系留气球垂直观测平台的构建与应用

利用1 600 m~3车载系留气球,构建大气复合型污染垂直观测平台。利用该平台对近地大气边界层的多种气象要素、多种污染物浓度水平及其物理化学特性进行高分辨的垂直测量,用以研究大气边界层的形成和演变及大气污染物垂直分布和变化特征、大气光化学过程的垂直变化以及污染物的区域输送。该平台以0.5 m/s的速度进行升降,于2013年12月在上海成功应用于大气污染垂直观测,观测中共获取大气污染物有效廓线50余组。利用观测数据,初步探索上海近地层复合型大气污染的生消机制及大气污染物垂直分布特征,为上海市空气污染预警和防控对策机制的制定提供技术支撑。     

京津冀区域重污染期间PM2.5垂直分布及输送

2016年12月17～19日重污染期间,在天津市武清区高村开展车载系留气球颗粒物浓度垂直观测,并以观测数据为基础,计算了区域内PM_(2.5)传输通量.结果表明重污染过程期间,大气混合层较低,约200 m左右,PM_(2.5)浓度垂直分布特征与混合层高度密切相关,混合层以下,PM_(2.5)浓度较高,垂直变化特征不显著,形成明显的污染层,混合层以上,PM_(2.5)浓度迅速降低并维持在降低水平.观测期间,粒径小于1. 0μm颗粒物浓度较高,粒径大于2. 2μm颗粒物浓度较低,近地层粒径为0. 777μm颗粒物浓度最高.颗粒物浓度粒径谱分布与相对湿度和混合层高度相关,高湿度和低混合层下颗粒物浓度粒径谱分布较宽泛.观测期间,PM_(2.5)在西南方向上的传输通量最高,占总传输通量的63. 3%,其中46～156 m和156～296 m高度之间PM_(2.5)传输通量最高.近地面300 m内PM_(2.5)传输主要以西南方向传输为主,300 m以上传输方向较分散.     

天津地区污染天气分析中垂直扩散指标构建及运用

基于255 m气象塔风、温和PM_(2.5)质量浓度数据获取天津地区大气稳定度特征,利用中尺度大气化学模式构建垂直扩散指数β和φ,开展天津地区污染天气预报中垂直扩散分析方法的研究,以期提高天津地区重污染天气预报预警准确率.结果表明,综合运用大气稳定度、基于边界层平均PM_(2.5)质量浓度与近地面PM_(2.5)质量浓度比值构建的垂直扩散指数β,基于数值模式chemdiag功能(以CO为示踪物)构建的垂直扩散指数φ,可以在污染天气预报中较好的进行大气污染物垂直扩散能力分析.当07:00~08:00和18:00~20:00大气稳定度为D及以上时,相比大气稳定为C及以下时,出现重污染天气的概率成10倍的增加;使用垂直扩散指数β和风速双重指标判断重污染天气,比单一的风速指标判断准确率提升67%;垂直扩散指数φ与近地面PM_(2.5)质量浓度相关系数达到0.8,当垂直扩散指数φ小于0.52时,重污染天气概率75%,可识别59%的重污染天气.     

佛山地区干季边界层垂直风温结构对空气质量的影响

利用佛山地区2013年12月大气边界层观测试验得到的垂直风温资料和相应逐日AQI资料、逐时PM_(2.5)浓度资料,研究了佛山地区大气边界层垂直风温结构对空气质量的影响.结果表明:佛山地区干季持续存在的逆温结构是导致PM_(2.5)污染较重的重要原因.干季污染日近60%的最低逆温层高度低于1000 m,而非污染日低于1000 m的最低逆温层仅占36%,污染日佛山贴地逆温频率高达31.2%.逆温层出现高度较低,将污染物压缩积累在贴地层大气中导致污染较重.在大陆冷高压控制下,佛山地区的边界层结构演化非常典型,最大边界层高度和最大边界层通风量表现出了显著相关,污染日日平均边界层高度始终维持在较低的水平,多数时候不足500 m,最大边界层高度则大部分小于1000 m,日平均边界层通风量主要分布在500~1500 m~2·s~(-1)之间,在极端情况下甚至不足300 m~2·s~(-1),最大边界层通风量大部分处于1500~5000 m~2·s~(-1)之间,导致污染物始终聚集在较低的大气边界层内,使得PM_(2.5)浓度长时间维持在较高的污染水平.佛山地区风场存在显著的3层结构,较小的底层风速意味着大气的输送和扩散能力较弱,高度较低的中层使得污染物进一步被压缩累积在大气底层,垂直风场的不稳定性使得污染日佛山地区局地回流活跃,回流(RF)指数极小值多分布在0.2~0.4之间,污染日RF指数普遍小于非污染日,垂直风场的有效输送能力被显著削弱.     

