东莞市夏季大气边界层风、温场结构与特征研究

利用2008年5月4-20日东莞市探空观测资料,分析该地区夏季大气边界层内的风场、温度场特征进行研究,结果表明:1)各规定层高度主导风向为WNW,其风向频率值大于15%;2)风速随高度的增加而增大;3)接地逆温大约在20:00左右生成,02:00以后逐渐消失,从06:00到17:00没有观测到接地逆温,一天中接地逆温大约维持12 h左右;4)混合层高度在清晨厚度较薄,午后混合层厚度较厚,有利于污染物的扩散。     

广州地区灰霾过程和清洁过程的边界层特征对比分析

利用2014~2016年广州国家基本气象站的微波辐射计、风廓线雷达和地面观测数据,研究广州地区灰霾过程和清洁过程的边界层结构特征.结果表明：（1）灰霾过程中,270m高度以下风速随高度递减,270m高度以上的风速随高度递增,2000m以下的风速增率小于2000m以上的风速增率,盛行风向随高度的增加呈顺时针旋转,510m高度以下风速基本小于3.0m/s,其中08：00至20：00,390m高度以下风速小于2.0m/s;清洁过程中510~1590m和2790~3000m存在风速大于5.0m/s的高值中心,1830m高度以下,清洁过程各层的平均风速明显高于灰霾过程;（2）贴地逆温与能见度总体上呈负相关,与PM_2.5浓度呈正相关,相关系数分别为-0.367和0.455,而当贴地逆温和低空逆温同时存在时,其相关性更高,其相关系数分别为-0.5和0.601,说明多层逆温的存在更容易出现灰霾天气.灰霾过程中,低空逆温与能见度和PM_2.5的相关不明显,而清洁过程中,低空逆温的出现主要与冷空气南下有关,其与能见度呈正相关（0.217）,和PM_2.5浓度呈负相关（-0.64）,低空逆温不利于灰霾天气形成;（3）灰霾过程中,贴地逆温出现频率为60.68%,平均逆温强度为1.38℃/100m,平均逆温厚度为153.20m,明显高于清洁过程;清洁过程中,低空逆温的逆温强度、厚度和出现频率分别为0.27℃/100m、691.07m和64.61%,明显高于灰霾过程.（4）清洁过程的混合层高度明显高于灰霾过程,清洁过程的日均混合层高度（958.92m）是灰霾过程（398.03m）的2.4倍.     

河谷城市通风系数研究

通风系数是科学确定污染物排放总量的基础.利用WRF模式模拟的边界层高度和风速计算了兰州新区2014年4个季节的通风系数,探讨了风速的季节性变化和日变化特征.结果表明:①WRF模式模拟得到的兰州新区的混合层平均风速呈夜间高、日间低的特征,日间混合层内平均风速最大值出现在20:00左右,这与地面风速积分法确定的平均风速具有较高相关性,验证了利用模式模拟边界层内平均风速特征的能力.②混合层高度季节变化呈现春夏季高、秋冬季低的特征;受太阳辐射的影响,日间混合层高度明显高于夜间.③通风系数具有明显的季节性变化特征（4个季节的通风系数分别为4 607.6、5 424.1、1 316.4、706.9 m2/s）,夏季高,冬季小,这与混合层高度和混合层内平均风速的季节性变化特征一致;日变化呈现单峰型的变化规律,冬季的峰值出现在15:00,而其他3个季节的峰值则出现在17:00左右.研究显示,WRF模式的模拟结果可以较好地反映混合层平均风速的基本特征,利用WRF模式模拟的结果计算得到的河谷地形的通风系数较为合理,不同季节的通风系数差异较大.      

