2014－2022年新疆库尔勒市空气质量特征及沙尘天气影响分析

基于2014－2022年库尔勒市空气质量监测数据,分析了库尔勒市空气质量水平和污染特征,并进一步探究了沙尘天气对空气质量的影响。结果表明：2014－2022年库尔勒市年均优良率为65.3%,春季空气污染最严重,夏季空气质量最好;大气污染主要是颗粒物超标,PM10年均浓度值超过二级标准限值127%,PM2.5超31%,SO2、NO2、CO、O3均达标;首要污染物为PM10,占总超标天数的92.2%,PM2.5为首要污染物占比8.0%;受沙尘影响天气年平均100.4d,污染日79.7%受到沙尘影响;按环境监测要求剔除沙尘天气,PM10和PM2.5平均浓度分别减少18.6%和13.0%;沙尘天气对AQI平均贡献率为31.8%,对PM10贡献率为41.9%,对PM2.5贡献率为23.3%。沙尘天气对库尔勒空气质量影响明显,大气污染防治根本是沙尘天气综合治理。沙尘天气对库尔勒市空气质量影响明显,大气污染防治根本是沙尘天气的综合治理。     

辽西北沙化土地起尘量估算及对沈阳大气环境影响的初步研究

辽西北沙化土地面积约为12368 km2。在大风条件下,沙地扬起大量沙尘,在本地和大风经过的地带形成沙尘天气。利用US EPA推荐的地面起尘的半经验公式,估算了辽西北沙地地面尘的排放总量和各季节的排放量。结果表明:辽西北地区起尘量(PM50)为1.38×105t/a,春季起尘量占全年的70.2%。同时以2004年气象资料和空气质量监测数据为基础,利用CALPUFF模拟系统对沈阳市空气质量进行模拟。定量解析了辽西北沙地可吸入颗粒物(PM10)对沈阳空气质量的贡献率,贡献率较大主要集中在春冬季,年平均贡献率为26.9%。%。     

非结构网格空气质量模式对东亚强沙尘暴的初步模拟研究

基于中国科学院大气物理研究所自主研发的嵌套网格空气质量数值预报模式(NAQPMS)和英国帝国理工学院应用计算与建模小组(AMCG)研制的有限元流体模式(Fluidity),构建了非结构网格沙尘传输模式(Fluidity-Dust),并模拟再现了2010年3月19~22日东亚强沙尘暴整个暴发、演变的三维立体动态过程,从整体上对这次沙尘事件有了全新的直观认识和了解。通过利用FY-2D卫星沙尘反演资料及MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)卫星反演的气溶胶光学厚度(AOD)资料,可对模拟结果进行整体上对比验证;同时,利用中国9个城市站点的PM10(空气动力学当量直径小于等于10μm的颗粒物,即可吸入颗粒物)地面观测资料以及日本多个站点的激光雷达资料,逐一对比分析了不同地区PM10的时空分布以及沙尘传输经过时的垂直分布情况;并与NAQPMS模式的沙尘模拟结果进行了模式间的对比分析。对比结果均表明:该模式具有较好的模拟能力,能很好地模拟再现整个沙尘暴过程,为今后进一步运用自适应变网格技术以实现对沙尘暴的高精度追踪模拟奠定了基础。不同模式比较是量化模拟不确定性的重要方法。以往沙尘输送模式比较研究表明:起沙量模拟的不确定性是沙尘暴数值模拟的最大不确定来源。本文通过两个具有相同起沙方案的模式对同一沙尘事件的模拟,发现不同的平流方案以及不同的沉降计算也会对沙尘过程模拟产生重要影响。     

