深圳市局地PM2.5污染事件的时空特征及典型背景环流分析

利用深圳及周边地区22个环保监测站的PM_(2.5)小时数据、深圳市152个高密度(2.5 km×2.5 km)自动气象站及3部边界层风廓线仪的探测数据,分析了深圳市局地PM_(2.5)污染事件的时空变化特征及其背景环流特征.结果表明:深圳市西北角和东北角是局地PM_(2.5)污染最频繁的2个区域,局地污染事件发生次数约占总污染事件次数的40%,每日夜间至次日凌晨是局地污染高发期.各个季节局地PM_(2.5)污染发生的大尺度环流形势不同,春季为变性高压脊配合西南低槽发展型,夏季为热带气旋外围环流影响型,秋季为副高控制下的弱高压脊型,冬季主要为冷锋前、弱高压脊或均压场控制型.局地海-陆、丘陵-平原热力差异造成的局地环流易导致地面弱风和局地辐合的出现,成为诱发局地PM_(2.5)污染的直接原因.     

湖陆风环流对于臭氧高浓度事件影响的模拟分析

太湖流域工业发达,人口众多.湖泊激发的局地环流对于周边地区天气气候及空气污染扩散的影响值得高度关注.本文使用WRF-Chem模式,对比了Lake和Noah两种湖泊陆面过程方案对臭氧高浓度事件的模拟效果,并分析了太湖对周边地区局地环流及臭氧分布的影响.结果表明,Lake方案由于更好地引入了湖泊表面和大气之间的通量交换计算方案,其模拟值与实际观测结果有较好的匹配度.太湖和周边地区的热力差异使得太湖地区白天形成由湖区吹向陆地的湖风,湖风环流最强时在太湖-苏州方向高度可以达到4 km,最大风速达到5 m·s~(-1),对东北岸地区的影响可以穿过苏州到达城区的东北部约60 km处.太湖湖风的存在使得苏州城区的臭氧向下风向地区扩散,而湖风环流的强度不足以将湖区的臭氧输送到整个苏州城区.这导致远离太湖的城区的臭氧浓度比靠近太湖的城区低约150μg·m~(-3),臭氧浓度从靠近湖岸的城区到城区的后部再到郊区呈现出高、低、高的现象.而在夜间,受陆风影响,臭氧会在湖区上方堆积使得湖区臭氧浓度比周边陆地高约80μg·m~(-3).     

海风环流对上海一次臭氧污染过程影响的数值模拟研究

本文针对上海2017年夏季的一次臭氧污染过程,利用WRF-Chem模式模拟了海风环流在臭氧输送、聚集和消散过程中所起的作用.结果表明,白天的海风在沿海区域对500 m高度以下的近地面大气起到清洁作用,但海风环流上支离岸气流也会将海风辐合带的高浓度臭氧输送回到近海的边界层中上部,同时,海风环流和热岛环流的加强效应有助于臭氧前体物（VOC和NO₂）在辐合带和近海边界层中上部的聚集,从而加快生成臭氧的光化学反应,进一步地加剧臭氧高值区的臭氧污染.在此基础上设计的敏感性实验分析了城市化和海温的贡献.结果发现,城市化会加重上海地区边界层上部的臭氧污染,白天城市热岛环流对海风环流存在正向叠加作用,增强近地面的向岸风;而海温升高会削弱海风,对臭氧的分布产生很大的影响,进一步证明海风环流在臭氧分布的变化中起到了重要的作用.     