西宁地区大气边界层风、温场特征研究

利用西宁地区2009-2011 年地面气象及高空探测资料,统计及数值模拟研究了大气边界层风、温场特征。结果表明,西宁地面风场状况受地形的影响较大,风场复杂。地面较高频率风向与河谷走向基本一致,谷底平均风速较小,在北川河谷及湟中县西南为风速低值区。高空和地面主导风向在100 m以下发生转换,7：00 高空以西风和西西北风为主,19：00 则以东东南风和西西北风为主,风速均以西风和西西北风最大。风速垂直切变在冬季大,夏季小,夏季傍晚的风速垂直切变明显高于清晨。温度场特征表现为冬季出现逆温频率高,夏季低,清晨出现逆温层厚度较傍晚厚且逆温增温率强。逆温特征较黄土高原河谷城市及黄土高原较湿润地区更为明显,但较黄土高原干旱区则相对弱。混合层高度特征表现为春、夏季较高,冬季最小,气温相当的干旱季节混合层高度大于湿润季节,日混合层平均高度约在200～3 000 m变化,变化幅度大,扩散条件的日变化相差较大。     

贵阳市混合层高度的研究

根据风速、温度的低探资料，直接估算了大气混合层高度。通过分析贵阳市冬、夏两季混合层高度与大气稳定度的关系及逆温、地面气温和风速等气象因子对混合层高度的影响，得到以下几点结论：（１）贵阳市夏季混合层高度大于冬季。（２）不同稳定度下，混合层高度不同；大所越不稳定，混合层高度越大。（３）逆温频率与混合层高度随时间呈反向变化趋势，而地面气温和风速与混合层高度有较好的正相关性。     

北京近年地表风速和大气混合层厚度变化特征研究

文章利用北京地区2009-2014年20个气象站观测资料,计算和分析了地表风速和大气混合层厚度的时空变化,结果表明:北京地区近年地表风速呈下降趋势,城区和郊区平原下降幅度大于郊区山地,区域气候背景变化和人为观测环境改变导致的风速下降比例分别占7%和5%~6%。地表风速在春季和冬季明显大于夏季和秋季,一天中风速最大时段出现在午后至傍晚,凌晨02-06时风速最小,在空间上呈北部山区和东部平原高、中心城区和西南地区低的分布特征。大气混合层厚度平均为524 m,近年明显下降,对污染扩散较为不利,其中城区和郊区平原下降幅度约9%~10%,郊区山地下降幅度约6%。在季节变化方面,春季和夏季混合层厚度最大,午后12-14時是混合层厚度最大时段,平均可达1 200 m,而凌晨02-05时的混合层厚度则最低。混合层厚度空间分布有明显的日夜差异,总体上"城区郊区平原郊区山地",存在以密云为中心的东北部山区和以通州为中心的东南部平原区2个高值区,而包括中心城西部在内的西南地区则为低值区。     

兰州城市和远郊区黑碳气溶胶浓度特征

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)2010年9月至2011年8月的黑碳气溶胶观测资料,分析了兰州市区和郊区黑碳气溶胶的浓度变化特征.结果表明:市区的年平均黑碳浓度要远大于郊区.日变化都呈明显的双峰结构,最大值出现在08:00~10:00,最小值出现在16:00左右;对于月最大频数浓度的年变化,市区和郊区均是5月黑碳浓度最小,其值分别为1143和932ng/m3,1月黑碳浓度最大,分别为10230和5063ng/m3;市区的周变化较郊区明显;沙尘条件下黑碳气溶胶浓度值低于当月的日均值.     

台风“妮妲”过程对广州臭氧浓度的影响分析

为研究台风天气系统对广州地区臭氧浓度的影响,选取2016年7月27日—8月2日台风"妮妲"过程,结合气象要素资料和空气质量数据进行了分析.结果表明:①7月27日—8月2日台风过程期间,7月27—29日和8月1—2日空气质量未超标,7月30日和31日分别达到轻度污染和中度污染,首要污染物均为O_3,其中,31日O_3小时浓度峰值达293μg·m~(-3),O_3_8 h (8 h滑动平均)浓度达249μg·m~(-3),期间PM_(2.5)及前体物NO_2和CO浓度也略有升高,但总体升幅不大,都在良范围内.②台风过程期间,O_3浓度与温度、风速呈正相关(p0.01),与气压、相对湿度呈负相关(p0.01).高温低湿、风速1.0～2.0 m·s~(-1)、气压低有利于大气光化学反应,容易导致O_3浓度超标.③受台风外围下沉气流影响,大气存在垂直输送;同时混合层顶低,30日和31日混合层高度白天最高在1300 m以下,夜间在200 m左右,最低不足60 m;同时,2 km高度内均有持续逆温存在,逆温高度主要在700 m以下.地面处于均压场,同时存在逆温,大气层结稳定,使得污染物在近地层堆积不易扩散,导致O_3浓度超标.     

