2016年12月青岛一次持续重污染天气的观测分析与数值模拟

选取2016年12月17—22日青岛一次典型重污染天气,利用大气污染物监测结果、地面气象要素观测资料和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）ERA5再分析数据对此次过程中大气污染物及气象场的变化特征进行分析。观测分析表明此次污染过程持续时间长达5 d以上,其中19—21日为重污染天气（PM 2.5 日均质量浓度ρ>150 μg·m-3）。根据气象场和PM2.5质量浓度变化特征,此次污染过程可分为3个阶段：17日02时—19日08时为青岛污染物累积阶段,研究区受西南风控制,PM2.5质量浓度逐渐上升,700 hPa等压面上高空槽的维持及槽前持续的南风、西南风有利于污染物累积,同时近地面相对湿度增加,是此次持续性重污染天气形成的重要条件;19日09时—20日20时为青岛污染维持加剧阶段,相对湿度大、风速很小,污染物扩散条件差,PM2.5质量浓度最高;20日21时—22日08时为青岛污染消散阶段,青岛对流层中下层及地面风速均增大并产生弱降水,有利于污染物扩散稀释和湿清除,PM2.5质量浓度逐渐降低。WRF-Chem数值模式能够较好地模拟出主要气象要素和青岛PM2.5 质量浓度的变化特征,模拟结果表明山东省内污染物排放贡献了青岛PM2.5的49.5%;污染物跨省输送对此次污染事件也有重要贡献,其中来自研究区以南的安徽和江苏的排放对青岛PM2.5的贡献率可达25.5%。     

厦门西海域有机物污染预测的数值模拟研究

本文建立了考虑生化降解的二维非保守有机物污染预测模型,在潮流场和浓度场的求解过程中采用欧拉-拉格朗日的插值方法,提高了计算精度,较好地预测了厦门西海域的各种排污条件下的有机物污染场.为厦门市海洋环境容量的确定提供了科学依据.     

济南PM2.5质量浓度与气象条件相关性初步研究

通过对济南2013年12月—2018年2月PM_(2.5)质量浓度数据分析得出,PM_(2.5)质量浓度平均和最大值均为冬季最高,春秋季次之,夏季最低; PM_(2.5)质量浓度值1月和12月最高,8月最低;其质量浓度呈明显的逐年递减趋势。在不同风向上PM_(2.5)质量浓度存在显著差异性,在N风向和ESE(盛行)风向上均出现了质量浓度较大值,一方面与污染物的异地输送有关,另一方面与济南的特殊地形有关。研究表明,无论污染源在山脉的背风侧还是迎风侧,都很容易导致高浓度污染;尤其在冬季,山脉地形还会加重逆温影响,使污染程度加重。通过相关性研究发现,冬季、春季和秋季,PM_(2.5)质量浓度与相对湿度和平均总云量均呈正相关,与日照时数及其距平呈负相关;冬季,PM_(2.5)质量浓度与平均气温及其距平以及最高、最低气温均呈正相关,与平均、最高、最低气压均呈负相关;春季和秋季,PM_(2.5)质量浓度与气温距平值呈正相关;夏季和秋季,PM_(2.5)质量浓度与日降水量呈负相关,而且随着雨强的增大,对PM_(2.5)的洗消作用越显著。上述变量间相关性均通过了P≤0. 01显著性检验。     

宁波-舟山海域污染物扩散的数值模拟

基于宁波-舟山海域潮流场,建立了该海域三维变边界的污染物扩散模型,对COD、无机氮、活性磷酸盐的浓度进行了数值模拟,并对界面源的影响进行了分析。结果表明:污染物浓度在海域内呈由西北向东南方向递减的趋势;COD浓度在大部分海域满足一类水质标准,无机氮和活性磷酸盐浓度在研究海域超出二类水质标准;研究海域的界面源对该海域污染物浓度”贡献”在85%以上。     

