华北一次持续性重度雾霾天气的产生、演变与转化特征观测分析

2011年12月1~7日在华北地区发生了一次比较罕见、持续一周左右的低能见度重度雾霾天气,本文利用气象行业专项"京津地区低能见度雾霾天气监测与预报研究"观测试验资料,研究分析了此次持续性重度雾霾天气的气溶胶、云凝结核(CCN)、雾滴谱和含水量等微物理特征及大气能见度、边界层垂直结构特征,探讨了雾霾天气的产生、演变与转化特征及机理.结果表明,此次持续一周的雾霾天气过程发生在高压天气系统和静风条件下,暖平流和辐射降温形成的稳定逆温边界层结构有利于污染气溶胶的积累和雾霾的形成和发展,尤其是来自南方持续不断的湿平流使雾霾天气得以长时间持续和发展.整个雾霾天气期间能见度均小于2 km,最低能见度达到56 m,液态水含量在10-3 gm-3量级,最大达到0.16 gm-3,气溶胶数浓度均在10000cm-3以上,质量浓度范围为50~160μgm-3.进一步的研究表明,此次长达一周的雾霾天气发生了三次强弱不同的霾气溶胶积累、霾雾转化和混合及减弱三个主要阶段.霾气溶胶积累阶段先后有爱根核模和积聚模气溶胶数浓度的积累和增加.霾向雾转化和混合阶段中,雾滴凝结释放的潜热和高浓度气溶胶环境使布朗碰并加剧,导致气溶胶尺度向粒径大的方向转移,从而提供了大量可形成云凝结核的气溶胶粒子,促进了雾的爆发性增强,浓雾过程中气溶胶向CCN活化率可达17%,而CCN向雾滴的转化效率可高达100%,此期间雾滴谱具有爆发性拓宽的特征;冷锋系统过境或辐射加热增强导致了雾霾过程的减弱和消散.     

雾霾天气个例气象条件对比分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和L波段探空资料从环流形势、扩散条件和边界层特征3个方面对2013年两次雾、霾天气个例进行对比分析,结果表明:500hPa西北气流冷平流、地面弱风场、垂直速度呈弱上升-下沉的垂直分层特点和逆温是两次雾、霾天气出现和维持的共同特征。地面西北风、850hPa弱冷平流、近地层浅薄的接地逆温(100~200m)和湿层与霾天气对应,地面偏东风、850hPa暖平流、925hPa以下深厚的悬浮逆温(400m)和湿层与雾天气对应,霾过程较雾过程逆温强度强,上升运动高度高。消散时雾较霾下沉运动中心高度低,强度弱;霾消散时接地逆温特征变化不大,雾消散时悬浮逆温有底部抬升和大气稳定层结向中性层结转变的变化特征;但均有下沉气流接地、垂直风切变较强和高层低露点干空气下传到地面的特点。     

2013年1月江苏雾霾天气持续和增强机制分析

利用江苏省能见度监测资料、自动站气象要素资料、探空资料、NCEP(1°×1°)和CFSV2(0.5°×0.5°)再分析资料,对2013年1月江苏雾霾持续性和13—14日大雾形成机制展开分析,结果表明:(1)中高纬平直的纬向环流,江苏位于地面高压底部偏东气流中,冷高压主体偏北,是1月发生持续雾霾天气的大背景。较弱的偏北经向风导致冷空气势力较弱,为1月江苏雾霾天气持续发生提供了近地层有利的稳定形势。(2)近地面相对湿度85%以上,风速小于3 m·s~(-1),风向以偏东风为主,凌晨与夜间温度露点差小于3℃。这些条件的稳定为持续雾霾发生提供了良好的气象因子。(3)地面辐射降温和弱冷平流共同作用引起的温度快速下降以及日出后潮湿地面蒸发增强对雾的加强起到一定的触发作用。近地面冷平流和混合层以上暖平流为本次雾增强提供了稳定的大气层结条件。近地面弱上升运动、中高层弱的下沉运动是14日凌晨雾快速加强的动力机制。     

京津冀雾霾消散因子及其阈值研究

利用2006—2015年京津冀气象站的常规观测资料和同期NCEP/NCAR再分析资料,以秋冬季影响雾霾形成与消散的静稳大气和通透大气为研究对象,统计分析了气象因子的分布状况。结果表明:京津冀秋冬季降水对雾霾起不到冲刷作用,反而促进雾霾的形成与维持;京津冀秋冬季雾霾消散主要是风场因子的贡献。雾霾消散的大气状态可分为3种类型,在不同大气状态下,各风场因子对雾霾消散的贡献不同。采用迭代自组织数据类差最大值阈值分割法找出了各风场因子的最佳阈值。根据各风场因子对雾霾消散的敏感性和因子间的相关,筛选出3类大气状态下雾霾消散因子指标。采用指标叠套法对2016、2017年秋冬季大气进行检验,表明雾霾消散指标及其阈值能较好区分静稳大气和通透大气,对雾霾过程具有较好的指示意义;通过对derf2.0模式产品释用,可为延伸期雾霾过程客观化预测提供技术支撑。     

