北京地区一次持续性雾霾天气分析

2015年11月27日至12月1日,北京地区出现了一次十分严重的雾、霾天气过程。综合分析此次雾、霾天气过程的天气形势、加密自动站、探空、风廓线雷达以及连续观测的PM2.5资料,结果表明:本次雾、霾过程,能见度的恶化与天气形势、PM2.5持续性波动增长、相对湿度增加、逆温出现频率高、近地层风速小及近地面偏南风输送有密切关系:(1)此次雾、霾过程期间,华北地区较长时间被地面高压后部的弱气压场和低压辐合区控制,地面风速和近地层风速较小,北京大部分地区处于弱的偏南风或偏东风控制中,很不利于污染物的水平扩散;(2)地面增湿趋势明显,低层偏南和偏东气流将水汽和上游污染物向北京地区输送,加之29日气温明显回升,导致地面积雪融化,近地面相对湿度增加,有时接近饱和;(3)边界层逆温一直存在,很不利于污染物的垂直扩散。     

武汉市一次霾污染过程不同发展阶段下水溶性离子来源解析

本文利用气体组分及大气气溶胶在线监测系统(MARGA ADI 2080)观测武汉市2018年1月9—26日大气气溶胶中的8种水溶性离子(NH⁺₄、NO^-₃、SO^2-₄、Cl^-、K⁺、Ca²⁺、Na⁺和Mg²⁺),结合气象要素数据,使用主成分分析(PCA)、正定矩阵因子分析法(PMF)、HYSPLIT后向轨迹模式、潜在源区贡献(PSCF)和浓度权重轨迹(CWT),对霾污染过程中水溶性离子进行了全面的来源解析,探究了霾不同阶段下来源差异和空间分布特征。结果表明:(1)本次霾污染中的8种水溶性离子和4种污染气体,PCA解析出的源和占比分别为二次源和燃煤源的混合源(41.28%)、工业排放和土壤扬尘混合源(27.73%)和机动车排放源(9.63%),PMF解析出的源和占比分别为燃煤与土壤扬尘混合源(18.57%)、机动车排放源(20.74%)、二次源(18.30%)、光化学污染源(22.24%)和燃煤源(20.15%)。(2)霾在不同阶段下水溶性离子和4种污染气体的来源存在差异,在清洁天和霾消散阶段,光化学的贡献最高,占比分别为31.42%和36.07%;在霾发生阶段燃煤与土壤扬尘源的贡献最高,其贡献为40.94%;在霾发展阶段,最大的控制源为二次源,贡献占比为37.51%。(3)此次武汉市霾污染中PM_2.5浓度和NH⁺₄、NO^-₃和SO^2-₄的潜在源区为皖豫鄂三省和赣湘鄂三省交界处。霾污染中PM_2.5的主要影响范围是武汉市南部和北部省份,NO^-₃、NH⁺₄和SO^2-₄的主要影响区域为武汉市东北方向的城市、湖南省和江西省。     

APEC前后北京几次静稳天气边界层特征对比分析

对北京地区2014年11月3-11日APEC会议期间的大气扩散条件与2014年10月的4次雾-霾过程进行对比分析,表明APEC会议期间静稳天气指数略低于10月4次过程,具备一定的污染物积累潜势。数值模拟结果表明,对北京及周边地区污染排放的控制是APEC期间北京保持低水平气溶胶浓度的重要原因。周边地区污染物传输以及特殊地形条件下山谷风环流的日变化对北京地区污染物浓度的区域分布及演变有重要影响,夜间地形北风对近地面污染物有明显清除作用。相较于重污染天气,APEC期间气溶胶浓度低,温度效应小,山谷风环流明显,同时白天混合层高度上升幅度大,有利于污染物扩散。减排使气溶胶浓度减小,而低浓度气溶胶又使污染扩散条件进一步好转的相互反馈作用,是"APEC蓝"出现的主要原因。     

基于FY-3/MERSI卫星资料的霾判识方法研究

选取2015年12月25日及2016年1月18日两次覆盖湖北的重污染天气过程,利用FY-3A(B)/MERSI卫星资料和气象、环境监测资料,应用图像色彩处理技术、可见光近红外通道反射率分析等技术,开展对湖北地区霾的遥感识别研究。研究结果表明:以不同波段进行红绿蓝三通道合成时,霾可以被识别,其中以全可见光模式合成时,霾以灰白色为主,比周围的云雾区略暗;以可见光、近红外、红外三通道合成时,霾以紫色、紫灰色为主,云类识别精细;以可见光、近红外两通道增强显示合成时,霾以紫灰色为主,与晴空地表及云区差异明显,但易将由小粒子组成的薄卷云误判为霾,需通过云顶黑体亮温进行剔除。通过建立红外亮温和可见光反射率识别指标,可将霾与晴空、厚云区区分开来,但很难与低云/雾区进行有效区分,加入对有效粒子半径敏感的近红外通道反射率后,借助两者在粒子大小上的差异,可在一定程度上解决这一问题,并通过地面人工观测资料进行分析验证。     

Atmospheric Circulation and Dynamic Mechanism for Persistent Haze Events in the Beijing–Tianjin–Hebei Region

