深凹露天矿流场与污染物散布的模拟研究

利用高阶矩湍流闭合方案建立了一个三维非静力高分辨率ＰＢＬ数值模式，并用此模式模拟了中性层结条件下一个深凹露天矿区实际地形的流场结构与湍流特性，分析并揭示露天矿自然通风特性，为进一步研究露天矿污染扩散规律提供背景流场。数值模拟的一些结果与同样试验条件下的风洞试验结果吻合甚好。     

四川盆地多层逆温特征及其对大气污染的影响

利用2015~2018年探空观测资料以及国家生态环境部发布的环境空气质量监测数据,对四川盆地多层逆温这一特殊的、尚未见详细报道的逆温结构进行了研究,并评估不同逆温类型及垂直结构对大气污染的影响.结果表明：四川盆地多层逆温实际上是一种并不少见的现象,年平均出现频率为20.1%.冬季最为频发,成都冬季高达51.6%.以边界层逆温叠加对流层低层逆温（LTI）的配置为主要特征.依据其垂直结构,划分为四种配置类型,即贴地逆温（SI）叠加脱地逆温（EI）、SI+LTI、EI+LTI、SI+EI+LTI,分别对应第I、Ⅱ、Ⅲ、IV类多层逆温.其中以第Ⅱ、Ⅲ类多层逆温为主.逆温的叠加作用对大气污染的影响更大,多层逆温（特别是第Ⅱ、IV类多层逆温）尤其加大了中度及重度污染出现的可能性.第I、IV类多层逆温对污染物扩散的抑制作用最为明显,其次是第Ⅱ类多层逆温和仅SI（即只出现SI）.第Ⅱ类多层逆温在污染最重的冬季出现频率高、强且厚,叠加抑制作用明显,应是重点关注对象.     

抚顺西露天矿与典型平原冬季逆温特征的比较

利用现场采集的数据,通过统计分析,得出抚顺西露天矿及其周围平原地区冬季逆温特征,并简单分析了其成因。对两者进行比较,得出了在露天矿坑特殊的地形及小气候条件下形成的逆温现象与典型的中纬度大陆地区逆温的差异及这种差异形成的原因。     

沙尘和逆温对空气质量的影响

利用包头市环境空气质量自动监测系统实际监测资料研究分析了包头市2005—2007年大气污染物受逆温和沙尘两种特殊气象条件影响的变化状况。特别指出了逆温持续性、强度和厚度对大气污染扩散影响的正比关系,即逆温日数越多,超标污染日越多,逆温强度越大,污染越重的规律。及大风和特定地理条件下沙尘天气的发生、频次、强度对可吸入颗粒物（PM10）影响的正比关系。     

天津污染天气边界层温度层结变化特征及预报阈值确定

针对天津市大气污染防治需求,基于2016年4月1日—2017年3月31日天津255 m气象塔观测资料及数值模拟,开展天津地区污染天气边界层温度层结变化特征及预报阈值研究.结果表明:(1)天津地区10~250 m高度的气温递减率为0.56℃/100 m,当日均气温递减率小于0.4℃/100 m时,垂直扩散条件不利于大气污染物扩散,出现中度以上污染概率为64%,重污染概率为47%.从温度廓线和逆温频率统计分析,贴地逆温占所有逆温的55%,除贴地逆温以外逆温底部最易出现在160 m的高度,大量脱地逆温的出现不利于高架源夜间的排放.(2)每年10月—次年2月天津逆温频率为20%,冬季需要关注逆温情况对大气污染物扩散的影响.如秋、冬季8:00逆温仍然存在,重污染天气出现概率高达56%,中度及以上污染出现概率为72%,是重污染天气辨识的重要指标.(3)7:00—10:00在逆温消散或者日均气温递减率由0.6℃/100 m向0.4℃/100 m变化时,任何细微变化对大气垂直扩散有显著影响.基于天津地区PM_(2.5)污染情况下,数值模拟显示10~250 m的气温递减率由于气溶胶的存在可减少0.06℃/100 m,在25个重污染过程中,日均气温递减率平均下降0.18℃/100 m,对大气垂直扩散条件产生显著影响.因此,在空气污染预报分析时使用不考虑气溶胶辐射效应的天气模式分析温度层结,需要适当调整阈值,尤其是在7:00—10:00逆温消散及垂直温度递减率由0.6℃/100 m向0.4℃/100 m变化时.     