北京市秋冬季环流型下的细颗粒物传输

利用Models-3/CMAQ模式系统对北京市2013~2018年秋冬季（即当年11、12月和次年1、2月份）细颗粒物（PM_2.5）进行模拟,计算北京周边4个截面的PM_2.5传输通量,结合流场、浓度的分析,总结11种大气环流型下北京市的PM_2.5传输特征.污染严重的西南（SW）和西（W）环流型下,北京地区受强烈的PM_2.5传输作用,0.6km以下南部平原的输入产生了非常强的输入累积作用,加重了北京地区PM_2.5的污染程度.污染严重的南（S）环流型下,0.6km以下东部平原和0.6km以上南部平原的输入都产生了较强的输入累积作用,京津冀东部和南部地区的污染物通过不同高度范围传输影响北京地区的PM_2.5水平.污染同样严重的均压（UM）和气旋（C）环流型下,各方向的传输都没有产生明显的输入累积作用,本地排放的削减对于污染的控制尤为重要.污染中等的东（E）、东南（SE）环流型下,北京地区在近地层（0.2km以下）通过南部平原截面对保定等城市有较大的输出通量,对北京污染具有较强的输出消散作用.污染轻的北（N）、东北（NE）和西北（NW）环流型下,北京地区在1km以下通过东部平原截面对廊坊、天津等城市有很大的输出通量,对北京污染具有很强的输出消散作用.污染轻的A环流型下,北京地区没有明显的PM_2.5输入输出现象.     

珠三角干季海陆风特征及其对空气质量影响的观测

通过2004年10月在珠江三角洲（以下简称“珠三角”）开展大气边界层观测试验得到的垂直风温资料和逐时PM_2.5浓度资料,利用局地环流指数（RF）等方法研究了珠三角海陆风特征及其对空气质量的影响.结果表明：局地环流指数是表征局地大气输送能力的有效指标;冷暖气团对峙导致珠三角污染日背景风场较弱,沿海海陆风活动活跃,空气质量指数与RF系数相关性颇高,珠三角沿海100~400m处RF系数值主要分布在0.5~0.8之间;在海陆风影响下低层风场的有效输送能力较弱,不利于污染物的输送扩散.而随着冷空气全面控制珠三角,垂直风场RF系数值高达0.9以上,海陆风难以发展,风场输送能力强,能够持续的将污染物输送出去.观测发现沿海观测点试验期间海陆风发生频率约为47.8%,其中72.7%的海陆风日出现了污染天气,海陆风日地面风向呈现出明显的随时间顺时针偏转特征,海风约从16：00时开始出现,并在20：00达到最大影响高度约为600~800m.夜间海风将污染物输送回内陆观测点,导致内陆PM_2.5浓度在19：00~21：00时出现浓度峰值,呈现出明显的双峰结构.     

基于格网的近十年江西省道路网络对土地利用变化影响阈值研究

依据全国生态环境十年变化(2000-2010年)遥感调查与评估项目中2000和2010年两期土地利用数据和中国交通网2012年道路要素数据,基于ARCGIS格网分析方法,得到1km×1km、2km×2km…10km×10km十个尺度下道路网络密度与土地利用转化之间的相关系数,结合江西省2010年DEM数据,分析土地利用变化相应的地形(海拔、坡度和坡向)特征,计算道路网络影响土地利用变化的路网密度阈值范围。得出江西省道路网络主要影响的土地利用转化为林地向建设用地、农田向建设用地、林地向草地、林地向农田和农田向林地,其对应土地转换的海拔范围分别为167~291m、112~221m、367~422m、267~306m和180~273m;坡度范围为0°~2°,为平地类型,说明人类活动主要集中在坡度较低的区域;坡向范围为175°~195°,均为正南方向,说明受社会因素的影响,土地利用变化主要活跃在在南坡方向;道路网络影响以上土地转换路网密度阈值范围为0.98~1.82km/km2、0.98~2.22km/km2、0.77~1.20km/km2、0.93~1.38km/km2、0.95~1.43km/km2,道路网络影响土地利用转换的路网密度呈先下降,在2km之后趋于不变,表明尺度愈大,路网对土地利用转换所造成的影响愈小,但不会消失。     