基于无人机探空和数值模拟天津一次重污染过程分析

污染发生在边界层中,边界层热力和动力垂直结构对重污染天气形成有显著影响.本文基于无人机探空、地基遥感观测和数值模式,开展天津地区2019年1月10~15日重污染过程期间边界层垂直结构及污染成因分析,以期加强北方沿海城市边界层过程对重污染影响规律认知,提升重污染天气预报预警准确率.结果表明：大气温度层结对重污染天气形成、持续和消散有显著影响,此次过程伴随逆温层的发展和消散,PM_2.5高浓度区白天向大气上层发展,高度可达300 m以上,夜间向近地面压缩,高度在100 m左右;雾天气出现并在白天维持,改变了边界层垂直结构特征,雾顶逆温的持续存在抑制了污染物向大气上层扩散,使得白天湍流垂直混合过程贡献明显下降,导致近地面重污染天气维持和发展;过程期间区域输送贡献率为66.6%,边界层垂直结构与重污染天气区域输送密切相关,区域污染物输送高度主要出现在边界层顶部以及雾顶逆温层以上的大风速层处,且随着边界层和雾顶抬升高度的变化,通过下沉运动影响地面,形成北部弱高压天气控制下静稳天气区域输送;边界层垂直结构影响冷空气对空气质量的改善效果,S3阶段雾顶的强逆温导致冷空气无法通过湍流切应力传导到地面,在高低空存在明显的风速差,冷空气影响地面时间延后,作用减弱,重污染天气无法彻底缓解.     

武清地区冬季一次重污染过程垂直分布特征

为研究京津冀地区重污染过程大气污染物的垂直分布特征,于2016年12月13日重污染前（11:49-12:18）和12月18日重污染期间（11:00-11:16）在北京市、天津市、河北省交界处的武清地区利用系留气球开展1 000 m以下的大气观测,探究污染物的垂直分布特征及对流边界层、覆盖逆温层和混合层等要素对重污染形成的影响.结果表明:①在重污染前,大气层结不稳定,ρ（PM_2.5）、ρ（NO_x）与ρ（O₃）随高度变化不明显,存在明显的垂直对流运动,有利于大气污染物的扩散;PM_2.5/PM₁₀[ρ（PM_2.5）/ρ（PM₁₀）]在800 m以下为0.60~0.80,在800~1 000 m以上大于0.90.②重污染期间,近地面大气层分为对流边界层（距地面0~150 m）、覆盖逆温层（150~370 m）、混合层（370~500 m）和自由大气（500 m以上）4个层次.③NO_x主要在对流边界层内聚积;高空O₃在向近地面扩散时受强混合层阻挡,在混合层出现一个小峰值;PM_2.5不仅在近地面聚积,而且在覆盖逆温层内聚积,ρ（PM_2.5）在覆盖逆温层内呈双峰（峰值分别出现在150和370 m）分布,其粒径集中在0.5~1.0 μm,属于积聚态气溶胶.研究显示,在不利扩散条件下,汽车排放、村镇居民供暖排放的污染物聚积及二次颗粒物的生成是重污染形成的重要因素.      

深圳冬季边界层大气中污染物垂直分布特征

为更好地掌握深圳城区近地边界层大气污染物的性质、来源及大气理化过程,2017年冬季利用深圳市356 m石岩梯度观测塔进行大气主要污染物的垂直观测,获得包括4个高度(60 m/70 m、110 m/120 m、210 m/220 m和325 m/335 m)的污染物浓度垂直分布廓线.分析了不同高度浓度的垂直廓线、相关性和日变化特征,并探讨了风向风速对其的影响.结果表明,SO_2浓度随高度升高先降低再升高,在高空存在明显的区域输送特征;NO_x、PM_(2.5)、PM_(10)浓度随高度升高而下降,70 m高度近地大气中NO_x和PM_(2.5)受局地源影响显著,白天存在由近地大气向上混合扩散的过程,而PM_(10)中的粗粒子部分在整个气层中显现出一个比较稳定的本底值;O_3浓度随高度升高而升高,主要由于夜间高空O_3缺乏NO的滴定反应而具有一个较高的背景值.     