In this study, regional persistent haze events(RPHEs) in the Beijing–Tianjin–Hebei(BTH) region were identified based on the Objective Identification Technique for Regional Extreme Events for the period 1980–2013. The formation mechanisms of the severe RPHEs were investigated with focus on the atmospheric circulation and dynamic mechanisms. Results indicated that:(1) 49 RPHEs occurred during the past 34 years.(2) The severe RPHEs could be categorized into two types according to the large-scale circulation, i.e. the zonal westerly airflow(ZWA) type and the high-pressure ridge(HPR) type. When the ZWA-type RPHEs occurred, the BTH region was controlled by near zonal westerly airflow in the mid–upper troposphere.Southwesterly winds prevailed in the lower troposphere, and near-surface wind speeds were only 1–2 ms~(-1). Warm and humid air originating from the northwestern Pacific was transported into the region, where the relative humidity was 70% to 80%, creating favorable moisture conditions. When the HPR-type RPHEs appeared, northwesterly airflow in the mid–upper troposphere controlled the region. Westerly winds prevailed in the lower troposphere and the moisture conditions were relatively weak.(3) Descending motion in the mid-lower troposphere caused by the above two circulation types provided a crucial dynamic mechanism for the formation of the two types of RPHEs. The descending motion contributed to a reduction in the height of the planetary boundary layer(PBL), which generated an inversion in the lower troposphere. This inversion trapped the abundant pollution and moisture in the lower PBL, leading to high concentrations of pollutants.     

雾霾天气下DAML空间相干光通信系统的研究

大气湍流引起的折射率起伏会导致光信号的振幅和相位发生随机波动,同时日益严重的城市雾霾现象带来的系统性能降低问题也不可忽视.基于湍流相位波动和激光器相位噪声的缓慢时变特性,本文提出了将DAML相位估计算法应用到空间相干光通信系统中来提高系统性能,并推导了在大气湍流、激光器相位噪声以及各种天气状况衰减效应影响下,针对DQPSK信号的DAML相位估计系统的误码率,最后重点分析了在雾、霾天气条件下该系统的传输距离限制和波长选择特性.仿真结果表明：湍流相位波动造成的信噪比损失低于0.1 dB;在雾和霾天气下,相较于传统的OOK IM／DD FSO通信系统,DAML相位估计系统在不同的大气湍流环境中至少有500 m的传输距离优势;在霾和薄雾天气,传输波长为1 550 nm的DAML系统比波长为850 nm的系统的性能更优,但在能见度低于200 m的浓雾天气,系统性能基本与波长选择无关.     

南京不同天气和能见度下云凝结核的观测分析

利用美国DMT公司生产的云凝结核(Cloud Condensation Nuclei,CCN)计数器(DMTCCNC),对2013年4—12月南京地区CCN进行观测。对不同天气条件下CCN活化谱拟合,霾天C值最高,为13 085 cm-3,雨后C值降至8 054 cm-3,属于大陆性核谱。不同能见度条件下CCN活化谱特征有明显差异,南京地区不同程度霾天CCN数浓度均远高于轻雾天,浓雾时期CCN数浓度显著偏高。CCN数浓度受到气象要素和天气状况、气溶胶源排放等因素影响。南京地区气溶胶凝结核(Condensation Nuclei,CN)数浓度和CCN数浓度的拟合结果显示出较好的相关性。CCN数浓度值:冬季春季秋季夏季,春季CCN数浓度日变化有三峰趋势,夏季基本呈单峰型,秋季、冬季双峰特征突出。气溶胶源排放、环境气象条件和气溶胶理化特性均会影响CCN数浓度的季节变化。     

烟花爆竹燃放气象指数

为了研究气象条件与对烟花爆竹燃放的影响,针对政府应急安全管理和空气污染应对等工作开展相关服务,综合考虑了影响烟花爆竹燃放安全、燃放后污染物的扩散和清除,以及空气质量状况3方面的气象条件,采用隶属度乘积和函数最大值方法研发了烟花爆竹燃放气象指数。烟花爆竹燃放指数由低到高分4级,分别表示适宜、不太适宜、不适宜和极不适宜。燃放指数的发布对政府应急决策和公众理性燃放引导具有重要意义,文章介绍了燃放指数的分级和计算方法。     

广西区域霾过程高低空大气环流型影响分析

利用1980—2015年NCEP/NCAR逐日再分析资料和广西80个地面气象站资料,采用Lamb-Jenkinson方法对广西区域霾过程的大气环流进行分型,并探讨高低空环流型配置与区域霾过程的关系。结果表明:当地面东南风型、高空西风型时,广西出现霾过程的频率最高;地面东风型配合高空西风型对年霾过程的贡献最大,地面东南风型配合高空西风型主要出现在冷暖气流转换的春季、地面低压型配合高空高压脊型出现在西太平洋副热带高压明显加强、地面处于弱低压环境场的夏季、地面东风型配合高空西风型出现在环流稳定平直的秋季、地面东风型配合高空高压脊型出现在环流经向度明显增强的冬季,霾过程具有冬季多发、夏季少发的特点。近36年来,地面东风型配合高空高压脊型是广西霾过程呈偏多趋势的主导环流型。     

2014年12月大气环流和天气分析

2014年12月大气环流特征如下：北半球极涡异常偏强,欧亚中高纬环流呈两槽一脊型,东亚大槽偏强,冷空气活跃;南支槽位于70°E附近,较常年同期明显偏西,不利于水汽向我国中东部地区输送;副热带高压较常年同期偏强,位置偏西、偏北。12月,全国平均降水量为7.9 mm,比常年同期(10.5 mm)偏少24.8%,其中华北、黄淮、江淮、江汉等地偏少8成以上。全国平均气温为-3.4℃,较常年同期(-3.2℃)偏低0.2℃;月内气温变化显著,呈“前冷后暖”的特点,上、中旬的气温较常年同期偏低1.0℃,下旬转为偏高1.1℃。月内,我国出现了5次明显的冷空气过程和4次雾霾过程以及1次大范围的降水过程。北方多地出现极端日降温事件,东北局地遭受雪灾;下旬中东部地区出现大范围、持续性的雾霾天气。