汾渭平原复杂地形影响下冬季PM2.5污染分布特征、来源及成因分析

汾渭平原受其复杂地形特征及产业结构影响,和京津冀、长三角地区一起被列为大气污染重点防治区域.本研究应用2014—2019年冬季中国环境监测总站汾渭平原各城市的六大空气污染物逐小时数据,结合欧洲中心ERA-5数据,利用HYSPLIT后向轨迹模型及T-model斜交旋转主成分分析法（PCT）,揭示过去6年汾渭平原冬季颗粒物浓度演变规律,厘清汾渭平原复杂地形影响下大气污染来源特征、潜在源区及成因,识别影响汾渭平原冬季空气污染的主要天气系统类型.HYSPLIT模拟结果表明,冬季喇叭口地形城市主要受本地和邻近区域污染源影响;山区盆地地形城市更易受到100~300 km距离以内污染源的传输影响,其中,来自陕北的气团对其影响最大;峡谷地形城市更易受到300~600 km范围内污染源的传输影响;平原地形城市的污染物浓度受区域传输的影响较大.影响汾渭平原冬季颗粒物重污染的天气系统可分为高压前部型、高压后部型、均压场型及低压倒槽型,其中,高压前部型是汾渭平原冬季重污染时段最易出现的天气形势.     

地形数据输入范围对AERMOD预测结果的影响

为验证复杂地形条件下地形数据输入范围对AERMOD模型预测结果的影响,试验分别给定1个10 m低架源和1个100 m的高架源,在输入10 km×10 km、15 km×15 km、20 km×20 km 3种范围地形数据,其他参数不变的条件下,计算污染源在同样的10 km×10 km区域内小时值、日均值、年均值落地浓度的变化。结果表明,地形数据输入范围的不同对AERMOD模型计算出的污染物落地浓度预测结果有着显著的影响,试验结果中变化的网格点最大占到总网格点的23.96%,变化幅度最大可达99.96%。在某些情况下,很有可能使得部分敏感点计算结果从达标变成超标,从而造成大气环境影响评价结论的误差。通过对AERMOD和AERMAP公式的分析可知,地形数据输入范围对AERMAP确定的受体山体控制高度有一定影响,造成了AERMOD临界分流高度和烟羽权重参数计算值的变化,从而影响了AERMOD对受体处浓度的计算结果。     

基于风廓线仪等资料的珠江三角洲污染气象条件研究

利用珠江三角洲区域空气质量资料和珠海、南沙、增城的逐30 min风廓仪观测资料,以及清远探空站每天08时和20时的温度探空资料等,研究了2012年10月珠江三角洲出现的大范围持续性污染天气期间的大气边界层特征.结果表明:2012年10月珠江三角洲出现的大范围持续性污染天气主要是受到弱冷空气南下和台风外围下沉气流天气形势的影响;在污染日,增城、南沙和珠海低层风速普遍小于3 m·s-1,300m高度以下风速甚至小于2 m·s-1,增城和珠海观测站的通风量普遍小于5000~6000 m2·s-1;非污染日的通风量则远远大于污染日;在近海的南沙站和珠海站,海陆风等局地环流的的作用不利于污染物的扩散,海风约出现于下午6时,最大影响高度约600~800 m;逆温层是导致重污染的天气的重要原因,清远探空站频繁出现逆温层,甚至出现多层低空逆温,污染日的逆温层平均厚度和平均强度都较大.     

北京山前典型细粒子污染过程的气象条件分析

可吸入颗粒物(PM₁₀)是近年来北京地区冬季首要污染物,其中细粒子(PM_2.5)污染受到广泛关注,由于该地区具有山前地区的地形和气象条件,使其细粒子污染更具区域代表性.对2007年12月北京出现的4次细粒子污染过程及气象条件进行了分析,结果表明:细粒子山前累积/清除时间,ρ(PM_2.5)峰值均与气象条件相关;12月23─26日的3 d连续累积,使26日的ρ(PM_2.5)日均值达到313.4 μg/m3,是国家ρ(PM₁₀₎二级标准〔环境空气质量标准(GB3095─1996)〕(150 μg/m3)的2.1倍,超过世界卫生组织ρ(PM_2.5)日均指导值(25 μg/m3)的11倍;持续的偏南风和边界层底层局地性环流,使得京津冀南部区域细粒子以日均96.7 μg/m3的高值累积在北京山前地区,造成了12月23—31日具有代表性的北京冬季严重细粒子污染.      