海洋气团对沿海城市大气环境影响与识别研究

本研究通过识别海洋气团特征及沿海城市大气受到海洋气团的影响方式与程度,为评价沿海城市空气环境质量提供科学依据。以青岛市为例,收集大气气溶胶样品中放射性核素~(210)Pb、40K数据及采集时段当地大气颗粒物数据;分析~(210)Pb活度浓度与气溶胶颗粒物浓度变化;对当地当时大气气团进行溯源分析。研究表明:(1)研究期间青岛沿岸地区2015年4月至2016年6月与2016年6月至2017年6月大气污染特征显著不同,前者~(210)Pb活度浓度与污染颗粒物浓度显著相关,而后者~(210)Pb活度浓度与污染颗粒物无相关关系;(2)穿越海洋的陆地气团呈现出高活度浓度、低颗粒物浓度的特征;来自海洋气团的气溶胶呈现出低活度浓度、低颗粒物浓度的特征;(3)海洋气团气溶胶中~(210)Pb活度浓度较低。临近大陆的海洋(黄海、东海)上层大气受到大陆气团的影响,其海洋气团的特征有所减弱。~(210)Pb活度浓度、颗粒物浓度(PM2.5)可作为判断海洋气团的指标,识别"来自海洋的气团"与"经过海洋的气团"。     

中国近海环流数值模拟研究综述

按照研究时间由早期到现代,研究方法由简单到复杂的顺序,综述了近几十年来海洋数值模拟工作在中国近海所取得的研究成果.目前,通过数值模式已经能够基本合理地模拟中国近海的海洋环流,黑潮、台湾暖流、黄海暖流等的路径、流量,对马暖流源区等问题的特征在数值模拟结果中也逐渐清晰.通过分析已有的工作,认为还存在多项关键技术问题,并受对中国近海环流认知程度的限制,中国近海环流的数值模拟研究还需要进一步的发展和完善.在未来的数值模拟研究中,通过变网格或多重网格嵌套技术,实现中国近海高分辨率的数值模式;应用更加符合实际情况的海洋参数化方案,发展风-浪-流-潮耦合模式;结合资料同化技术,发展预报模式等都应是中国近海环流数值模拟研究的重点发展方向.     

畸形波传播速度实验和数值模拟研究

畸形波的传播速度是其最重要的特征参数之一。研究畸形波的传播速度有助于深入和全面了解畸形波的生成机理及其演化过程,另外还可以用于畸形波的预报。针对现有关于畸形波传播速度计算方法(高阶Stokes波理论近似估算,Hilbert变换和两固定点的距离除以畸形波的波峰经过两点所用时间)的不准确性和局限性,使用32个测点描述畸形波波峰沿波浪水槽的运动轨迹,再用回归分析法估算波峰运动轨迹与时间的相关关系,从而计算出畸形波的传播速度。基于288组物理模拟畸形波和364组数值模拟畸形波传播速度的计算结果,使用回归分析方法得出了畸形波传播速度的半经验半理论计算公式,同时还分析了畸形波传播速度的强非线性特征。     

台湾海峡冬、夏季氮通量的数值模拟研究

本文建立了一个气候态驱动的台湾海峡物理-生态耦合模型（ROMS-NPZD）。与遥感观测数据的比较表明,模型能够较好地模拟出冬、夏季台湾海峡主要的温度和叶绿素分布特征。模型揭示了夏季台湾海峡营养盐输运的东、西通道,与南海次表层水的入侵通道一致;冬季,海峡中的营养盐来源于闽浙沿岸水和通过澎湖水道入侵的南海次表层水。模拟结果表明:夏季,通过海峡流入东海的氮主要为有机氮;冬季,闽浙沿岸流为海峡和南海北部陆架提供了丰富的营养盐,不仅如此,南海次表层水进入海峡的营养盐通量与夏季相当。     

