不同天气系统影响下广东省酸雨特征对比分析 ——气象场数值模拟

运用WRF模式对3种不同天气系统(冷锋,低压槽以及台风)造成的广东省酸雨个例进行数值模拟,结合实际测站资料对酸雨分布特征及影响酸雨过程的风场、湿度场以及温度场进行分析.结果表明个例中酸雨主要分布在珠江三角洲区域以及重工业区韶关.不同天气系统影响下的降水酸度略有不同,台风个例降水pH值最高(5.81),其后依次为低压槽降水(5.60)及冷锋降水(5.40). 冷锋降水个例中酸雨的分布及变化主要受风速,风向,相对湿度及逆温的影响,低压槽和台风降水个例中的酸雨分布及变化主要受降水量和风速的影响.风速和降水量的增加有利于缓解降水的酸度,而逆温层的存在及不同风向的辐合作用有利于降水酸度的增加.     

中国南方地区台风降水贡献分析——以2013年台风降水为例

台风是影响中国南方降水的重要天气系统。依据中央气象台台风观测资料和国家级气象观测站地面降水资料,将泰森多边形计算方法和ArcGis技术相结合,分析了2013年登陆或严重影响中国的台风降水特征,定量评价了其对中国南方地区降水的贡献,以及降水贡献在时空两方面的演变特点。研究结果表明：（1）2013年南方地区台风降水贡献为16.9％,占常年（1981—2010年）淡水（降雨）资源的17.2％。（2）空间分布上,自西向东,从北至南,台风降水贡献增大,东南沿海最大。（3）月度降水贡献呈双峰型,6—8月台风降水贡献逐渐增强,8月达8.3％;9月台风降水贡献陡降,10—11月继续增强,11月为3.2％。通过台风降水贡献的研究,对于更好利用台风降水和科学预防台风灾害具有重要意义。     

典型天气系统下海西城市群污染物浓度变化特征

利用2006-2010年海西沿海9个城市环境监测站主要污染物PM10浓度数据和每天对应的影响天气系统以及气象要素的变化,选取典型过程,分析天气系统变化时对应PM10浓度的变化特征。结果表明:(1)暖区辐合最不利于污染物的扩散,暖区辐合中心所在的地方,也是PM10污染最严重的地方;(2)变性冷高压后部比高压底部更易造成大气污染物浓度升高;(3)一般情况下,高空槽前易出现降水,有利于污染物的清除;而槽后不利于降水,易造成污染物的堆积;(4)登陆台风影响时,跟城市与登陆台风的相对位置有关:北部登陆台风有利于海西中北部城市污染物的扩散;中部登陆台风影响时,海西城市群PM10浓度均有明显降低;南部登陆台风影响时,南部城市群在台风登陆后,PM10浓度有明显下降。     

影响上海的一次沙尘过程WRF-Dust数值模拟

利用完全耦合大气化学模式WRF-Dust(Weather Research and Forecasting-Dust)对2011年5月1~4日影响上海地区的一次典型沙尘天气过程进行了数值模拟研究,并与观测资料进行了对比分析.结果表明:WRF-Dust模式成功模拟了此次沙尘过程的形成、发展和演变的整体特征及其影响时间及范围;较好地模拟了沙尘到达上海的时间(模式和观测均在1日11:00前后)和直接影响的结束时间(2日02:00前后),而且模式沙尘浓度与观测资料较为一致;但局部地区和部分时段的气象条件和沙尘模拟还存在一定的偏差,未能准确模拟过程后期沙尘回流对长三角沿海地区的影响.分析了导致模拟偏差的原因,并探讨了提高模式沙尘模拟能力的可能途径.     

