应用Models-3/CMAQ模式对华北地区一次强沙尘天气的研究初探

根据2002年在ACE-Asia和TRACE-P试验中获得的亚洲区域污染源排放资料,结合由MICAPS能见度观测资料估算而得的颗粒物排放资料,利用美国EPA最新发展的Models-3/CMAQ模式系统,模拟研究了2002年3月华北地区发生的一次强沙尘暴个例.结果表明,(1)模拟的各气态污染物的时空演变及相互关系与已有的观测结果基本一致.(2)颗粒污染物的模拟结果也反映了已有的观测事实,粗细颗粒物呈一致的先降后升日变化趋势;沙尘过程前期,颗粒物污染主要来源于近地面污染源;沙尘期间,颗粒物污染主要源自外界沙尘的高空输送,且粗颗粒物污染是此次过程的首要颗粒污染.(3)该模式系统可用于沙尘气溶胶研究的进一步开发与利用.     

京津冀一次重度雾霾天气能见度及边界层关键气象要素的模拟研究

本文利用GRAPES_CUACE大气化学模式对京津冀地区2015年12月重度雾霾过程进行了模拟和评估。京津冀地区能见度和PM_2.5模拟值与观测值的对比表明:该模式能较好地模拟京津冀地区能见度和PM_2.5的逐日变化情况,但模式存在对伴随着重污染发生的低能见度模拟偏高的问题。以12月5~10日的重度雾霾过程为重点,针对地面风速、边界层高度、相对湿度、PM_2.5及其对能见度的影响进行了详细分析,研究结果表明:污染过程中大部分地区过程平均风速低于2 m s-1,边界层平均高度低于600 m,相对湿度较高。模式低能见度模拟偏高可能因为:（1）模式模拟重雾霾时段的PM_2.5极大值浓度偏低。（2）模拟相对湿度存在系统性偏低的误差,这一误差对能见度的影响表现为两方面,一是相对湿度会通过影响可溶性气溶胶的吸湿增长过程影响气溶胶质量浓度,导致气溶胶消光系数的计算偏低;二是目前模式中采用的能见度的参数化公式考虑了相对湿度对气溶胶吸湿增长的影响,没有考虑雾滴的直接消光作用。     

离岸型背景风和海陆风对珠江三角洲地区灰霾天气的影响

不同类型的背景场和海陆风对珠江三角洲地区大气灰霾有不同的影响。作者主要利用空气质量模式系统Models-3 (MM5/SMOKE/CMAQ)研究离岸型背景风和海陆风对珠江三角洲一次灰霾天气的影响, 结果表明, 中尺度气象模式MM5对珠江三角洲地区这次灰霾天气的气象模拟, 较好地模拟了风速和风向的变化。多尺度空气质量模式CMAQ模拟出了PM10浓度的变化, 与观测值比较一致。在这次灰霾天气过程中, 由于离岸型背景风与陆风风向一致, 在陆风维持的情况下, 内陆源区的PM10被输送到沿海地区, 导致沿海城市和海面上PM10浓度比较高; 而在海风维持的情况下, 海风与离岸型背景风方向相反, 造成海风较小, 致使整个珠江三角洲地区灰霾天气都比较严重。敏感性试验结果表明离岸背景风和海陆风的相互作用对灰霾天气的生成与分布有重大的影响。     

北京及周边地区一次大气污染过程的数值模拟

利用中尺度气象数值模式MM5与第三代空气质量模式系统Models-3／CMAQ,对2002年10月北京及周边地区一次典型大气污染过程进行数值模拟研究,并对其形成原因进行了分析。结果表明,污染物PM。模拟峰值出现时间与实际观测浓度峰值出现时间较为一致,模式的模拟效果较好。北京地区PM10浓度除受北京当地排放源的影响外,在特殊气象条件下,外地污染源对北京地区PM10的影响也比较大。要控制北京地区PM10浓度,除了控制北京当地的排放源外,对外地污染源的控制也需要给予高度重视。     

贵阳机场一次辐射大雾的数值模拟研究

利用中尺度数值模式MM5对贵阳机场的一次辐射雾天气过程进行数值模拟研究,并在成功模拟的基础上,进行敏感性试验。结果表明:MM5中尺度非静力模式对此次大雾的生消演变过程具有较好的数值模拟能力;辐射是雾发生的关键因素;模式中大气辐射传输过程及微物理过程的选取对雾的强度及雾区分布有明显影响。     