广州市空气重污染过程案例分析

本文对广州市2017年9月26-28日的环境空气污染过程的空气质量和气象条件特征进行分析,发现该污染过程具有区域性特征,与天气形势的变化关系密切,过程中925 h Pa和850 h Pa高压中心叠加了暖中心,同时存在贴地气温逆温和露点逆温,逆温与高压南侧的东南气流有关。     

天津大气稳定度和逆温特征对PM2.5污染的影响

利用气象铁塔资料分析了逆温频率和强度,采用温差-风速法计算了天津地区大气稳定度,探讨了其相互关系及对PM_2.5浓度月均值和超标日的影响,并对一次重污染过程中大气稳定度和逆温分布特征进行了分析.结果表明,2015年9月~2017年8月A,B,C,D,E和F类大气稳定度发生频率依次为6.7%,11.4%,22.4%,46.1%,11.1%和2.2%,秋冬季节稳定类天气（E,F类）较多,全年白天各时段均以不稳定类大气为主,夜间大气稳定度以中性为主,秋冬季夜间稳定类高达30%~40%.观测期内冬季逆温频率最高,5：00~8：00和21：00~23：00超过90%,冬季逆温强度也最高.随着稳定类大气层结日数的增多,PM_2.5月均值和污染日数均有所增大,同时逐月PM_2.5均值、污染日发生频率均与逆温发生频率呈正相关关系.2016年12月16~21日的一次重污染天气过程显示,PM_2.5受到大气稳定度和逆温发展的影响,霾形成、雾-霾交替和消散等阶段大气稳定度和逆温特征具有显著的不同.大气持续趋于稳定及逆温强度的逐渐增大,对污染生成和维持起了非常重要的作用,污染过程中大气稳定度和逆温特征的精细化分析有助于提升重污染天气预报预警水平.     

露天采矿中的环境问题与土地复垦

露天采矿是在一定区域内进行的较大规模的剥离和采掘活动，其对地表的破坏和矿区周围环境的影响日益引起人们密切的关注。如何实现采手对矿区生态环境的恢复和治理，是目前露天矿亟待解决的问题。本文在简单介绍我国露天煤矿现状的基础上，分析了矿区的规划建设和露天煤矿生产过程中的优化控制与环境管理，并提出了一些露天矿采场的土地复垦技术。     

不同天气型下武汉城市圈PM2.5污染及大气层结特征分析

利用2015—2019年PM_2.5和气象要素观测资料、NCEP和ERA5再分析资料,分析不同天气型下武汉城市圈PM_2.5区域污染时空分布、天气尺度环流和大气层结特征.结果表明,城市圈污染以武汉为中心,多为轻度-中度污染,西部重于东部.造成武汉城市圈区域污染增长的天气形势包括4类,分别为冷高压底前部型、高压后部型、均压场型和低压倒槽型.4类污染天气型均有较低的混合层高度和地表通风系数,且边界层 存在弱下沉运动和逆温,抑制污染垂直扩散.但气象要素影响PM_2.5污染的机理各异：冷高压底前部型主要为大气压梯度引导偏北大风带来 污染物远程输送,边界层冷平流导致低温、锋面逆温和浅薄高湿层（65%~80%）,强输入性污染配合吸湿性累积增长造成严重污染,逆温厚度对PM_2.5增幅作用明显;低压倒槽型东南风输入污染弱,但高温、低压引起气流辐合导致本地污染汇积,边界层暖平流带来平流逆温和深厚湿层（1000~750 hPa）,逆温层底高偏低、厚度偏厚,促进污染物在近地面吸湿增长;高压后部和均压场型均为浅薄湿层（1000~975 hPa）、湿度中等（56%~75%）,污染物吸湿增长相对较弱,高压后部型主要为偏东风短程输入污染为主;均压场型则为小风静稳天气,多晴空辐射逆温,逆温 强度大,大气扩散能力差,污染主要为弱北风的输入和本地累积.     