影响上海的一次沙尘过程WRF-Dust数值模拟

利用完全耦合大气化学模式WRF-Dust(Weather Research and Forecasting-Dust)对2011年5月1~4日影响上海地区的一次典型沙尘天气过程进行了数值模拟研究,并与观测资料进行了对比分析.结果表明:WRF-Dust模式成功模拟了此次沙尘过程的形成、发展和演变的整体特征及其影响时间及范围;较好地模拟了沙尘到达上海的时间(模式和观测均在1日11:00前后)和直接影响的结束时间(2日02:00前后),而且模式沙尘浓度与观测资料较为一致;但局部地区和部分时段的气象条件和沙尘模拟还存在一定的偏差,未能准确模拟过程后期沙尘回流对长三角沿海地区的影响.分析了导致模拟偏差的原因,并探讨了提高模式沙尘模拟能力的可能途径.     

2013年台风决策气象服务浅析

2013年在西北太平洋和南海海域共有31个编号热带气旋生成,其中有9个在中国登陆.2013年台风活动具有生成个数多、登陆个数偏多,登陆强度强、登陆集中在华南,灾害损失重等特点.分析2013年登陆我国的台风气象决策服务情况,发现“天兔”提前5天即给出了明确的登陆预测信息,但与实际情况差异较大;“潭美”、“天兔”和“菲特”台风气象服务效果较好,均提前2天给出了准确的登陆点和强度预报.其中“菲特”作为1949年以来在10月份登陆我国大陆的最强台风,“菲特”台风气象服务开展迅速有力,决策服务启动早,预警信息发布频次高,部门应急联动及时,各级政府防范有力,其造成的人员伤亡及社会影响远轻于以往同类台风.     

台风"玛莉亚"期间福州、将乐降水δ18O变化特征及影响因素

基于2018年第8号台风"玛莉亚"登陆前后福州、将乐两地小时分辨率的降水同位素数据,结合气象资料,分析了此次台风期间两地的降水δ18O变化特征及影响因素.台风"玛莉亚"影响期间,福州降水δ18O值变化范围为-2.72‰ —-10.52‰,振幅达7.80‰,平均值为-8.42‰,呈现倒U型的三阶段变化特征,阶段1、3降水δ18O值相对偏正,受蒸发效应影响显著;阶段2降水δ18O值显著偏负,平均值为-8.95‰,远低于福州夏季多年降水δ18O平均值-6.53‰.将乐降水δ18O值变化范围为-1.70‰ —-11.93‰,振幅为10.23‰,平均值为-10.06‰,呈现"厂"字型的两阶段变化特征,阶段1降水δ18O值相对偏正,变化范围为-1.70‰ —-7.54‰;阶段2降水δ18O值显著偏负,平均值为-10.66‰.台风期间,两地阶段2的降水δ18O值受"云雨区效应"的影响显著偏负.随着台风登陆并向内陆移动,受同位素瑞利分馏及地形的影响,内陆将乐δ18O值进一步偏负.水汽输送通量分析表明,此次台风影响期间水汽主要来源于西北太平洋、印度洋和南海通道.     

天津市突发事故条件下大气污染的应急模拟

基于数值天气预报模式和自动气象站观测资料,采用随机游走粒子-烟团模式对天津市突发事故条件进行应急示踪模拟试验.结果表明,模式能在10min内给出计算结果,并能较好地模拟大气突发事故的大气扩散过程,粒子的散布和积分浓度的分布均能反映出大气突发事故污染物扩散路径和影响范围的变化,可以作为事故应急决策系统的大气扩散模块,为早期应急和后果评价提供更接近实际的信息.     