复杂地形上气象场对空气质量数值模拟 结果影响的研究

利用WRF模式三种边界层参数化方案(YSU、MYJ、ACM2)产生的气象场分别驱动多尺度空气质量模式CMAQ,对兰州市西固区冬季2005年1月27日至2月2日期间SO₂和NO₂浓度进行了数值模拟,将模拟结果与同期监测的污染物浓度进行对比分析,结果表明:WRF模式不同边界层参数化方案模拟输出的气象场驱动CMAQ模式所模拟的SO₂和NO₂浓度均可以反映出污染物的时空变化特征,CMAQ模式具有模拟复杂下垫面高分辨率污染物输送特征的能力;WRF模式的边界层参数化方案选为局地与非局地闭合方案(ACM2)时,模拟的气象场驱动CMAQ模式得到的空气污染物浓度分布特征最优,这主要是由于ACM2的湍流输送机制较为合理,模拟的边界层低层气象场更接近实际,从而可以较好地模拟污染物的输送特征;当CMAQ模式的垂直混合方案与WRF模式的湍流输送方案一致时(均采用ACM2方案),模式间的兼容性好.     

一次低能见度事件中大气颗粒物的微物理特征

利用合肥地区高时间分辨率观测资料对2013年1月13-15日一次低能见度事件中大气颗粒物变化进行分析,依据能见度、相对湿度和PM2.5浓度将过程划分为轻雾、霾、雾3个阶段,进而研究不同阶段大气颗粒物的微物理特征。结果表明：这次低能见度事件经历了“轻雾—霾—轻雾—雾—轻雾—雾—轻雾”的阶段转换过程。整个过程PM2.5/PM10和PM1/PM2.5与能见度呈负相关关系,雾阶段PM2.5/PM10大,细颗粒物积聚程度较快;而轻雾和霾阶段PM2.5/PM10小且离散程度大,粗颗粒物生成速度较快。不同阶段的颗粒物谱分布存在较大差异,轻雾和霾阶段的细颗粒物数浓度、表面积浓度和体积浓度谱形相似;雾阶段对不同粒径尺度的颗粒物数浓度、表面积浓度和体积浓度均有沉降作用,雾过程持续时间越长,对颗粒物的沉降作用越强。     

对流性降水云辐射特性研究

结合MM5模式和三维微波辐射传输模式,对2002年7月22～23日发生在湖北宜昌附近一次中尺度强降水过程中的强降水中心的对流性降水云的微波辐射特性进行了模拟,模拟结果表明：MM5模式可以较好地模拟此次降水过程;云中各微物理量的含量和分布对上行微波辐射亮温有重要影响;就物理方法而言,选用适当的云廓线,是利用微波信息反演降水的关键。     

天津低能见度特征初探

本文通过对天津气象站历史能见度资料和边界层观测站能见度、相对湿度、气溶胶观测资料进行分析,获取天津低能见度基本特征,在此基础上,基于WRF-Chem大气化学模式模拟了2010年10月和2011年1月天津地区大气水平能见度。结果表明:天津地区低能见度事件主要发生在每年11月至次年1月,在获取PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度、相对湿度的基础上可较好地推算大气水平能见度,利用WRF-Chem大气化学模式和拟合公式,可以有效的进行能见度等级模拟和预报。     

一次高原低涡过程的数值模拟与结构特征分析

利用非静力中尺度数值模式MM5,模拟了2009年7月29～31日的一次高原低涡过程,结果表明,TBB卫星资料显示出在低涡发展过程中具有同热带气旋类低涡相似的涡眼结构.MM5模式能较好地模拟出低涡的降水落区、强度以及内部结构,正位涡区随着低涡的东移而东移.在动力结构上,低涡发展过程中,涡心处散度和涡度的变化不大,垂直速度...     

一次广东省大雾过程的数值模拟分析

利用美国国家大气研究中心（NCAR）和宾夕法尼亚州立大学联合研制的第5代中尺度气象模式系统MM5,对广东省地区春季出现的一次大雾过程进行了数值模拟研究。模式模拟结果与实际温湿探空的对比表明,模式很好地模拟了大雾过程的流场变化特征及表征大雾的液态水含量分布。对这次大雾生消过程起决定性作用的是925 hPa风场的变化。当925 hPa转为偏南风控制时,暖湿的海洋性空气流经较冷的下垫面从而形成大范围的平流雾;而当925 hPa转为干冷的偏北风控制时,原本形成的大雾很快就消散了。同时模式也很好地模拟了伴随此次平流雾出现的逆温过程。逆温层高度约在900 hPa附近,具有相当的厚度,这对于大雾的形成和维持有一定作用。另外,利用模式模拟的液态水含量值估算的能见度水平分布情况与实况的观测结果也较为一致。     