春季沙尘对关中地区PM2.5 浓度影响的多尺度模拟研究

“一带一路”建设让古代丝绸之路的起点——西安成为世界焦点，西安的空气质量也是政府和公众关注的焦点。以2017年5月我国北方的一次强沙尘过程为例，首次利用中国科学院大气物理研究所气溶胶和大气化学模式系统IAP-AACM（Aerosol and Atmospheric Chemistry Model of the Institute of Atmospheric Physics）模拟关中地区细颗粒物（PM_2.5）的时空分布，并结合地面逐小时PM_2.5观测数据对沙尘气溶胶和PM_2.5模拟的关系进行深入探究。结果表明:加入沙尘组分对模拟关中地区PM_2.5时空变化特征作用显著，相关性可提升0.4～0.6，并且可以很好地再现强沙尘时段PM_2.5浓度骤增的过程；在强沙尘时段和一般时段，沙尘组分对PM_2.5的贡献分别为60%～80%和10%～30%；0.11°×0.11°高分辨率模拟有助于提升模式捕捉污染物时空变化的能力。     

Assessment of the regional source contributions to PM_(2.5) mass concentration in Beijing

将先进的在线源追踪模拟模块ISAM与空气质量模式系统RAMS-CMAQ耦合,对2015年7月华北地区主要气溶胶物种(硫酸盐、硝酸盐、铵盐、黑碳、有机碳、沙尘和海盐)进行模拟,并且深入探讨了不同地区排放源对PM_(2.5)质量浓度的贡献特征。模拟结果显示PM。2.5质量浓度高值主要出现在河北省南部和山东省西部北京和天津市的排放源对PM_(2.5)质量浓度的贡献主要集中在本地,而河北和山东省则为华北地区PM_(2.5)质量浓度的主要贡献者。就北京市而言,由于近年执行了多项减排措施,目前该地区的本地贡献占20%-30%。而河北和山东省是北京市PM_(2.5)的主要区域传输贡献者,分别可超过25%和10%。此外,在污染背景下周边地区传输贡献的比重更大。当空气质量恶化时,河北和山东省的传输贡献比例均有所提升。因此,建议在污染期间,应重点基于对区域尺度的排放源开展协同控制,制定综合的减排措施方可进一步降低北京市的PM_(2.5)质量浓度。     

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.     

曹妃甸工业区空气污染来源及其对周边地区污染贡献的数值模拟研究

为了深入研究曹妃甸工业区的建立和大型工业企业的迁入对京津冀地区空气质量的影响,利用嵌套网格空气质量预报模式系统NAQPMS(Nested Air Quality Prediction Modeling System)研究该工业区和周边地区在2016年秋、冬季空气质量状况,并对PM2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物,即细颗粒物)来源与区域输送进行分析。结果表明:模式能很好地再现气象要素和污染物浓度分布特征;曹妃甸地区本地排放在1月和10月的月均贡献分别为17.8%和25.8%。当空气质量为优良时,曹妃甸地区PM2.5主要受短距离周边传输影响,唐山和天津贡献率之和达23%～53%;当空气出现轻度及以上污染时,曹妃甸地区PM2.5浓度主要受到长距离输送的影响,河北中南部和山东地区贡献之和达40%～50%。曹妃甸工业园区排放对周边地区PM2.5浓度贡献相对较小,对唐山和天津地区贡献为3%～7%,对京津冀地区其他城市PM2.5浓度贡献可忽略不计。空气质量转差时,曹妃甸、北京和天津地区PM2.5中一次排放占比相较于空气质量优良时明显下降,二次生成的无机盐类和二次有机气溶胶贡献率增加;曹妃甸地区10月二次生成硫酸盐贡献率较1月明显增加,月均贡献率为22%。因此,在致力于削减京津冀地区PM2.5一次排放的同时,对SO2、NOx等进行控制,能有效改善该地区空气质量。     

近10年东亚沙尘气溶胶时空分布与起尘通量的数值研究

利用一个耦合了沙尘模型的区域气候模式RegCM3和NCEP再分析资料,对近10年(2000-2009年)东亚地区沙尘气溶胶(直径≤20μm)时空分布特征和起尘通量进行了数值模拟。结果表明,(1)耦合模式能较好地模拟东亚地区沙尘气溶胶的时空分布特点。东亚地区沙尘气溶胶光学厚度、柱含量高值区主要位于塔克拉玛干沙漠和巴丹吉林沙漠。沙尘气溶胶柱含量的季节变化特征明显,春季最大,冬季次之,秋季最小。东亚地区110°E以东,沙尘主要以700hPa高度为中心向东传输。(2)东亚地区起沙源区主要位于塔克拉玛干沙漠、巴丹吉林沙漠、藏北沙漠化地区及蒙古国西南部,起沙强度存在明显的季节变化。2000-2009年东亚地区年平均起沙通量为1015.34mg.m-2.d-1,其中62.4%和2.3%分别通过干、湿过程重新沉降在东亚地区,其余35.3%被净释放进入大气或进行远距离传输。     