对一次冻雨天气的数值模拟分析

该文根据河北省常规地面观测资料和北京站、张家口站的探空资料,分析了此次冻雨过程的温湿结构特征,并且利用WRF中尺度数值模式,结合NCEP再分析资料,对此次冻雨天气过程进行了数值模拟。结果表明张家口上空的降水云系的云顶高度约为1.5km,云顶温度为-10℃,降水是以雪的形式降落的;然而,发生在北京地区的冻雨过程的云顶高度约为1.5 km,降水云系云顶温度约为-2℃,整个云体温度在-2~-8℃,云层中的部分水是以过冷却水的形式降落到0℃以下的地面物体上,形成冻雨,且为暖雨机制。     

台风“麦德姆”福州降水δ~(18)O特征及水汽来源分析

大气降水的氢氧同位素不仅在长时间尺度和短时间尺度上对气候环境有一定的响应,而且在极端天气事件中也响应强烈。论文基于2014年7月23—24日10号台风麦德姆登陆前后福州降水的氢氧稳定同位素分析,发现台风麦德姆降水的δ~(18)O变化范围为-7.2‰~-15.4‰,整个降雨过程分为3个阶段:阶段1(23日3:00至23日12:00),雨水δ~(18)O相对偏正(加权平均值为-7.8‰),降水开始增加,主要受台风外围环流的影响;阶段2(23日12:00至24日8:00),雨水δ~(18)O显著偏负(加权平均值为-13.9‰),采样点降水量达134.8 mm,约占观测时段降水量的78%,降雨量效应明显,主要受台风云雨区影响;阶段3(24日8:00至24日17:00),雨水δ~(18)O偏正(加权平均值为-9.2‰),降水减少,台风远离福州。通过降水δ~(18)O的阶段性特征以及过量氘,结合水汽输送通量与HYSPLIT-4模拟水汽轨迹分析,确定此次降水的水汽源主要来自西北太平洋水汽通道与孟加拉湾和南海水汽通道。     

亚洲大陆2000～2002年春季大气沙尘时空特征的数值模拟

将矿物沙尘释放与沉降模式和全球大气化学传输模式相耦合,建立了一个能够完整描述沙尘的扬起、输送和沉降动态过程的模式系统,并利用实时气象资料强迫该模式,对2000、2001和2002年春季(3～5月)亚洲大气沙尘时空特征进行了数值模拟研究.结果表明,模拟的3年春季平均大气柱沙尘浓度分布与地面观测的3年春季平均沙尘暴频率分布范围基本吻合,模拟的沙尘气溶胶光学厚度与卫星观测的气溶胶指数具有显著的相关性,验证了该模式对亚洲沙尘的扬起、传输和沉降过程及大气沙尘载荷时空特征有较好的模拟能力,并基于模拟的沙尘释放通量与沙尘气溶胶光学厚度的相关分析,探讨了亚洲沙尘可能的传输路径.     

台风“杜鹃”降水δ~(18)O的云雨区效应初探

我国东南地区台风降水显著,但对这种强降水事件中的稳定同位素研究较少,限制了对短时间极端降水稳定同位素变化过程和影响因素的认识。论文根据2015年9月28日至29日第21号台风"杜鹃"两次登陆(台湾宜兰、福建莆田)前后台北、福州两地气象数据和降水稳定同位素数据,分析了此次台风的降水稳定同位素变化特征及影响因素。台风期间,两地降水δ~(18)O波动范围为-3.4‰～-15.0‰,变化幅度达11.6‰。台风前端和尾端两地降水同位素值相对偏正,平均值为-4‰～-6‰;而台风中端两地降水同位素值极其偏负,平均值分别为-12.4‰和-13.2‰。台风前端与尾端降水同位素值偏正,水汽受蒸发效应影响明显;而台风中端降水δ~(18)O值极端偏负主要受"云雨区效应"的影响,即云雨区气流急剧上升,水汽在过饱和环境中快速凝结降落,受动力分馏作用小,降水δ~(18)O极端偏负。结合降水δ~(18)O变化特征、过量氘及模拟水汽轨迹,得到台风"杜鹃"降水主要的水汽来源为西太平洋海域。     