天津夏季黑碳气溶胶及其吸收特性的观测研究

利用天津城市边界层观测站2010年8月12日~9月18日期间的黑碳、污染物和气象梯度观测数据,分析天津市夏季黑碳气溶胶浓度的变化特征及其影响因子.结果表明, 观测期间,黑碳气溶胶浓度均值为6.309mg/m3,占PM10质量浓度的4.17%,其吸收消光占气溶胶总体消光的10.23%.受人类活动和边界层结构影响,黑碳气溶胶浓度日变化呈双峰型,7:00达到峰值,14:00~16:00最小,20:00达到次高峰.黑碳气溶胶浓度随风速增加呈下降趋势,当风速超过4m/s时,浓度一般低于5mg/m3,西风及西北风对天津城区黑碳气溶胶输送作用明显,其出现大于10mg/m3的高黑碳气溶胶事件概率为18.07%;逆温和大气稳定易造成黑碳气溶胶在近地层的堆积,形成高污染事件.     

新疆五彩湾矿区气象模拟与分析

本文以美国国家大气研究中心(NCAR)气象再分析数据(Reanalysis data)和美国地质调查局(USGS)地理数据为基础,采用MM5/CALMET耦合模拟新疆五彩湾矿区四季的风速矢量场、温度场以及混合层高度。结果表明:春季的平均风速最大,为3.90m/s;风向全年以北西向及东南风为主。冬季与夏季相比,逆温层厚度较大、维持时间较长,夏季混合层高度较高;而冬季辐射能力较弱,混合层高度最大只有200m。矿区四季温差较大,夏季和冬季最高温和最低温最大相差37℃,并且昼夜温差在10℃以上。     

盛行梯度风下热力环流对近地空气质量的影响研究

以中纬度沿海城市上海为代表,采用数值模拟方法,分析了海岸线附近污染源排放的大气污染物在盛行梯度风和热力环流耦合作用下的扩散和输送特征,并与忽略海陆温差的理想情况作了对比.结果表明,即使在盛行梯度风主导城市风场时,海陆温差引起的热力环流对海岸线附近流场仍有重要影响,并使近地面污染物浓度时空分布与海陆无温差时截然不同.海陆无温差时,污染物仅向盛行梯度风的下风向区域扩散.而在海陆有温差时,污染物的扩散却可能是双向的.陆地最高和最低气温出现的时间分别对应着沿海城市污染物最不利释放时段(RTS-16:00和RTS-04:00),造成的污染总时长和日平均浓度均最大,不仅部分近地面污染物被海陆热力环流携带至盛行梯度风的上风向区域,并且下风向区域的日平均浓度最高达海陆无温差时的4~5倍.因此,即使在盛行梯度风较强时忽略海陆温差形成的热力环流影响,也会明显低估非海陆风日的实际污染强度和污染范围.     

