2021年3月中国北方两次强沙尘天气污染特征

为探究沙尘天气发展规律和污染特征,以石家庄和济南为例,基于偏振-米散射激光雷达观测数据和城市颗粒物小时质量浓度等数据,分析2021年3月中国北方发生的两次强沙尘过程(3月15日与27日强沙尘过程,简称“3·15”过程与“3·27”过程)。结果表明：(1)两次过程沙尘入境时,两市PM₁₀质量浓度快速上升,PM_2.5与PM₁₀质量浓度比迅速减小。(2)两次过程期间,两市PM₁₀质量浓度符合正态分布,“3·15”过程石家庄和济南PM₁₀质量浓度高斯拟合的决定系数分别为0.92和0.76,“3·27”过程分别为0.83和0.89。(3)沙尘爆发期,近地面消光系数和退偏比都明显增大。(4)因沙尘沉降和多沙尘源,沙尘传输过程中出现多层结构,可分为近地面沙尘层、低空沙尘层和高空沙尘层。近地面沙尘层出现时间和地面颗粒物质量浓度急剧上升时间基本一致。(5)离地面近且雷达数据质量可靠的195 m高度处,“3·15”过程(“3·27”过程)石家庄和济南退偏比最大分别为0.29、0.23(0.28、0...     

2020年西安一次持续重污染过程成因及输送特征分析

利用中国环境检测总站环境数据、西安气象自动站逐时实况数据和探空数据、NCEP 2.5° ×2.5°再分析资料以及GDAS 1° ×1°数据,对2020年1月21—26日西安一次持续性重污染天气过程进行了环流背景、气象要素及输送特征分析.结果表明:500 hPa中高纬地区纬向环流,850 hPa暖平流,地面弱气压场是大气...     

喀什地区浮尘天气特征及一次重污染天气成因分析

根据1961—2018年喀什地区9个国家站浮尘日数逐日观测资料,利用气候学统计、M-K突变检验等方法分析喀什地区浮尘日数的时空分布等气候特征,分析2019年3月19—25日喀什地区出现的强浮尘造成的重污染天气成因。结果表明:喀什地区年平均浮尘日数为71 d,浮尘日数总体呈减少趋势,并于1997年前后发生了显著减少性突变。2019年3月19—25日出现的强浮尘天气过程,持续时间长,影响范围广,乌拉尔山高压脊发展,脊前横槽转竖,在新疆东部回流东灌冷空气是造成此次沙尘过程的天气背景。浮尘天气造成21—24日喀什地区空气污染指数AQI指达500,属严重污染,首要污染物PM_(2.5)和PM_(10)在21日、22日达到峰值,分别为494、1 175μg/m~3。热力、动力条件以及近地面存在逆温层均不利于污染物的扩散。污染过程前后喀什市本站气压与PM_(10)、PM_(2.5)浓度均呈正相关,相关系数为0.762、0.507,均通过0.05显著性水平检验;气温与PM_(10)浓度呈负相关,与PM_(2.5)相关性不明显;相对湿度跟PM10和PM2.5呈正相关,表明气象因子在大气污染过程中对大气环境影响明显。     

2017年5月长三角地区一次沙尘重污染天气成因分析

利用地面污染物监测数据、常规气象数据,ECMWF再分析数据以及L-波段无线电探空数据,并结合后向轨迹模型,对2017年5月长三角地区的一次沙尘重污染天气过程进行成因分析。结果表明:此次沙尘重污染过程是天气系统、地面及边界层气象条件共同作用的结果。东亚大槽东移、冷空气南下并配合地面高压的发展使河西走廊、宁夏大部、内蒙古西部出现沙尘天气,为后期长三角地区沙尘的输送提供了沙源; 850 h Pa上较大的风速为上游沙尘源区向下游长三角地区输送提供了通道;高压中心的下沉运动和白天增强的热对流活动使得高层沙尘影响地面具备了足够的动力条件;当沙尘抵达长三角上游地区后,不断减弱的冷空气和趋于静稳的近地面形势不利于污染物扩散,加剧了此次污染过程。     

玉林市2019年秋季一次臭氧污染过程特征分析

利用NCEP再分析、资料及空气自动监测站和micaps探空等资料,运用天气学分析和统计方法,对2019年9月24日至10月1日广西玉林一次臭氧污染过程的天气形势、热力动力特征及气象条件进行了分析。结果表明,受副高控制及台风外围下沉气流影响,高低层一致偏北风的稳定天气形势导致高温晴朗天气持续,利于臭氧浓度增加;垂直方向上多层逆温,扩散条件差,导致污染物在低层积聚;臭氧浓度与相对湿度、最大风速呈负相关,与日照时数呈正相关。     