台风“麦德姆”福州降水δ18O特征及水汽来源分析

大气降水的氢氧同位素不仅在长时间尺度和短时间尺度上对气候环境有一定的响应,而且在极端天气事件中也响应强烈。论文基于2014年7月23—24日10号台风麦德姆登陆前后福州降水的氢氧稳定同位素分析,发现台风麦德姆降水的δ¹⁸O变化范围为-7.2‰~-15.4‰,整个降雨过程分为3个阶段：阶段1（23日3：00至23日12：00）,雨水δ¹⁸O相对偏正（加权平均值为-7.8‰）,降水开始增加,主要受台风外围环流的影响;阶段2（23日12：00至24日8：00）,雨水δ¹⁸O显著偏负（加权平均值为-13.9‰）,采样点降水量达134.8 mm,约占观测时段降水量的78%,降雨量效应明显,主要受台风云雨区影响;阶段3（24日8：00至24日17：00）,雨水δ¹⁸O偏正（加权平均值为-9.2‰）,降水减少,台风远离福州。通过降水δ¹⁸O的阶段性特征以及过量氘,结合水汽输送通量与HYSPLIT-4模拟水汽轨迹分析,确定此次降水的水汽源主要来自西北太平洋水汽通道与孟加拉湾和南海水汽通道。     

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。     

台风过程珠江三角洲边界层特征及其对空气质量的影响

利用2006年7月珠江三角洲南北向3个点为期1个月的小球测风、低空探空资料及9个地面气象站逐时风向、风速资料,通过计算和分析风、温梯度资料,研究了台风过程珠江三角洲边界层特征及其对珠江三角洲地区空气质量的影响,重点分析了台风下沉气流影响导致灰霾天气期间的边界层结构.结果表明,2006年7月珠江三角洲地区空气质量主要受2个台风过程影响,当台风中心位于粤东及福建以东海域时,台风外围的下沉气流会对珠江三角洲地区的空气质量产生强烈影响,出现灰霾天气.在台风登陆前出现灰霾日时,珠江三角洲被均压场所控制,大部分区域为静小风,沿海地区会出现局地的海陆风,边界层风速较小.在200~500m低空会出现逆温层,同时最大混合层高度迅速下降到不足500m.     

一次强降水过程TWP16风廓线雷达资料分析

利用TWP16风廓线雷达资料,对2019年8月10—15日"利奇马"台风在辽宁盘锦登陆引发的强降水天气过程进行诊断分析.结果表明,风廓线雷达资料从时间和空间上能准确清晰地对这次强降水的天气系统变化过程进行连续监测.对流层中下层径向速度大于9 m/s(极值为11.2 m/s)、SNR大于55 dB(极值为70 dB)、Cn2大于1.0×10–10、速度谱宽大于2.5 m/s是强降水发生发展阶段,整个大气层垂直风场运动与降水过程有着较好的对应关系.对流中下层垂直下沉速度数值越大,降水越强,SNR能够很好地揭示强降水发生、发展、结束时雷达接收到目标散射信号的强弱,Cn2最大值1.0×10–10出现的最大探测高度和持续时间与降水有密切的关系.降雨不同高度层内,速度谱宽与其降雨量存在着显著的线性关系,即降雨强度越强,速度谱宽数值越大,反之利用速度谱宽的变化趋势可以得到降水强的变化趋势.研究结果揭示了风廓线雷达水平风廓线、径向速度、SNR、速度谱宽与降雨强度之间的内在联系,为风廓线雷达应用在降雨天气监测提供了参考.     