一次沙尘暴天气及沙尘输送过程的数值模拟

动用ＭＭ４中尺度动力学模式结合沙尘气溶胶传输模式。模拟分析了１９９２年４月２２日发生的一次沙尘暴天气及沙尘输送过程。     

地形对沙尘暴的影响及敏感试验研究

在初步探讨地形影响沙尘扬升、传输、沉降等动力过程可能机制的基础上,利用沙尘数值预报模式对一次强沙尘暴过程进行了模拟研究,结果表明:沙尘暴形成阶段沙尘主要来源于阿尔泰—萨彦岭及以东地区,这部分沙尘主要向东扩展,该区域地形对其强度具有重要影响;内蒙古中西部、甘肃、宁夏等地的起沙主要在沙尘暴持续阶段产生影响,之后主要向南输送,青藏高原东侧地形绕流对其强度具有影响。地形影响可以使沙尘的扩展分为两种不同的方式,当上下游地形落差较小时形成整体推进式传输,此时沙尘位于对流层低层,没有上下沙尘层的分离;当上下游地形落差较大时形成分离式传输,沙尘位于对流层中层且在传输过程中沉降很弱,同时与地面附近的沙尘层分离。源于蒙古国、内蒙古等地的沙尘往往产生整体推进式传输;而产生于青藏高原的沙尘常形成分离式传输。     

北京地区沙尘暴天气分析及数值模拟

北京地区春季是风沙天气的多发季节 ,2 0 0 0年春季冷空气活动频繁 ,我国西北、华北多次出现大范围的沙尘暴天气 ,给人民的生活生产、交通运输及国民经济都带来很大的危害 ,而且沙尘天气造成的空气污染严重影响人们的身体健康。文中主要对 2 0 0 0年 4月 6日沙尘暴过程进行了天气分析 ,并用非流体静力中尺度数值模式进行预报和模拟研究。结果表明 ,此次沙尘暴天气是高空小槽沿大槽后强西北气流东移时发展加深 ,引导一次强冷空气南下所致 ;数值模式对沙尘暴到达北京地区的时间、地面风速、风向的突变都做出了很好的预报 ;沙尘暴发生时中低空有很强的垂直上升运动和正涡度中心 ,其形成、发展和移动与沙尘暴的过境时间和移动方向基本一致。同时利用空气质点轨迹模拟与分析方法进行了沙尘暴过程空气质点轨迹分析 ,所得结果与实况及卫星监测轨迹一致     

宁夏春季沙尘暴与北极海冰之间的遥相关关系

根据宁夏沙尘暴发生次数资料、北极海冰密集度资料和NCEP／NCAR再分析500hPa、850hPa高度场、风场资料，得出了宁夏春季沙尘暴发生次数的变化规律及其与北极海冰面积之间的年代际和年际相关关系，发现宁夏春季沙尘暴发生次数与欧亚大陆北部的喀拉海、巴伦支海和格陵兰海冰面积之间存在较显著的年代际、年际相关关系。通过合成和相关分析知，宁夏春季沙尘暴偏多、偏少状况有明显不同的环流背景场，秋季格陵兰海冰异常变化通过影响其后一段时间的大气环流背景场，从而对宁夏沙尘暴产生影响。初步得出当格陵兰海秋季海冰面积增大(减小)，次年春季蒙古至西伯利亚一带500hPa、850hPa高压场降低(升高)，风场有明显的气旋性(反气旋性)特点，在宁夏至新疆一带西风明显偏强(偏弱)，说明冷空气活动次数偏多(少)，对应宁夏春季沙尘暴发生次数偏多(少)。通过海冰将全球气候变暖和宁夏(我国北方)沙尘暴总减少趋势联系起来，初次提出在环境总体恶化情况下，我国沙尘暴发生次数总体趋于减少，很可能是全球气候变暖所致。     