北京山地森林站非持续生长型新粒子生成事件的数值模拟研究

鉴于新粒子生成(New particle formation, NPF)对气候的重要效应,过去很多研究重点关注持续增长型NPF事件;但新粒子生长过程中时常也伴随着非持续型生长,如生长粒径先增长后下降的收缩型以及粒径明显不增长的团块型NPF事件,对于这类NPF事件的生长机制尚不清楚。基于此,本研究于2019年夏季在中国科学院北京森林生态系统定位研究站(39.96°N, 115.43°E, 1 170 m a.s.l.,以下简称北京山地森林站)进行了NPF事件的野外观测,发现了4次持续生长型NPF事件和3次非持续生长型NPF事件。本文借助WRF-Chem模式进一步探究非持续生长型NPF事件的生长机制,发现其主要成因有三个：首先,北京山地森林站与成核相关的气态前体物充足,但颗粒物中SO₄^2-、NO^-₃、NH⁺₄等无机盐浓度较低,削弱了新粒子的后续增长能力;其次,后向轨迹显示非持续生长型NPF事件的气团来源于清洁的北方地区;最后,通过过程分析发现水平和垂向输送是非...     

一次典型寒潮风暴潮过程的数值模拟研究

建立了渤海及邻近海域天文潮与风暴潮的耦合模型。在验证的基础上,以2003年10月寒潮为例,分析了寒潮作用下渤海沿岸的增、减水及潮流场的时空分布变化特征。结果表明,寒潮作用下渤海湾沿岸增水幅度较大,水位振荡明显;潮流运动发生较大改变,局部海域的往复流转化为单向流,可能会影响渤海湾沿岸泥沙的运动。     

青岛地区霾污染天气特征分析

通过统计分析2003—2013年气象观测和环境空气质量监测数据,给出了青岛霾污染天气的时空分布和边界层特征。青岛中度污染以上的霾污染天气多发生在12月~次年1月,空气质量指数(AQI)的日变化有明显的"三峰"特征,城市灰霾带位于市北区至李沧区、以及崂山西侧弱风区一带。青岛60%的霾污染天气发生在500hPa冷槽底或冷槽后部的大气环流背景下,地面多对应高压中心或鞍型场等均压场形势。当出现霾污染天气时,边界层逆温厚度、强度与AQI变化有一定的正相关关系。青岛地区吹陆风时污染物浓度高,海风时污染物浓度低。当陆风风速达到4.5m/s以上,或持续海风时,对污染物有清洁扩散作用。     

雾霾天对青岛P M2.5中铁、磷浓度及溶解度的影响

大气气溶胶中铁(Fe)和磷(P)溶解度决定了其沉降入海后对海洋初级生产及固碳能力的影响.本文分析了2017—2018年冬季在青岛采集的PM2.5样品中总态、溶解态Fe(Total Fe,TFe;Soluble Fe,SFe)和总态、溶解态P(Total P,TP;Soluble P,SP)浓度,讨论了雾、雾霾、霾和晴天...     

青岛大沽河水源地地下水水质的数值模型预测

大沽河是胶东半岛最大的河流,近几年随着城市发展,用水量增加,其水环境问题也日益突出,利用已有资料,结合本次水文地质及环境地质调查、野外弥散试验等工作成果,建立青岛市大沽河水源地地下水质数值模型并进行验证,模拟预测地下水污染并分析治理对策,通过预测,在进入地下水的污染物质浓度每年平均递减3%的情况下,今后10年内,大沽河水源地地下水质大部分地段有变好的趋势,下游李哥庄镇附近有变差的趋势。     

青岛市经济增长引发环境污染的冲击响应模式分析

经济的不断发展造成了极大的环境污染,需要人们用科学的手段对经济发展和造成的环境污染之间的关系进行客观判断。采用主成分分析法、格兰杰因果检验以及基于VAR的脉冲响应函数对青岛市的经济发展与环境污染二者间关系进行分析,结果发现由于环境承载力的存在,经济增长造成环境污染在很大程度上受到时滞的影响,经济增长引发环境问题是渐进的、长期的,所以在发展经济时不能只顾眼前利益而忽视对环境的长期影响,要注重可持续发展。     