Transport of photochemical oxidants along the northwestern adriatic coast

In coastal areas featuring industrial plants, air masses rich in photochemical pollutants can be transported offshore and then back inshore as a result of the land-sea breeze circulation system. Precursors of O₃ are transported out to sea in the morning hours and the offshore-formed oxidants blown back to the coast in the early afternoon by the sea breeze, thereby raising the concentration of ozone at ground level. Along the northwestern coast of the Adriatic Sea this phenomenon takes on a marked significance, involving an offshore distance of approximately 30–40 km. The present paper surveys the findings of experimental studies conducted in the Ravenna area over the last decade, and reports the results of an empirical trajectory model developed to provide a dynamic interpretation of the ground-level distribution and concentration of photochemical oxidant concentrations along the area's coastline.     

城市化对青岛夏季海陆风环流影响的个例分析

基于分辨率为500 m的青岛地区下垫面土地利用资料,利用中尺度大气数值模式Weather Research& Forecast(WRF),模拟分析了不同城市下垫面情形下,2007年8月4-5日青岛地区的一次海陆风过程.控制试验和干农田下垫面及城市下垫面两个敏感性试验都模拟出了海陆风的转换过程及城市小风区和城市热岛现象.模拟分析结果表明,城市化进程下城市区域气温明显升高,增温幅度为1～2℃,高密度城市下垫面造成的城市热岛效应增大了海陆温差,加强了海风,青岛城市热岛环流受海陆风影响显著;干农田地貌与灌溉农田、林地下垫面相比,不利于局地降温,但与城市下垫面相比,有效地加强了近地面风速.     

海岸地区三维风场与污染物输送扩散模式

首先建立了一个复杂地形条件下的中尺度三维边界层预报模式,模拟研究了局地海陆风环流条件下的三维风场。并将其输出直接作为一个三维欧拉数值模式的输入,以模拟沿海地区海陆风演变过程中,空气污染物(SO_2)浓度的时空分布。为更接近实际,还专门建立了一个只需少量常规气象资料输入的背景风诊断模式。较好地完成了这三个模式间的联接。实例模拟计算的结果表明,此联接模式是行之有效的。     

Numerical analysis of the role of sea breeze fronts on air quality in coastal and inland polluted areas

The role of moving sea breeze fronts on air quality in coastal and inland polluted areas was investigated by the numerical simulation of the transport/chemistry of air pollutants, using detailed structures of eddy diffusivity, temperature and flow fields associated with the moving sea breeze fronts. The eddy diffusivity field used was the output of a two-equation turbulence model (i.e. the k-ϵ model) and reasonably well expressed dynamical nature of turbulence in sea breeze, at its front and in an inland mixed layer (Kitada et al., 1987, Proc. Envir. Sani. Eng. Res.23, 103–113). The transport/chemistry of pollutants was calculated using a comprehensive Eulerian model, which adopts more than twenty chemical species advected (Kitada et al., 1983, Proc. 3rd. Int. Symp. on Numer. Methods in Engng, pp. 223–233; Carmichael et al., 1986, Atmospheric Environment20, 173–188).Several cases of numerical simulations were performed, being characterized by the locations of emission sources (i.e. coastal or inland), and the temporal activities of those. Results showed the following. In the coastal-source cases, (1) a circulation behind the sea breeze front was responsible for maintaining high concentration zone of photochemical product, just behind the front; (2) the local maximum of the product's concentration appeared at the upper part of the circulation (i.e. around a height of 500 m), where the temperature profile was stably stratified; (3) the concentration profile was vertically-uniform in the lower part of the circulation, where the thermal internal boundary layer extended over; in the inland-source cases, (4) updraft at the front swept away pollutants into the upper layer. Thus the vertical profile of the pollutant, having a peak at a higher level of 900–1000 m above ground, was formed; (5) this polluted zone at the higher layer remained for several hours after the front passed over. Finally, these indicate that the passage of the sea breeze front can result in complex layering of pollutants.     