2018年春季北京一次沙尘天气边界层特征及来源分析

2018年3月27—28日,内蒙古中东部、中国东北地区、华北等地出现一次大范围沙尘天气.28日凌晨,沙尘进入北京,受此影响北京出现了严重的污染天气.本文利用中国气象局地面常规观测资料、气溶胶激光雷达、风廓线雷达资料、生态环境部大气成分等资料分析了北京沙尘天气前后边界层特征、沙尘来源以及沙尘天气前后大气污染特征.结果表明...     

北京沙尘天气的变化特征及其沙尘源地分析

通过对北京市沙尘天气的变化特征、出现沙尘天气的天气形势、移动路径、关键区域和地表特征的分析,以及与降水量的相关分析,研究了北京市沙尘天气的变化趋势及其沙尘源地的基本特征。结果表明,近56年来,北京市浮尘、扬沙和沙尘暴等天气现象均呈现出不规则的波动减少的变化态势;进入北京的冷空气和沙尘主要有偏西、西北和偏北三条移动路径;蒙古气旋加冷锋是北京产生沙尘天气的最主要天气系统;影响北京的沙尘质点主要来源于我国内蒙古以及中蒙边境地区;从地表特征来看,北京市周边地区存在着大片的沙尘来源地。沙尘天气与降水量的相关分析表明,沙尘源区的春季降水对当年北京市三种沙尘天气的影响突出,而本地的降水更多的是仅仅影响当年的沙尘暴天气。要缓解北京市的沙尘天气灾害,除了在北京市及其周边地区植树造林、建立生态屏障外,还要加强对沙尘源地的监测与管理,坚持以草定畜、适度放牧,严防植被破坏,同时要及时预报沙尘天气的影响范围和持续时间,把危害降到最低程度。     

露天生物质燃烧对地面PM2.5浓度的影响评估

利用MODIS火点、土地类型、植被覆盖、生物质载荷和排放因子等数据产品,开发了露天生物质燃烧排放模型,并将其嵌入空气质量模式WRF-CUACE,通过敏感性试验定量评估了露天生物质燃烧对中国地面PM_2.5浓度的影响。研究设计了3种模拟方案,比较模式评估结果发现修订后的方案能更好地模拟PM_2.5浓度。结果表明:2014年10月露天生物质燃烧主要集中在我国东北、华南和西南地区,其对PM_2.5月平均浓度的贡献达30~60 μg·m-3,局地甚至超过100 μg·m-3;华北、华东和华南地区生物质燃烧对PM_2.5月平均浓度的贡献达5~20 μg·m-3。从相对贡献看,东北大部分地区生物质燃烧对地面PM_2.5浓度的贡献超过50%,华南地区达20%~50%,西南局部地区甚至超过60%;华北、华中以及华东地区相对较低,平均相对贡献达10%~20%。生物质燃烧越严重的地区,其产生的PM_2.5中二次气溶胶的贡献占比越小,反之亦然。     

沙尘暴天气对兰州市环境影响的个例分析

利用实时气象观测资料、空气质量监测资料及兰州市太阳辐射资料 ,从沙尘天气实况、天气气候成因和对兰州市空气质量、太阳辐射强度影响等多方面 ,对 2 0 0 1年 4月 6～ 1 0日兰州上游发生的一次强度较大、范围较广、持续时间较长的沙尘天气过程做了初步探讨。结果表明 :( 1 )西西伯利亚南下强冷空气与南疆、蒙古地面热低压的相互作用为沙尘天气的发展提供了有利的动力和热力条件 ;前期持续增暖少雨 ,导致表层土质干燥疏松 ,沙尘源丰富 ,是此次沙尘天气发生的物质基础 ;( 2 )此次沙尘天气导致兰州市出现严重的大气污染事件 ,使兰州市空气质量恶化 2～ 5倍 ;( 3)沙尘天气对兰州市太阳总辐射有着正、负两方面的作用 ;沙尘天气白天减小地面净辐射能收入 ,抑制地面增温 ;夜间减小地面净辐射能支出 ,抑制地面冷却。     