2015年“十一”期间北京市大气重污染过程分析

采用垂直观测、地面观测、PM_(2.5)化学组分观测和气团轨迹分析等手段,对2015年10月份北京市一次大气重污染过程进行了分析.结果表明,重污染时近地面层气溶胶消光系数升高,污染物主要积聚在600m以下.重污染期间气象要素特征为:风场弱,湿度大,地面受弱气压场控制,边界层高度极低.重污染期间不同站点PM_(2.5)浓度变化趋势和峰值出现时间较为一致;大部分时段PM_(2.5)中NO_3~-浓度明显高于其他组分;周边区域受重污染的影响面积相对较小,高浓度区主要集中在北京市及近周边地区.多手段的观测结果以及PM_(2.5)浓度与气象要素和各化学组分的相关性分析的结果均表明:区域传输,包括秸秆焚烧,对本次北京市重污染天气过程具有一定的影响,但本地机动车排放在不利气象条件下的积累、二次转化以及垂直方向空间的极端压缩是导致重污染的主要原因.     

石家庄市一次大气重污染过程的边界层特征和成因分析

针对石家庄市2015年12月5—14日出现的重污染过程,利用石家庄市逐日地基微波辐射计、风廓线雷达、地面气象观测资料以及同期的污染物观测资料,分析了重污染过程期间大气边界层温度、湿度、风变化特征及对PM_(2.5)的影响,采用Hysplit后向气团轨迹模式对污染来源进行分析。此次重污染以局地排放为主要形成源,期间冷空气势力弱,地面日平均风速均在1.5 m/s以下,日平均相对湿度均在70%以上,风速小、湿度大,稳定的大气环流形势为重污染提供了持续稳定的大气环境背景。逆温形成及快速增厚导致重污染开始,逆温层平均厚度为683 m,逆温层厚、强、不易消散,导致重污染持续时间长、污染重。近地面小风层厚(平均700 m左右),通风能力弱,导致污染物难以稀释扩散。同时近地层湿度大、厚度厚,使得PM_(2.5)更容易形成和积累,对重污染加重起到了促进作用。     

成都市污染边界层高度的演变特征分析

基于2014年1月21日至2月5日成都市人民南路四段逐时PM_(2.5)质量浓度、大气能见度资料以及同期Mie散射激光雷达探测数据,遵循消光系数与细颗粒物质量浓度之间的关系,探讨污染边界层高度的演变特征。结果表明:污染时段内的污染边界层高度偏低,平均为221m;污染边界层高度与地面PM_(2.5)浓度的变化具有明显相关性,但污染边界层高度改变在前,地面PM_(2.5)浓度响应在后;污染边界层高度的日变化表现为单峰单谷型,峰值和谷值分别出现在08:00时和14:00时前后。     

南黄海营养盐的垂直分布特性及其垂向输运规律

根据“中韩黄海水循环动力学合作研究”项目１９９６～１９９８年６个航次的调查资料，对南黄海营养盐的垂直分布特征及其垂向输运规律进行了初步探讨。结果表明：（１）南黄海中北部（３４～３７°Ｎ），除冬季营养盐呈垂直均匀分布外，其他季节在远岸海域则呈现明显的层化现象，且在某些海域营养盐等值线呈上凸趋势或呈马鞍形分布，这与生物活动和黄海冷水团及其垂直环流有关；在近岸浅水区，营养盐基本呈垂直均匀分布。（２）南黄海南部（３４°Ｎ以南）：西侧浅水区（水深＜４０ｍ），营养盐基本呈垂直均匀分布且含量很高；东侧深水区，冬、春季营养盐垂直分布均匀且含量较低，夏、秋季时由于来自东海北部的冷水沿坡爬升，营养盐等值线呈极明显的上凸趋势。     