对2004年初夏鄂西北地区一次强对流天气过程的分析

分析了2004年6月17日发生在鄂西北地区的强对流天气过程,着重对环流形势、物理量场、大气层结、雷达回波进行了分析,发现华北冷涡是本次强对流过程的主要影响系统,低层暖平流、高层冷平流为强对流天气产生提供了不稳定能量。     

西安城市PM10污染特征及持续重污染过程分析

对2001年4月至2006年5月西安PM10污染资料的统计分析发现:西安城市PM10污染主要发生在冬春季节,城区污染比郊区明显偏重,工业区污染也明显重于生活区.5年中2002年污染最严重,年超标日达190天,3天以上3级以上持续污染过程18次.重点分析了2002年12月9～21日西安持续重污染过程,此过程是在500hPa为平直西风气流下.地面均压系统缓慢东移,边界层内出现稳定的大气层结以及近地面产生小尺度局地环流体所形成.     

2016年冬季安徽寿县地区两次重污染过程分析研究

利用2016年12月14日—2017年1月3日安徽寿县国家气候观象台大气边界层垂直探测资料、地面自动气象站资料、污染物浓度资料及天气图资料,对该地区两次重污染的积累和清除过程进行了分析,得到以下结论:1)两次重污染过程均起源于地面弱风(风速3 m/s)、高湿(相对湿度80%)等不利气象条件,导致污染物局地积累。再通过大风、降水、大雾过程等有利的扩散、沉降条件,对污染物进行清除。2)天气形势在重污染积累过程中起到了重要作用。主要特征表现为,高低空层结稳定,且低空处于湿区内部,多受暖舌控制或伴有暖平流。第一次重污染清除过程中,控制寿县地区的天气系统逐渐转变为低压,风向转为偏东风,并伴有降水天气。第二次污染物清除过程,则是大雾湿沉降和逆温层消除共同导致。3)重污染积累过程中边界层高度均偏低,最大高度也仅为500 m,对污染物垂直扩散范围有所限制,进而影响局地污染物浓度。重污染过程逆温现象多发,近地层逆温主要发生在夜间和清晨,逆温强度最强可达3℃/(100 m),污染物在逆温层低层和底部之下堆积。     

一次大气污染过程的降水天气特征及相关分析

本文分析了大连市2015年11月16日一次污染过程的降水(降水量为5mm)天气特征及NCEP/NCAR再分析资料,结果表明,天气形势场为典型的大连秋、冬季的高空槽降水,而大气层结无论是在污染前期,还是污染后期的降水阶段均为稳定层结,有逆温层存在;空气上升运动于降水前持续了较长时间(近十几小时),表明近地面细颗粒物(PM_2.5)随着上升气流会源源不断输送到高空,其中部分颗粒物转化为云中冰核,补充了降雨云中冰核数;同时,对本次污染降水过程及大连近两年秋、冬季另外三次小雨(降水量5mm)降水过程的云中液态水含量、地面降水量和PM_2.5的小时观测值及其变化进行了详细讨论和分析发现,当PM_2.5浓度较低时,降雨云中的冰核数缺乏,地面降水较小,适合实施人工增雨(雪)作业,增加云中冰核及地面降水,当PM_2.5浓度较高,特别是出现大气污染时,降雨云中的冰核数会相对增加(甚至过量),地面降水较充分(或出现消减雨情况),此时人工影响作业应根据实际情况减小作业剂量,或减少作业。此外,相关综合分析表明,大连市大气污染源有两种,一为本地源,二为外来源;一定程度的降水对本地源大气污染能起到沉降作用,对外来源不明显。     

2014年秋季长株潭城市群一次典型霾污染天气过程的气象特征及成因分析

利用长株潭地区地面空气质量监测资料、常规地面气象资料及NCEP再分析资料和MODIS火点监测资料,结合HYSPLIT4后向轨迹模式,对2014年10月1718日长株潭地区一次严重霾天气过程的空气污染特征和成因进行综合分析。研究表明,长株潭地区此次严重霾天气污染事件的主要污染物为PM2.5,安徽南部和江西西北部地区秸秆焚烧产生的颗粒物,经高空偏东北气流引导输送到长株潭地区,是这次大范围烟霾天气的主要来源。长株潭地区西部高空槽区宽广,槽前西南气流较为强盛,地面受均压场控制,水平风速弱,为严重霾污染天气的维持提供了有利的环流条件。中低层逆温和大气底层湿度的增加,使污染物粒子不断累积;近地面连续静（小）风和风向的频繁转变,不利于污染物粒子的水平扩散;中下层弱的下沉气流、较低的混合层高度有利于污染物的垂直累积,为此次重度霾污染天气的发展、加强提供了有利的气象条件。     