太原大气能见度对相对湿度及颗粒物质量浓度的响应关系研究

利用2016年10月—2019年9月太原地区逐时能见度、相对湿度及颗粒物质量浓度等观测数据,研究分析了大气能见度与相对湿度及PM_(2.5)质量浓度的关系,采用神经网络方法,构建了能见度与相对湿度及颗粒物质量浓度的非线性模型,并利用2019年10月—12月气象小时数据对该模型进行了检验。结果表明:(1)太原不同季节能见度日变化特征明显,春夏秋季能见度在06时左右最低,冬季在09时左右最低;从空间分布上看,太原地区能见度南北差异明显,北部能见度高于南部。(2)细颗粒物质量浓度与相对湿度对大气能见度变化都有明显影响。PM_(2.5)质量浓度与能见度之间存在幂函数非线性关系,在40%≤相对湿度60%的区段内相关性最强,PM_(2.5)质量浓度与10 km能见度对应的阈值随相对湿度升高而减小,范围为5～103μg/m~3。(3)采用神经网络方法构建能见度与相对湿度及颗粒物质量浓度的关系模型,相关系数为0.81。利用太原地区2019年10—12月逐时气象观测数据对模型进行检验,均方根误差为5.29 km,平均绝对百分误差为31.45%,轻微级霾情况下模拟能见度TS评分为0.86,误差呈现正态分布,误差小于4 km的比例达72.99%。该模型对研究太原地区能见度具有较高的参考价值。     

应用MM5模式对地面大风过程的模拟试验

用MM5模式对2 0 0 1年4月1 7～1 9日、5月1 2～1 5日辽宁省出现的大风过程进行了模拟,并与1 3个代表点的气象观测站资料或野外风电场测风资料作了对比。结果表明:模式能较好地模拟区域风场的演变和分布特征;对逐时风速的模拟与实况有一定差异,但模拟值与实况变化比较同步,基本反映出单点风速变化的趋势;对瞬时风速大于1 0m·s-1和平均风速大于9 0m·s-1的模拟明显偏小。模拟试验初步说明,MM5模式对区域地面风场形势、单点风速随时间变化特征的模拟较好,但可能减弱大风的实际强度。     

江西省中北部地区一次典型灰霾天气过程分析

利用气象观测资料、南昌市PM2.5资料并结合HYSPLIT轨迹模型,对2013年12月4—10日江西省中北部地区一次典型、持续性灰霾天气过程进行了分析,综合讨论了灰霾天气发生过程中的天气形势、风速、能见度、低层相对湿度、层结稳定度等气象要素和物理量特征,分析了PM2.5浓度等环境要素的变化特征以及导致此次灰霾天气的污染源。结果表明:1)此次灰霾天气过程的500 h Pa高度层平均环流形势为"两槽一脊"型,江西省受西北偏西气流控制;弱冷空气、静稳天气是灰霾天气得以形成和发展的主要天气背景场。2)较小的近地面风速和较大的相对湿度以及中低层逆温层的存在均是此次灰霾形成和维持的重要条件,且此次灰霾天气过程中能见度分别与近地面风速和相对湿度、PM2.5浓度呈正、反相位关系,湿度升高、污染物浓度较高、风速较低的气象条件容易形成低能见度。3)灰霾天气气溶胶颗粒物浓度的升高可能是由本地污染源和甘肃省、内蒙古自治区一带以及四川省东南部污染源共同造成的;前期整体出现在2 km以下,随着时间的推移,浓度升高。     

山西省冬季雾中能见度的数值模拟研究

利用中尺度模式MM5对2009年冬季山西省一场持续30多个小时的罕见浓雾过程进行模拟。结果表明,山西省气象局现行的MM5设计方案对雾区的模拟结果与实测结果基本一致,但夜间近地层的温度存在冷偏差&相对湿度偏高.另外,由于山西省空气污染较重,空气中的粒子数对能见度的影响不能忽略,因此仅用能见度(Vis)与液态水含量（LWC）的参数化方案估算的能见度,只有在浓雾时才与实测一致,具有很大的局限性;而利用能见度(Vis) 与相对湿度（RH）的参数化方案估算的能见度比实测值偏大,但在能见度的趋势预报上与实测值基本一致。用太原机场的实测资料对Vis-RH关系式进行修订后&其估算的能见度更加准确&可以为业务预报提供参考.     