上海北侧区域海陆风对污染物扩散的影响

利用数值模拟方法研究了上海北侧区域海陆风对污染物扩散的影响,包括上海城郊-崇明岛-启东市区及这三区域之间的北支水道与南支水道.使用当量法表征太阳辐射和长波辐射引起的近地面空气热量变化,模拟结果与ECMWF再分析数据呈现较好的一致性.结果表明,在海风阶段,宽海(南支水道)、窄海(北支水道)区域都能形成海风,前者较后者发生...     

Water input requirements of the rapidly shrinking Dead Sea

The deepest point on Earth, the Dead Sea level, has been dropping alarmingly since 1978 by 0.7 m/a on average due to the accelerating water consumption in the Jordan catchment and stood in 2008 at 420 m below sea level. In this study, a terrain model of the surface area and water volume of the Dead Sea was developed from the Shuttle Radar Topography Mission data using ArcGIS. The model shows that the lake shrinks on average by 4 km²/a in area and by 0.47 km³/a in volume, amounting to a cumulative loss of 14 km³ in the last 30 years. The receding level leaves almost annually erosional terraces, recorded here for the first time by Differential Global Positioning System field surveys. The terrace altitudes were correlated among the different profiles and dated to specific years of the lake level regression, illustrating the tight correlation between the morphology of the terrace sequence and the receding lake level. Our volume-level model described here and previous work on groundwater inflow suggest that the projected Dead Sea–Red Sea channel or the Mediterranean–Dead Sea channel must have a carrying capacity of >0.9 km³/a in order to slowly re-fill the lake to its former level and to create a sustainable system of electricity generation and freshwater production by desalinization. Moreover, such a channel will maintain tourism and potash industry on both sides of the Dead Sea and reduce the natural hazard caused by the recession.     

海陆风对天津市PM2.5和O3质量浓度的影响

静稳天气下局地环流往往会对污染物的传输扩散起重要作用.根据天津市地处渤海西岸,常年受到海陆风影响的特点,综合气象、环境资料及HYSPLIT模型,针对沿海、市区、城郊、山区等代表性站点,研究了海陆风对天津市ρ（PM_2.5）和ρ（O₃）的影响.结果表明:①2015年天津市海陆风天数为78 d,占全年的22%;海陆风多集中于6-9月,其中,7月海陆风日最多、2月最少.②ρ（PM_2.5）和ρ（O₃）季节性变化和空间分布特征不同.春、夏两季ρ（PM_2.5）山区最高、城郊最低;秋、冬两季ρ（PM_2.5）市区最高、山区最低.春、秋两季ρ（O₃）沿海最高、市区最低;夏季ρ（O₃）山区最高、沿海最低.③海陆风对ρ（PM_2.5）有扩散作用,对ρ（O₃）有增加作用.海陆风对沿海ρ（PM_2.5）扩散作用最为明显,致使冬、秋两季ρ（PM_2.5）分别下降20.2%和7.9%;对城郊ρ（O₃）增加作用最为明显,致使秋、夏两季ρ（O₃）分别升高39.8%和16.2%.④个例研究表明,海风向内陆推进过程中垂直方向最高可达1 000 m,受海风影响天津市ρ（PM_2.5）下降,陆风使得ρ（PM_2.5）小幅上升,海陆风总体起扩散作用;海陆风使天津市ρ（O₃）日变化出现3个峰值,日均值明显增大,其中,城郊增幅（68.2%）最大.研究显示,海陆风对天津市ρ（PM_2.5）有扩散的作用,但会增高ρ（O₃）.      

深圳地区海岸复杂地形下大气输送与扩散模拟

利用边界层预报模式提供的非定常的风场和湍流场，采用实用的考虑风切变的烟团模式模拟了海岸复杂地形下高架点源排放ＳＯ２的地面浓度变化特征。联接模式细致地考虑了地面反射，混合层穿透和反射。结果反映了风场湍流场的非均匀非定常对浓度分布有较大影响。