋势,对气温的年际变化模拟能力则相对有限;2)所有模式均能很好地再现气温气候态的空间分布特征,且多模式集合模拟结果优于绝大多数单个模式,空间相关系数达到了0.96;3)对于降水的模拟结果,模式间差异较大,多模式集合能较好地再现其空间分布规律(空间相关系数为0.86),对降水年际变化及线性变化趋势的模拟能力则较差。总体来说,多模式集合对东北气候的时空变化特征具有一定的模拟能力,且对气温模拟效果优于降水,对空间分布的模拟能力优于时间变化。     

1951—2008年东北地区冬季气温变化及环流场特征

利用1951—2008年中国东北地区气温资料和NCEP高度场再分析资料,通过线性趋势分析和M-K检验方法,对东北地区冬季气温变化进行研究。结果表明：东北地区冬季变暖的时间是从20世纪80年代中期开始,突变年为1986年;冬季气温最暖年代出现在21世纪初;东北三省冬季累年气温变化趋势倾向基本是纬度越高气温趋势倾向值越大,特别是在1999—2008年黑龙江省冬季气温趋势倾向增温最显著。而在年气温变化趋势中,东北三省平均趋势倾向值没有冬季趋势倾向值大,其中吉林省气温趋势值最大。冷、暖冬年500 hPa高度距平场分布为冷冬负距平中心位于中国东北地区中部;暖冬年正距平中心位于贝加尔湖到中国东北地区中北部。低空冷冬年,东北地区受西北风、西风和东北风控制,冷空气势力强;暖冬年,东北地区仅受西北风影响,冷空气势力弱。     

哈尔滨市空气质量特征及其与气象要素的关系

利用哈尔滨市2014—2016年逐日空气质量指数(AQI)数据,结合同期气象观测资料,分析了哈尔滨市空气质量的变化特征、主要污染物及与主要气象要素之间的关系。结果表明:近3 a间,哈尔滨空气质量为良级别的天数最多,占47%,达到污染级别的天数占31%,2016年空气质量最佳,优良级别的天数达到284 d,占全年78%;春夏季AQI指数较低,秋冬季AQI指数明显偏高,9月空气质量全年最佳,1月空气质量最差; PM_(2. 5)是造成哈尔滨空气污染的最主要污染物,其次是PM₁₀、NO_2和臭氧8 h(O3-8 h); AQI与气压之间以正相关为主,秋冬季最为显著;与风速主要表现为负相关,冬季尤为显著;与气温的关系受到采暖的干扰差异较大,年尺度及秋冬季呈负相关,月尺度呈正相关;与降水日数呈负相关;与相对湿度冬季表现为显著正相关,而5—9月为负相关。     

1951—2008年东北地区冬季气温变化及环流场特征

利用1951—2008年中国东北地区气温资料和NCEP高度场再分析资料,通过线性趋势分析和M-K检验方法,对东北地区冬季气温变化进行研究。结果表明：东北地区冬季变暖的时间是从20世纪80年代中期开始,突变年为1986年;冬季气温最暖年代出现在21世纪初;东北三省冬季累年气温变化趋势倾向基本是纬度越高气温趋势倾向值越大,...     

长春市空气质量污染特征分析与防治对策

为探讨2003－2007年长春市污染新特征,了解大气污染物变化趋势,对市区内客车厂等6个环境空气质量国控点位监测数据进行了归纳计算,并采用API评价方法,得到了PM₁₀、SO₂和NO₂ 3种污染物年均值变化曲线和各种污染类型天数,同时查明了大气污染物的来源。结果表明：2003－2007年间长春市大气污染主要呈现波动略上升的总体特征,据此从气象条件和城市能源消耗等角度分析成因,并提出加深节能减排工作等一系列大气污染防治对策与建议。     

2019年太原青运会期间空气质量评估

为评估太原青运会期间大气污染控制措施对空气质量的改善效果,对青运会会前、会期和会后三个阶段太原市6种污染物浓度的演变及气溶胶在垂直方向上的变化进行了分析。结果表明：青运会期间太原市PM₁₀、PM_2.5、CO、NO₂、O₃较青运会前分别下降30.5%、37.3%、20.2%、18.0%和18.6%,SO₂削减程度不明显。垂直方向上,青运会期间气溶胶消光系数峰值降低24.6%,其中低湿天气下气溶胶消光系数峰值下降46%,高湿天气下峰值下降21.6%,青运会期间大气中PM_2.5在PM₁₀中的占比降低,垂直大气中气溶胶的吸湿增长能力增强。与2017和2018年同期相比,青运会期间PM₁₀、PM_2.5、CO、NO₂浓度均有大幅下降,O₃浓度较近两年同期无显著变化。因此,青运会期间的各项控制措施有效降低了本地颗粒物浓度。