雾霾天气条件下偏振遥感图像复原研究

目的 针对雾霾天气造成图像质量退化引起的图像对比度降低问题,根据目标场景与大气气溶胶粒子散射光偏振特性的差异,开展雾霾天气目标偏振探测图像复原研究。通过实验获取雾霾天气条件下不同偏振旋转方位角度图像,提出图像复原算法进而提高图像对比度,抑制雾霾介质造成图像退化的影响,提高光学成像系统的成像质量。结果表明,此算法能有效提高图像对比度和图像信息熵值,恢复目标,同时获取了目标景物的深度信息。本文研究为雾霾天气下目标探测与识别提供了有效的技术途径。     

2013年1月中国大面积雾霾事件直接社会经济损失评估

雾霾污染已经成为中国乃至全球重点关注的生态环境问题之一。与此同时,中国的雾霾污染与城市蔓延在某种程度上相伴而生。城市蔓延是否加剧了中国的雾霾污染目前还没有明确的答案。因此,利用美国国家极地轨道合作卫星搭载的可见光红外成像辐射仪(national polar‐orbiting partnership's visible infrared imaging radiometer suite, NPP-VIIRS) 获取的夜间灯光数据,在量化城市蔓延的基础上构建面板数据模型,探究城市蔓延是否会对城市雾霾污染产生影响,并利用中介效应模型验证城市蔓延影响雾霾污染的驱动机制。研究结果表明, 夜间灯光数据可以有效地量化与表征城市蔓延,且中国的城市蔓延在一定程度上加剧了雾霾污染。此外,城市蔓延主要通过集聚效应、土地城镇化效应、产业结构效应等途径影响雾霾污染。     

GPS水汽在雾霾天气监测中的应用研究

雾霾天气的形成与天气条件密切相关。GPS技术作为一种新的水汽探测手段,能高时效、高时空分辨率、自动实时、全天候地获取空气中的水汽含量。首先统计分析了雾霾的形成原因与变化规律,然后从GPS水汽、雾霾指数与空气相对湿度等方面进行了定性的相关性分析。研究结果表明,GPS水汽与雾霾天气的形成存在一定的相关性,GPS水汽在一定程度上可用于雾霾天气的监测与预报,而且气象部门可依据GPS水汽含量开展人工增雨（雪）来减缓雾霾天气的持续影响,进而为改善空气质量提供科学依据。     

连续雾霾天气污染物浓度变化及天气形势特征分析

利用MICAPS资料、地面观测资料、NCEP资料和衡水市环境监测站细颗粒物(PM2.5)及PM10浓度资料,对2013年1月衡水市出现的连续雾霾天气从PM10及细颗粒物浓度演变、雾霾天气污染物浓度与地面要素关系、中低层环流形势特征进行了分析,结果表明:1)雾霾天气期间06:00(北京时间,下同)至07:00和16:00至21:00为PM10和细颗粒物浓度较低时段,PM10最大值出现在15:00,细颗粒物最大值出现在02:00,两者并不同时达到极值。2)雾霾天气污染物浓度与地面湿度并不是简单的正相关或负相关关系,还和许多其它因素有关。3)衡水市污染源主要来源于工业污染源、扬尘污染、冬季燃煤采暖、局部污染源及区域性污染。4)雾霾天气相对湿度和能见度基本呈负相关,气压变化不大,风向频率最多为北到东北风,平均风速一般都在2 m/s以下。雾日时大部分时段为雾和霾的混合物。5)重污染日期间500 hPa为平直偏西气流或西北偏西气流,没有明显的槽脊活动。而污染较轻的时段500 hPa为明显的西北气流控制或有槽脊活动。6)雾霾天气期间大部分日数08:00在850hPa以下都存在逆温层;地面气压场偏弱,尤其河北平原一带基本为均压场。最后对雾霾天气影响及对策进行了简单探讨。     

近34年青海省雾霾天气空间特征分析

利用1980-2013年青海省50个站地面气象观测资料,分析青海省近34年雾、霾、轻雾出现各站的日数和频次数。结果表明,青海省霾天气主要分布在海西、海北、海南、玉树西北部(曲麻莱、治多)、果洛北部(玛多、玛沁),整体呈西北部地区偏多,东部农业区最少;青海省东北部、东南部、西南部等年降水量相对较多的区域,是雾、轻雾集中出现的区域,霾天气出现最多的区域是年降水量相对较少的区域,也是雾、轻雾出现最少的区域。     

如何消除雾霾天气对全站仪野外检定的影响

在全站仪野外检定过程中通常采用光照准模式,该模式对较远距离点测量时需要较好的气象条件的配合.近年来,我国秋冬季节普发的雾霾天气使得仪器野外测量时无法精确照准目标,使检定工作不能顺利完成.本文主要探讨了应用智能全站仪的ATR照准模式进行全站仪野外检定的可行性,通过选用不同型号的全站仪用光照准模式及ATR照准模式进行野外检定,并对实验数据进行统计分析,得出了采用ATR照准模式进行野外检定可消除雾霾天气的不利影响,得到准确可靠地检定数据的实验结论.