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.     

一次冷锋过程中我国区域空气污染边界层特征

利用常规地面气象和探空资料、ERA-interim再分析资料、以及全国PM_2.5浓度数据,针对2015年3月7~11日一次冷空气南下的锋面天气过程中,我国华北、华东地区出现的大范围空气污染,开展了高空各层天气形势分析,以及本次过程中污染区域由北至南6个城市（北京、章丘、郑州、南阳、武汉、长沙）边界层气象要素的垂直结构及其时空演变特征的研究.结果表明：在污染前期（3月7~8日）中高纬度500hPa平直的纬向环流和地面均压场,为污染天气的发生和维持以及空气污染物的集聚提供了有利的环流场.污染中期（3月8~10日）冷空气南下,地面冷高压向华东地区移动,重污染区域随冷高压前部的弱低压场或均压场由北向南移动.伴随着天气系统移动,六个地面观测站的边界层特征在时空上表现出相似性,由北向南各站在污染期间先后出现多层逆温,风速较小,逆温层下相对湿度较大.此次多层逆温的形成是由于夜间近地面辐射冷却、冷锋移动过程中产生的锋面逆温以及边界层以上的下沉运动造成的.本研究揭示了在天气系统移动中,位于天气系统相同部位站点的边界层结构具有共同的特征,及其与空气污染的关系.     

一次冷锋过程中我国区域空气污染边界层特征

利用常规地面气象和探空资料、ERA-interim再分析资料、以及全国PM_2.5浓度数据,针对2015年3月7~11日一次冷空气南下的锋面天气过程中,我国华北、华东地区出现的大范围空气污染,开展了高空各层天气形势分析,以及本次过程中污染区域由北至南6个城市（北京、章丘、郑州、南阳、武汉、长沙）边界层气象要素的垂直结构及其时空演变特征的研究.结果表明：在污染前期（3月7~8日）中高纬度500hPa平直的纬向环流和地面均压场,为污染天气的发生和维持以及空气污染物的集聚提供了有利的环流场.污染中期（3月8~10日）冷空气南下,地面冷高压向华东地区移动,重污染区域随冷高压前部的弱低压场或均压场由北向南移动.伴随着天气系统移动,六个地面观测站的边界层特征在时空上表现出相似性,由北向南各站在污染期间先后出现多层逆温,风速较小,逆温层下相对湿度较大.此次多层逆温的形成是由于夜间近地面辐射冷却、冷锋移动过程中产生的锋面逆温以及边界层以上的下沉运动造成的.本研究揭示了在天气系统移动中,位于天气系统相同部位站点的边界层结构具有共同的特征,及其与空气污染的关系.     

2014年10月北京市4次典型空气重污染过程成因分析

采用数值模拟与观测资料相结合的方式,对2014年10月北京市4次典型空气重污染过程的大气环境背景、气象条件和形成原因进行了分析. 结果表明,京津冀区域稳定的气象条件是形成空气重污染的主要原因,4次重污染过程大气条件均不利于污染物扩散,表现为大气层结稳定,近地层逆温(平均逆温强度为2.26 ℃/100 m)明显,风速(平均值为1.52 m/s)小,相对湿度(平均值为80.75%)大. 在4次重污染过程中8—11日污染最重,ρ(PM_2.5)日均值平均为264 μg/m3,并且区域输送对北京贡献率最大,平均值为63.75%;24—25日污染程度次之,逆温最强,逆温强度达5.94 ℃/100 m;18—20日重污染中北京ρ(PM_2.5)高值(＞200 μg/m3)区主要集中在该市西北部地区;30—31日污染相对较轻,ρ(PM_2.5)日均值最高只有154 μg/m3. 数值模拟表明,在4次典型重污染过程中,来自南方(包括河北、河南和山西西部等地)的外来污染物输送对北京PM_2.5贡献较大,外来贡献率分别在42.36%~69.12%之间,同时北京本地也存在较强的二次无机盐及有机物转化过程.      