2015年11月沈阳地区一次PM2.5重污染过程综合分析

利用多源观测资料综合分析了2015年11月沈阳地区一次PM2.5 重污染天气的气象条件、垂直风场演变、大气边界层特征以及污染物的来源。结果表明:本次重污染过程中,沈阳市区PM2.5浓度长达81h超过250μg · m^-3 ,其中峰值浓度达到1287μg · m^-3 ,重污染期间PM2.5 /PM10 的比例最高为90%。受地面倒槽和黄淮气旋影响,近地面层持续存在的逆温层、高相对湿度和弱偏北风为颗粒物吸湿增长和长时间聚集提供有利的天气条件。风廓线雷达风场资料显示在重污染期间,近地面层存在弱风速区、凌乱风场和弱下沉气流。利用风廓线雷达资料计算了边界层通风量(Ventilation Index,VI)和局地环流指数(Recirculation,R),边界层通风量VI和PM2.5 存在明显的负相关,非污染日VI是重污染日的2倍,局地环流指数R在重污染天气前大于0.9,而在污染期间部分空间R小于0.8。通过后向轨迹模式和火点监测资料分析发现,沈阳上空300m高度气团来自于生物质燃烧区域,而且沈阳地区NO2和CO浓度的变化与PM2.5一致,说明本次重污染过程也可能和生物质燃烧有关。     

成都一次重污染过程的气溶胶光学特性垂直分布

利用微脉冲激光雷达观测数据、PM_(2.5)浓度数据、地面气象观测资料和探空数据对成都2017年1月1—6日连续出现的重污染过程进行分析研究。结果表明:激光雷达反演的消光系数演变与PM_(2.5)浓度值变化对应一致,PM_(2.5)浓度升高,近地面消光系数增大;反之,则近地面消光系数减小。对于此次过程,在无冷空气影响时,混合层高度和相对湿度的日变化对消光系数廓线有明显影响,混合层高度降低,大气环境容量减小,相对湿度增加,气溶胶吸湿增长,消光系数增大,地面污染加重。天空状况对气溶胶垂直分布影响显著,晴天或多云天气,早晨强逆温使得水汽和大量气溶胶集中在逆温层顶以下区域,地面污染严重;中午混合层发展,使得混合层内的气溶胶均匀混合,气溶胶层变厚,近地面消光系数显著减小,地面污染减轻。在前一日为晴天或多云天气,当天为阴天时,早上气溶胶明显分为两层,一层在近地面,另一层在残留层顶附近;中午由于垂直湍流增强,一部分残留层气溶胶向下混合至混合层内,使得混合层内的气溶胶粒子增多,地面污染加重,消光系数明显增加。近地面强逆温层、混合层高度降低、残留层气溶胶向下混合、相对湿度增加均是导致地面污染加重的原因。     

应用多普勒天气雷达资料分析强对流天气的垂直廓线特征

利用石家庄多普勒天气雷达资料,对2004-2007年的22次冰雹和39次短时强降水天气过程中的各要素进行了对比分析.结果表明:在单体对流云和积层混合型对流云中,冰雹回波的强度、高度均强(高)于短时强降水,并且单体对流云型冰雹和短时强降水的回波强度和顶高均强(高)于积层混合型,积层混合型对流云出现短时强降水比例高于冰雹.在回波中层,短时强降水主要为偏东风和偏南风,冰雹主要为偏西风、偏北风;冰雹平均风速大于短时强降水,在3～6 km的高度风速显著增加.强对流天气出现前均呈现低层辐合,高层辐散;都有较强的上升运动,在天气过程出现后冰雹的下沉运动更强;当高层辐散量大于低层辐合量时,对流云发展加强,反之减弱.     