基于压差的二氧化碳垂直采样分析技术

本研究开发了一套基于直接采样技术的二氧化碳（CO₂）垂直廓线采样分析系统,分析近地面至25km高空CO₂浓度的垂直分布.系统通过压差实现垂直方向连续采样,利用CRDS高精度分析技术对不同高度样品进行定量分析,计算得到采样区域CO₂浓度廓线.于2018年6月13~14日,在内蒙古锡林浩特国家气候观象台利用平流层探空气球平台进行了观测实验.实验室测试显示,CO₂分析准确度优于0.06×10^-6,精度优于0.08×10^-6.外场实验获得区域近地面至25km高空CO₂浓度的高分辨率垂直廓线,显示CO₂在不同高度的分层结构.考虑不同高度样品扩散作用,系统垂直分辨率在10km高度以下优于580m,在10~20km高度优于3.3km.研究表明：分析系统可搭载在合适探空平台上进行CO₂垂直观测,获取浓度廓线,可为传输模式提供数据,并为碳卫星遥感数据提供实测数据校验.     

基于Sentinel-5P卫星的中国NO2浓度遥感监测

NO₂是重要的痕量气体,对其监测有助于大气污染治理。本文基于Sentinel-5P大气污染监测卫星提供的对流层NO₂浓度数据和总NO₂浓度数据,借助谷歌地球引擎(google earth engine,GEE)分析了2018~2021年间中国大气NO₂浓度时空变化特征,使用OLS模型揭示了中国地区NO₂浓度的主要影响因子。结果表明:我国对流层NO₂浓度空间分布呈现东高西低的总体格局,东中部城市群对流层NO₂柱浓度水平明显呈现冬高夏低、春秋过渡的季节特征,西部大部分城市的四季变化不明显。北京、深圳、上海3所城市NO₂柱浓度分布呈现出较为显著的圈层结构。OLS模型结果表明,中国地区NO₂浓度变化受到社会经济和自然因素的共同影响,其中城市化程度是影响NO₂排放的重要因子。     

新形势下舰载垂直发射装置发展趋势

分析了国内外舰载发射装置发展的基本概况,得到了国内在舰载垂直发射装置发展过程中存在的问题。垂直发射装置通用化、系列化程度低;对舰艇的适装性,安全性不能满足多弹种、大载弹量的需求;不能满足对中远程导弹发射的需要;协同作战能力不足;电磁弹射型垂直发射装置在舰艇上的应用还是空白;贮弹量小,远洋作战补给能力不足。针对上述问题,提出了外围化、通用化、系列化、小型化、模块化、并型化垂直发射装置,并对电磁弹射型和中远程垂直发射装置作了阐述。指出了新形势下多型舰载垂直发射装置适装新型舰艇的发展概况,适应了舰艇在未来作战新需求的需要。     

论乌海及周边地区推广气烧石灰竖窑的可行性

本文介绍了使用焦炉煤气做气烧石灰竖窑清洁燃料国内发展概况，阐述了在乌海及周边地区利用丰富石灰石资源和焦炉剩余煤气开展清洁生产、减少环境污染、进行循环经济的必然选择，并从石灰石生产工艺选择，环境效益分析方面进行了讨论。     

鄱阳湖水域DW采样点底泥重金属垂直污染分析

为了建立鄱阳湖水域沉积物中重金属的相关研究方法,了解重金属污染物的迁移规律,并探讨底泥中重金属的垂直分布特征及年代分布变化,采用助推式柱状土壤采样器通过临水垂直插管法采集鄱阳湖水域底质样品,利用微波消解—ICP-AES分析体系对柱状样中不同深度的样品,进行Cu、Pb、Cr等重金属含量的测定。结果显示,柱状DW采样点泥样中重金属浓度大小依次是Mn>Pb>Cr>Cu>Ni,其含量随深度变化呈锯齿状多峰分布特征,且锯齿形状很相似,由深至浅总体有上升的趋势。Cu、Mn含量随年代变化也呈锯齿型分布,Cu含量1964年最高(125.115mg/kg),Mn含量1990年最高(1165.119mg/kg),分别是背景值的5.1、3.5倍。     