MM5BATS对东亚夏季气候及其变化的模拟试验

将陆面过程模式BATS耦合到中尺度模式MM5V3中与另一区域气候模式RegCM2一起对1995—2000年夏季东亚的区域气候作了模拟试验,并与实际资料作了比较。模拟试验结果表明：(1)两个模式均能较合理地模拟出6年夏季平均的环流、温度和海平面气压等的变化,MM5BATS的模拟结果要略优于RegCM2的结果;(2)MM5BATS模式较合理地模拟出了6年夏季平均的降水分布,而RegCM2模式的模拟结果偏强;(3)MM5BATS模式较好地模拟出了1997年和1998年夏季环流场的变化,对降水的模拟也比较合理。RegCM2对1997年和1998年降水的模拟基本上都偏强。模拟试验结果还表明,在区域气候模拟中有必要采用更新的模式。     

一次强降水天气过程的数值模拟

利用MM5中尺度非静力模式对2007年6月29日发生在贵州省的强降水天气过程进行数值模拟分析,并着重研究了强降水天气过程中伴随的云场及基本反射率的发展演变。结果表明:中尺度模式MM5对此次强降水过程有较好地模拟能力。高低层含水量高值区的发展演变基本一致,高值中心的出现与云水向雨水转化的时间一致。500hPa高含水量区的出现可加大低层的雨水含量,对降水的组织和维持有重要作用。模拟的雷达基本反射率因子能较好地反映强对流回波的生消演变,为强对流天气的临近预报提供一种有效的方法。     

桂林城区大气能见度与颗粒物浓度和气象因子关系研究

利用2015年1月至2017年6月桂林国家基本气象站能见度、相对湿度、气温、气压、降水等气象要素和PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0颗粒物质量浓度资料,分析桂林城区大气能见度与颗粒物浓度和气象因子之间关系。结果表明：桂林城区大气能见度和PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0呈对数关系,相关系数分别为-0.341、-0.461、-0.509,颗粒物对大气能见度影响在相对湿度为60%—70%时最为显著。在各气象因子中,大气能见度与风速的相关性最好,其次为相对湿度,与风速呈二次函数关系,与相对湿度呈幂指数关系,与温度相关性较小,与气压在秋冬季节呈正相关,相关系数冬季可达0.301,但在春、夏季节相关性不显著;利用颗粒物浓度和气象要素建立8种大气能见度非线性统计回归模型,比较后发现利用PM_1.0、风速、相对湿度、气温等因子建立的不同季节大气能见度拟合公式在实际检验中效果最优,能较好地模拟桂林地区大气能见度的变化。     

太原雾天能见度预报

利用中尺度数值预报模式MM5对山西省2009年发生的几场典型雾个例进行数值模拟。结果表明：模拟2 m温度比观测值偏低约2 ℃,相对湿度模拟结果比观测值偏大约15 %,10 m的模拟风速比观测的偏大0-2 m·s^-1。山西省雾的预报指标为20 m液态水含量大于等于0.13 g·kg^-1而小于0.60g·kg^-1、20-1500 m高度大气层存在逆温层、地面风速小于4 m·s^-1。利用太原测站日平均能见度、日平均相对湿度以及空气污染指数进行拟合建立太原能见度预报模型,并利用实测资料订正MM5、CAPPS模式预报误差,给出订正后的能见度预报方程并以两次实例对区域及太原雾天能见度预报表明该能见度预报模型有一定的适用性。     

利用MM5模式对内蒙古地区一次降水过程的模拟与检验

针对受高空低槽影响的内蒙古东部地区的一次降水过程,利用中尺度数值模式MM5对此次降水过程进行了模拟与验证,检验分析了降水量、可降水量和云系的垂直结构特征,模式较好地预报出了此次降水过程,帮助提升内蒙古地区降水的预报能力。模式在云系垂直结构、降水落区和雨量等方面的预报效果较好;模式预报的可降水量产品能够把握住可降水量的大值区和高值中心等;而云水含量的预报能给出不同高度层上的变化情况;而模式预报内蒙古东部地区降水量级和范围与观测结果还有一定差距,其原因可能与模式的初始场和边界条件的处理有关,以及与所用资料的精度也是有一定联系。