石家庄市主城区臭氧污染特征及气象成因分析

为了解石家庄市主城区O₃(臭氧)污染特征及其影响因子,基于2015-2018年石家庄市空气质量连续监测资料和同期气象数据分析了主城区O₃污染总体特征及气象成因.结果表明:①石家庄市主城区大气光化学污染日益严峻,ρ(O₃)日均值由2015年的47 μg/m3增至2018年的66 μg/m3,ρ(O₃)超过GB 3095-2012《环境空气质量标准》二级标准限值的天数由2015年的20 d增至2018年的70 d.②ρ(O₃)存在明显的季节性差异,呈夏季[(89±33)μg/m3] >春季[(69±25)μg/m3] >秋季[(40±26)μg/m3] >冬季[(28±16)μg/m3]的特征;ρ(O₃)日变化呈单峰型分布,谷值出现在06:00-07:00,峰值出现在15:00-16:00,且15:00-17:00是ρ(O₃)超标的高发时段.③ρ(O₃)与气温呈指数关系,当气温为20~25、25~30、≥ 30℃时,ρ(O₃)日均值分别为75、90及119 μg/m3.ρ(O₃)在相对湿度为60%时存在拐点,当相对湿度≤ 60%时,ρ(O₃)随相对湿度的增大而上升;当相对湿度>60%时,ρ(O₃)随相对湿度的增大而下降.风速与ρ(O₃)呈分段线性关系,当风速 < 2 m/s时,ρ(O₃)随风速的增加而上升;当风速≥ 2 m/s时,ρ(O₃)随风速的增加而下降.④影响石家庄市主城区ρ(O₃)升高的污染源主要位于其东-东南-南方位,其次为东北-东方位,而西部和北部地区则较少.⑤石家庄市主城区ρ(O₃)超标多发生在气温>20℃,相对湿度介于40%~70%之间,风速在1.5~3.0 m/s之间的气象背景下,经统计,当气象条件同时符合上述三项气象要素时,ρ(O₃)超标天数占3-10月总超标天数的66.5%.研究显示,气温>20℃、相对湿度为40%~70%、风速为1.5~3.0 m/s的气象条件可初步作为石家庄市主城区O₃污染的预警指标.      

近地面臭氧污染过程和相关气象因子的分析

为了了解₃的污染过程,进行了包括全天24h₃浓度和气象参数的观测。分析了高浓度₃日的气象条件,表明高压天气形势、晴天少云、日照持续、气温升高、湿度低、温度垂直梯度和Ri数较高等是形成高浓度₃的有利条件。从₃浓度全天24h的观测结果发现,除12:00～14:00的主峰外,在0:00～4:00还有一个次峰。所有例子都表明₃浓度日变化和各气象因子有着很好的对应关系,值得注意的是,当风速和太阳辐射同步增减时,共同促使₃浓度增大,使₃在中午出现显著的峰值,当风速值出现在其他时间时,也可以使₃出现次峰。      

北京地区大气氨时空变化特征

在北京城区和上甸子本底地区分别开展了为期3a和1a的NH₃在线观测,并结合风向、风速、温度、相对湿度等气象因素的变化特征,分析了北京地区NH₃浓度水平、年季特征及影响因素.结果发现,北京城区和本底地区的NH₃年均浓度分别为（32.5±20.8）×10^-9V/V和（11.6±10.3）×10^-9V/V,北京城区的NH₃浓度高于大多数国内外主要城市和地区的NH₃浓度水平.城区和本底地区NH₃浓度年变化特征为夏季高,分别为（34.1±6.8）×10^-9V/V和（11.1±2.2）×10^-9V/V,冬季低,分别为（19.7±9.3）×10^-9V/V和（2.4±0.6）×10^-9V/V.NH₃的日变化特征受气象因素影响明显,其结果表明,春季城区NH₃浓度峰值出现在15：00,而本底地区受西南风影响在20：00达到峰值;夏季城区NH₃浓度最高值在7：00出现,本底地区则呈现双峰值（分别在09：00和22：00）;秋季城区和本底地区的日变化规律一致,均在22：00出现峰值;冬季城区的峰值出现时间晚于本底地区,峰值分别出现在23：00和20：00.西南风是造成本底地区NH₃浓度升高的主要原因,春季和夏季,随着西南向风速的增大,NH₃浓度显著升高.城区的NH₃浓度则主要受到局地排放的影响.浓度权重轨迹法的研究结果发现,北京、天津、河北及河南北部地区是影响北京地区大气NH₃的主要源区.     