台风“杜鹃”降水δ18O的云雨区效应初探

我国东南地区台风降水显著,但对这种强降水事件中的稳定同位素研究较少,限制了对短时间极端降水稳定同位素变化过程和影响因素的认识。论文根据2015年9月28日至29日第21号台风“杜鹃”两次登陆（台湾宜兰、福建莆田）前后台北、福州两地气象数据和降水稳定同位素数据,分析了此次台风的降水稳定同位素变化特征及影响因素。台风期间,两地降水δ¹⁸O波动范围为-3.4‰~-15.0‰,变化幅度达11.6‰。台风前端和尾端两地降水同位素值相对偏正,平均值为-4‰~-6‰而台风中端两地降水同位素值极其偏负,平均值分别为-12.4‰和 -13.2‰。台风前端与尾端降水同位素值偏正,水汽受蒸发效应影响明显;而台风中端降水δ¹⁸O值极端偏负主要受“云雨区效应”的影响,即云雨区气流急剧上升,水汽在过饱和环境中快速凝结降落,受动力分馏作用小,降水δ¹⁸O极端偏负。结合降水δ¹⁸O变化特征、过量氘及模拟水汽轨迹,得到台风“杜鹃”降水主要的水汽来源为西太平洋海域。     

基于天气背景天津地区重污染天气特征分析

以天津地区长序列观测PM_(2.5)质量浓度资料为依托,基于天气背景对2014—2016年天津地区重污染天气特征进行分析,并以此为基础评估天津环境气象数值模式(WRF/Chem)在不同天气条件下的模拟效果.结果显示:2009—2016年天津地区重污染天气为341 d,约占全部天数的11.7%,重污染天气主要出现在每年的10月—次年3月,约占全年的82%,重污染天气出现的地面形势主要为锋前低压区、低压槽前、均压场和高压后,4类天气类型占所有重污染天气的73%.同一天气背景下,PM_(2.5)质量浓度模拟值与实况值之间的误差有相似之处,低压槽天气时细颗粒污染浓度模拟明显偏低;冷锋前低压区、华北地形槽和低压过程模拟值略有偏低;高压前和高压底天气模拟值略微偏高;数值模式天津地区重污染TS(Threat score)评分为0.68,漏报与低压槽辐合线模拟位置偏差、冷空气受污染反馈作用影响、小尺度闭合低压区未准确模拟3个因素密切相关;空报主要与冷空气过程影响时间模拟偏差、高压中心位置偏差及其输送通道建立时间影响密切相关.     

华南地区典型酸雨过程气象条件的数值模拟

利用MM5 中尺度气象模式对广东地区2004 年4 月6~7 日一次典型酸雨过程的气象条件进行数值模拟.从酸雨实测、实际天气图和卫星云图资料出发,结合数值模拟结果对造成典型酸雨过程的流场、水汽场、高度场以及位温场进行分析,并讨论此次酸雨过程局地源和外来源的可能贡献.结果表明,此次酸雨过程是由典型的冷锋过境降水所造成的,冷暖空气交汇造成明显的风切变和水汽梯度,锋面逆温层高度低,不利于污染物的稀释扩散.从广州地区不同酸雨测点的资料可见,除了外来输送源外,广州地区局地源对于酸雨pH 值也有一定的影响.     

云下湿清除作用对长三角PM2.5模拟的影响

为探讨云下湿清除作用对长三角地区PM_2.5浓度模拟的影响，在华东区域大气环境数值预报系统中新增了气溶胶云下湿清除过程参数化方案，对比分析了2018年12月1日至2019年2月28日降水对长三角地区PM_2.5的清除作用及其对数值模拟效果的改进.结果表明，模式对该时段内的降水和PM_2.5浓度均有很好的模拟效果，模拟的数值、空间分布和变化趋势均与观测有良好的一致性；增加云下湿清除作用后长三角地区PM_2.5浓度模拟效果得到明显改善：平均偏差、平均误差和均方根误差分别减小4.85，1.72，2.35μg/m³，归一化偏差和归一化误差分别降低0.14和0.08，约90%城市的相关系数、均方根误差、平均误差、归一化误差得到改进；云下湿清除作用使模拟PM_2.5浓度随雨强增大而降低，解决了模式湿清除过程的不足.同时，增加云下湿清除作用会加剧部分城市PM_2.5模拟浓度偏低的现象，这需要通过其他过程的完善予以改进.