胶州湾北部浮游动物的生物量和生产力

结合海洋生态系统动力学研究,以碳为基本 单位研究了胶州湾北部浮游动物的生物量和生产力的季节变化和平面分布及其周转率等。浮 游动物生物量的变化范围为8.73 ～ 24.05 mgC/m3;生产力的变化范围为0.26 ～ 1.09 mgC /m3.d。二者具有显著的季节变化。 其平面分布表现为不均匀性。海水中Chl a的含量、 初级生产力及盐度等是影响浮游动物生物量和生产力的主要因素。该水域浮游动物的周转率 平均为0.047(0.019 ～ 0.13),其变化与水温呈显著正相关,与浮游动物平均个体干重呈负 相关。     

青岛市大气污染时间序列分析预报方法研究

根据青岛市大气污染监测资料 ,采用时间序列分析方法 ,建立多种预报模型 ,有原序列周期外延法、均生函数周期外延法、均生函数逐步回归法以及自回归预报法等 ,最后提出一种综合预报模型。连续预报试验表明 ,综合预报模型优于任何个别预报模型 ,有较好的预报能力。利用马尔可夫概型对污染状态 (轻、中、重 )进行了分级预报试验 ,也获得良好的效果。     

中国近海蒸发波导的数值模拟与预报研究

利用中尺度大气模式MM5对2007年中国近海大气蒸发波导进行了全年的高分辨的数值模拟。模拟结果统计表明,整个海域蒸发波导的平均出现概率约为90%。本文重点关注强度较大的蒸发波导,详细分析了其季节分布特征及其与海洋环流和海面气象条件的相关关系。研究发现,25°N以南的开阔海域的蒸发波导出现概率全年都较高,而以北的东海西北部、黄海与渤海,蒸发波导的出现概率呈现明显的季节特征;蒸发波导的空间分布受中国近海海洋环流的强烈影响,存在1个与黑潮区域相一致的带状波导高出现概率区域,台湾暖流、黄海暖流和对马暖流使得在某些季节相应海域蒸发波导出现概率高于其周围海域。此外,本文还基于WRF模式及其3DVAR系统构建了大气波导数值预报系统,尝试对中国东南海域的蒸发波导进行数值预报。     

2005年12月上旬山东半岛暴雪的观测与数值模拟研究

利用NCEP(National Centers for Environmental Prediction)的FNL(Final Analyses)资料、红外卫星图像、中分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectrometer)图像以及位于烟台的Doppler雷达图像,对2005年12月3日～8日发生在山东半岛的暴雪进行了观测和数值模赔分析.天气形势分析表明:高空冷涡从西北方向持续不断地向山东半岛输送冷空气.此次暴雪过程中,渤海海水温度异常偏高,平均海温在11 ℃左右,远高于气候平均值8.2 ℃,表明渤海对过境冷空气的增温增湿作用是此次暴雪形成的重要原因,山东半岛的复杂地形对降雪带分布也有重要影响.降雪地点、持续时间、降雪量以及雪带方向等主要特征都被美国宾夕法尼亚州立大学和美国大气研究中心联合研制的中尺度模式(MM5)较好地模拟再现.模拟结果分析表明:此次暴雪过程属于浅对流过程,主要集中在对流层低部.     

中国城市空气污染指数的区域分布特征

随着霾天气的大范围出现,空气污染已成为中国最受关注的区域性环境问题。本文主要基于中国73个城市近5年(2007年6月5日~2012年6月4日)的空气污染指数(API),利用聚类分析和趋势分析等方法,研究了中国城市空气污染的区域分布和季节变化特征,讨论了天气现象对空气污染指数区域分布的影响。研究表明:(1)根据空气污染指数,中国73个城市可分为6个类群,分别是东北城市群、华北城市群、山东城市群、中西部城市群、华中和东南沿海城市群以及华南城市群;(2)与前期研究相比,降雨依然是影响API时空分布的主要因素,频繁发生的霾天气也成为API变化的重要原因;(3)当API≥100时,霾、沙尘和烟幕等天气现象对API空间分布的影响存在城市群间差异;(4)趋势分析表明,北方大部分城市的API呈降低趋势,而南方约50%城市的API呈上升趋势,PM2.5~10的浓度变化可能是造成这种变化趋势的主要原因。