2007年3月中国东部北方地区一次强灾害性暴风雪事件的成因初探

2007年3月3-5日,中国东部北方地区发生了近50年来历史同期最强的一次暴风雪事件,给该地造成了严莺的灾害和损失.通过分析这次暴风雪事件发生前期和同期的大尺度大气环流异常,探讨形成这次极端天气的可能物理机制.研究结果表明,在这次暴风雪事件发牛的前两周中,存在持续异常的北极涛动、南极涛动、欧亚型遥相关以及北太平洋涛动等大气模态.这些异常环流在中国东部沿岸地区引起了强劲的偏南风,由此给中国东部北方地区源源不断地输送暖湿空气,使得该地的水汽含量和气温不断升高,为这次暴风雪事件的发生准备厂良好的暖空气条件.当3月初大气环流发生调整,极地冷空气南下时,强劲的冷、暖空气交汇于中国东部北方地区,从而在该地形成了强大的冷锋系统,最终导致了这次强暴风雪事件的发生.研究结果表明,在预报与降水相关的天气时,必须考虑事发前期异常大气环流的信息,关注预报区域前期水汽的积累状况,这对于提高降水预报、特别是强降水预报的水平有着重要的意义.     

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%。     

强降水天气对南宁市气溶胶主要组分的影响程度

分别对比分析了晴天无云和台风影响出现强降水条件下南宁市气溶胶的变化特征。结果表明:大的降水和大的风速对南宁市气溶胶有较大的清除作用,风速的作用要大于降水的作用;在一定的风速条件下,降水对气溶胶的冲刷作用有限,当降水量达到一定程度之后,降水对气溶胶主要组分的清除作用不再明显;降水和风速对PM10的影响比SO2的明显;晴天条件下,PM10浓度占主要优势,强降水条件下SO2浓度占优势;强降水天气未能屏蔽交通活动对南宁市气溶胶的影响。     

强降水天气对南宁市气溶胶主要组分的影响程度

分别对比分析了晴天无云和台风影响出现强降水条件下南宁市气溶胶的变化特征。结果表明：大的降水和大的风速对南宁市气溶胶有较大的清除作用,风速的作用要大于降水的作用;在一定的风速条件下,降水对气溶胶的冲刷作用有限,当降水量达到一定程度之后,降水对气溶胶主要组分的清除作用不再明显;降水和风速对PM10的影响比SO2的明显;晴天条件下,PM10浓度占主要优势,强降水条件下SO2浓度占优势;强降水天气未能屏蔽交通活动对南宁市气溶胶的影响。     

兰州市区2002年春季3～4月近地层大气气溶胶的监测与分析

对兰州市区2002年春季3~4月近地层TSP连续观测资料进行分析,结果表明:(1)兰州市区TSP的质量浓度随着沙尘天气的发生而显著增加,沙尘天气越强,TSP的质量浓度越高,对兰州市区的空气污染越严重;(2)在不同天气情况下,兰州市区TSP与PM10的质量浓度有很好的对应关系,沙尘天气越强,其质量浓度都越高,但两者增减的比例各不相同;(3)在不同天气情况下,同级粒径粒子的质量浓度各不相同,但在同种天气情况下,各级粒径粒子质量浓度的分布规律却相同;(4)TSP样品色度的3个独立分量与空气质量有一定的对应关系,L*、a*、b*值越大,空气中沙尘含量越高,空气污染越严重,兰州市区在一般天气情况下L*、a*、b*值均较小,说明兰州市区空气污染主要以本地排放的黑色有机物为主。     

Identification of Aerosol Types and Their Optical Properties in the North China Plain Based on Long-Term AERONET Data

Characterization of aerosols is required to reduce uncertainties in satellite retrievals of global aerosols and for modeling the effects of these aerosols on climate.Aerosols in the North China Plain(NCP) are complex,which provides a good opportunity to study key aerosol optical properties for various aerosol types.A cluster analysis of key optical properties obtained from Aerosol Robotic Network(AERONET) data in Beijing and Xianghe during 2001-11 was performed to identify dominant aerosol types and their associated optical properties.Five dominant aerosol types were identified.The results show that the urban/industrial aerosol of moderate absorption was dominant in the region and that this type varied little with season.Urban/industrial aerosol of weak absorption was the next most common type and mainly occurs in summer,followed by that strong aerosols occurring mainly in winter.All were predominantly fine mode particles.Mineral dust(MD) and polluted dust(PD) occurred mainly in spring,followed by winter,and their absorption decreased with wavelength.In addition,aerosol dynamics and optical parameters such as refractive index and asymmetry factor were examined.Results show that the size of coarse mode particles decreased with AOD indicating the domination of external mixing between aerosols.