辽宁地区大气黑碳气溶胶质量浓度在线连续观测

利用2008年3月—2009年2月辽宁沈阳、大连、鞍山、抚顺和本溪ρ(黑碳)观测资料,分析了其变化特征及重要影响因子. 结果表明,5个城市小时ρ(黑碳)的变幅较大,最小值出现在抚顺秋季的2008年9月23日00:00,ρ(黑碳)为0.14 μg/m3,最大值出现在本溪冬季的2008年11月11日08:00,ρ(黑碳)为64.52 μg/m3;本溪ρ(黑碳)日均值最高,为6.87 μg/m3,其次是沈阳、鞍山和抚顺,大连的ρ(黑碳)日均值最小,为3.18 μg/m3;ρ(黑碳)日变化有明显的峰值和谷值,最高值一般出现在06:00─09:00和17:00─19:00,低值出现在02:00─04:00和12:00─15:00;风速对ρ(黑碳)有重要影响,当风速<3.5 m/s时,ρ(黑碳)随风速增大而减小,当风速>3.5 m/s时,风速对ρ(黑碳)的影响不大;后向风轨迹较好地反映污染物在不同城市区域间的传输特征,在冬季沈阳以上风区域北部影响为主;ρ(黑碳)日均值变化和大气低层垂直温度梯度变化有较好的对应关系.      

宜昌地区中低空风速变化特征分析

利用宜昌1958—2013年逐日探空风资料,通过趋势系数、滑动t检验和小波分析等方法,分析宜昌中低空规定高度平均风速的时间变化,并和同期地面风速变化进行对比。结果表明：1）500和1 000 m高度月平均风速变化均呈双峰曲线,1 500和2 000 m月平均风速变化趋势较为一致,3 000 m月平均风速波动较大。2）从季节分布来看,500~2 000 m平均风速均为春季最大,3 000 m平均风速冬季最大;不同高度层季平均风速随高度上升增幅不同。3）500 m年和四季平均风速的年际变化最剧烈;500~2 000 m,年平均风速的离差系数随高度上升明显减小。4）1971—2013年,宜昌地面10、 500、 2 000、 3 000 m年平均风速显著减小;1 000和1 500 m年平均风速略有增大但未通过显著性检验。5）宜昌中低空平均风速主要经历了20世纪80年代由下降到上升和90年代由上升到下降的突变;冬季平均风速的突变次数最多,夏季平均风速突变次数最少;各高度年、季平均风速的突变次数随高度上升而减少。6）各高度普遍存在8~14 a的较长周期和2~4 a的较短周期,其中较长周期主要出现在夏、秋季,较短周期主要出现在春、冬季。     

京津唐地区臭氧时空分布特征与气象因子的关联性研究

京津唐地区随着经济的快速发展和城市化的不断推进,臭氧污染呈现加重的趋势,深入了解臭氧浓度时空变化特征及其变化驱动机制是采取科学有效防控措施的前提和基础.本研究针对京津唐地区近地面臭氧浓度快速增加的2016年,利用卫星遥感反演数据、地面每小时监测数据及气象观测资料,分析探讨了近地面臭氧浓度时空分布及与温度、压强、蒸发量、...     

基于NLMSFD模式对风速分布规律的数值模拟——以山东威海风电场为例

针对风电场建设要求,论文利用非线性高分辨率数值模式NLMSFD尝试对山东荣成地区风资源进行评估。在试验区域内,分别选取两座测风塔不同高度上1年的月平均风速观测资料作为驱动值,利用模式对试验区的风速分布进行了模拟试验,获取了试验区100 m×100 m分辨率条件下风速一年四季的空间分布信息,并将模拟值与实测值对比,分析了模式在试验区地形及粗糙度条件下的模拟精度,评价了NLMSFD模式的可适用性。结果表明,模式的模拟结果基本能反映出月平均风速的时空变化规律,但两塔位置处模拟值与观测值的相对误差随高度和季节变化有所不同。从季节上看,模式的模拟结果在冬季较好,夏季误差稍大,春、秋次之;从高度上看,除10 m高度外,其它高度层的相对误差大多在10%以内。利用不同位置的观测资料驱动模式,模拟结果的精度也受影响。如利用远离海岸边的观测资料驱动模式要比近海观测资料驱动模式所得的模拟结果好;同时对于近海的测风塔,采用距地面位置较高的观测资料作为驱动值要比采用10 m高度的资料驱动模式的模拟精度好。这些结果说明NLMSFD模式在精细化风资源评估及风电场选址中具有一定的参考应用价值。