沙尘暴影响下北京沙尘气溶胶的垂直分布及溯源分析

采用云-大气气溶胶激光雷达红外探索卫星观测系统(Cloud-Aerosol Lidarand Infrared Pathfinder Satellite Observations,CALIPSO)资料,得出了2013年3月8-11日的一次途经新疆、甘肃、内蒙古等地的沙尘暴,对造成北京的沙尘天气影响下的沙尘气溶胶的空间垂直分布图。在此基础上研究了衰减后向散射系数、退偏振比、色比等光学特性参数。结果表明:在此次沙尘暴影响下造成的北京地区沙尘天气过程中,气溶胶的退偏振比在0.1~0.4之间,色比大于0.3。3月10-11日北京地区的沙尘气溶胶分布高度从3km以下被抬升至约4km。再利用欧拉-拉格朗日混合单粒子轨道模型(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)和NAAPS全球气溶胶模式,模拟分析了这次沙尘的来源和传输过程,表明此次沙尘起源于南疆盆地和内蒙古中西部,影响甘肃大部、内蒙古中西部、宁夏、山西北部和河北西北部、北京等地区。并用双波长迭代反演法初步反演了3月10、11日北京地区处于沙尘天气情况下的气溶胶光学厚度,分别为0.334和0.621。     

一次快速发展气旋导致的沙尘暴天气过程的初步分析

文章概述了我国北方地区春季沙尘天气的特征,并对影响沙尘暴的天气气候背景、单站地面气象要素、环流形势、冷空气的强度及影响路径、沙尘暴的起沙源地、影响时间和范围等进行了分析。结果表明:此过程是蒙古气旋强烈发展所致。巴丹吉林沙漠和浑善达克沙地是沙尘暴的主要沙尘源区;蒙古气旋的爆发性发展和冷锋后大风是起沙的主要动力;在高空急流出口区左侧,气流辐散强迫形成干对流上升气流,该上升气流与湍流输送是沙尘向高空输送的动力机制。     

北太平洋海温场与我国西北地区春季沙尘暴的关系

通过聚类分析,将我国355个气象站1954～1998年春季沙尘暴发生频率的变化进行分类,在此基础上得到两个沙尘暴指数,利用其探讨了我国西北地区沙尘暴的发生与北太平洋海温的关系.结果发现,当加利福尼亚海温偏低,黑潮及北温带区域海温偏高时,我国黄河以北的内蒙古、甘肃、宁夏等地区,春季气温偏低,沙尘暴活动频繁.作者同时探讨了海温变化影响沙尘暴发生的可能原因.     

Transport Patterns and Potential Sources of Atmospheric Pollution during the XXIV Olympic Winter Games Period

The attainment of suitable ambient air quality standards is a matter of great concern for successfully hosting the XXIV Olympic Winter Games (OWG). Transport patterns and potential sources of pollutants in Zhangjiakou (ZJK) were investigated using pollutant monitoring datasets and a dispersion model. The PM_2.5 concentration during February in ZJK has increased slightly (28%) from 2018 to 2021, mostly owing to the shift of main potential source regions of west-central Inner Mongolia and Mongolian areas (2015–18) to the North China Plain and northern Shanxi Province (NCPS) after 2018. Using CO as an indicator, the relative contributions of the different regions to the receptor site (ZJK) were evaluated based on the source-receptor-relationship method (SRR) and an emission inventory. We found that the relative contribution of pollutants from NCPS increased from 33% to 68% during 2019–21. Central Inner Mongolia (CIM) also has an important impact on ZJK under unfavorable weather conditions. This study demonstrated that the effect of pollution control measures in the NCPS and CIM should be strengthened to ensure that the air quality meets the standard during the XXIV OWG.