基于垂直加密观测的北京地区霾和沙尘复合污染形成条件分析

为了弄清蒙古气旋外围出现的霾和沙尘复合污染特征及其形成的关键气象条件,本研究利用多种遥感设备（增强型云高仪、风廓线雷达和微波辐射计等）垂直加密观测数据,结合大气主要污染物（PM₁₀、PM_2.5、SO₂、NO₂）监测数据、加密自动气象站观测数据,以及常规地面和高空气象观测数据、NCEP再分析数据等,分析发生在北京春季的2次霾和沙尘重污染过程.结果表明,2017年5月4—5日为一次PM₁₀和PM_2.5混合污染过程,与上游地区强烈发展的蒙古气旋后部风沙区的输送有关.上游地区因受中-低空西来槽影响上升气流加强,使沙尘细颗粒物（粒径≤10 μm）悬浮于空中,由中-低空偏西风输送至下游地区,被北京及附近的弱下沉气流带至地面造成严重的PM₁₀、PM_2.5混合污染.其中,地面偏西风对上游地区的PM₁₀、PM_2.5的水平输送作用明显;2018年3月27—28日凌晨是受蒙古气旋底部低压区辐合作用和偏南气流输送作用形成的积累型霾（PM_2.5）污染.28日凌晨2：00开始蒙古气旋后部沙尘区随东-西向冷高压南压而向南扩散.随后冷高压不断东移形成回流偏东风,偏东风使北京及西北部地区的低层大气产生辐合上升运动,导致本地尘土扬起,造成PM_2.5重污染和PM₁₀极严重污染;浮尘天气引发的大气污染具有突发性特征,且持续时间较长.边界层高度低、低层大气存在逆温层（或等温层）并长时间维持是霾和沙尘复合污染形成和持续的重要条件.霾和沙尘复合重污染的形成是人为污染物、沙尘细颗粒物水平和垂直输送,以及大气层结稳定共同作用的结果.     

长春市区SO2浓度垂直分布特征及成因分析

文章结合长春市污染源情况和气象因素，通过实测长春市区低空不同高度的二氧化硫浓度，初步探讨了二氧化硫的垂直分布特征是：随着高度的增加二氧化硫的浓度避渐降低，但在低空其变化不十分明显。     

两类典型沙尘过程对比及清除机制分析

沙尘天气会危害人体健康并直接影响城市运行,当沙尘天气发生后,针对其清除过程及动力学机制鲜有研究.本文利用北京地区地面观测资料、风廓线雷达数据、四维变分多普勒雷达分析系统（Variational Doppler Radar Analysis System,VDRAS）数据、气溶胶激光雷达监测资料等,对比分析了2018年3月27—28日明显浮尘和2021年3月15日强沙尘暴天气的沙尘清除过程,研究了不同大气环流背景下的沙尘减弱消散动力机制.结果表明,在3月27—28日偏东风天气背景下：(1)北京地区沙尘浓度垂直分布及变化与高空槽及偏东风的强度垂直分布有紧密关系;(2)浮尘天气中,偏东风在1～1.5 km之上随高度减弱形成上升气流,与短波槽耦合,将高浓度气溶胶向高空输送;而1 km以下偏东风向地面风速减小,有利于下沉运动,不利于气溶胶向高层扩散,造成中层浓度降低;(3)随着2.5 km以下偏东风加强至低空急流,并随高度增加,上升运动显著增大,高浓度气溶胶被抬至高层并向下游输送,配合气团更迭,完成浮尘清除.而在3月15日强沙尘暴过程中：(4)沙尘浓度垂直分布变化与上游传输及低层强下沉运动有关,...     

大气气溶胶多层结构的激光雷达探测

目的探测大气气溶胶的垂直分布,表征气溶胶的垂直结构和各层气溶胶的性质。方法使用金华站点激光雷达观测数据进行个例分析,用梯度法对边界层进行反演,利用退偏振比、颜色比和光学厚度对大气中不同高度的气溶胶层进行分析。结果大气垂直结构会出现多层不同性质的气溶胶层,激光雷达可以准确地探测气溶胶随时间变化的垂直结构特征。选取0点至8点进行分析表明,在1.5km高度上下出现两层气溶胶层,上下两层气溶胶层呈现出不同的性质,且其性质会随时间变化而改变。结论大气边界层以外气溶胶分布较为复杂,利用激光雷达探测的气溶胶消光系数、退偏振比、颜色比和光学厚度等参数能够较好地表征气溶胶的垂直结构和各层气溶胶的性质。