露天矿土地复垦综合预控研究

针对露天矿开采与土地复垦过程中遇到的综合技术问题,采用综合分析与模拟的方法,把露天矿开采工艺与土壤重构原理相结合,实现露天矿剥、采、排一体化工艺,优化排土顺序和位置,采集数据并建立采场和排土场DEM模型,同时对排土场覆盖的熟土进行定量计算,确定该区域的覆土量和平均覆土厚度,并对排土场生态重建进行三维景观模拟,实行排土场数字化管理,该技术使露天矿实现向精细、集中、数字化管理模式转变。     

成都及周边城市一次区域性空气污染过程特征分析

2013年12月1-9日成都及周边城市出现了一次较为严重的区域大气污染过程,重污染区域集中在成都市,其API值最高达到225,首要污染物为PM2.5。对成都地区PM2.5源解析可得出本次污染过程是以机动车尾气和煤烟污染的混合型污染过程,贡献比重之和为42.8%。同时探讨了研究期间造成污染持续累积的相关因素:高空500hPa的大气环流形势处于弱高压前部以下层气流为主;主导风向西南风和东南风,平均风速分别为1.46m/s和0.99m/s,无降水,气温日较差较往年偏高7.1℃的气象条件;高湿及"双逆温"效应的大气结构均不利于污染物扩散。研究表明逆温强度变化与颗粒物浓度的消长具有显著的滞后一致性。研究结果可为成都平原地区发生重污染过程的预警预报及污染防治提供理论依据和研究参考。     

2016年冬季北京地区一次重污染天气过程边界层特征

利用中国气象局地面常规观测资料、微脉冲激光雷达（MINI-MPL）、风廓线雷达资料、生态环境部大气成分等资料,对2016年12月16~21日京津冀多地污染过程的生消特征、与气象条件的关系以及边界层的结构特点进行了分析.结果表明：大气处于静稳状态,低层大气盛行偏南气流,大气湿度持续增加,加之北京三面环山不利于污染物扩散的特殊地形是造成北京此次严重空气污染的重要因素.重污染期间,污染物主要聚集在800m高度以下,严重污染时,污染物高度甚至仅有400m左右.风廓线雷达反演风场显示：2次PM_2.5浓度快速上升阶段低层伴随持续偏南风或偏东风.污染过程期间,逆温结构明显,两次污染快速发展阶段恰好出现在两次逆温最强时段.此次污染天气过程,激光雷达退偏振比总体小于0.25,反映污染主要是人类活动产生气溶胶,前期以一次排放颗粒物为主,后期以二次转化颗粒物为主.退偏振比污染过程前期呈明显日变化特征,且白天退偏比比夜间高.     

Visual MODFLOW在露天矿地下水模拟中的应用

用Visual MODFLOW建立了某露天矿地下水数值模型,运用其跟踪模拟(MODPATH)子模块及溶质运移模拟(MT3D)子模块对该露天矿地下水的水质点示踪和三维污染羽进行了模拟,模拟结果有助于识别该矿露天开采对地下水污染的污染源及污染途径,为预测露天矿开采期间地下水位及水质的变化,采用的监测与预保护措施提供了决策依据。     

珠江三角洲地区城市群发展对局地大气污染物扩散的影响

为探讨城市群发展对局地气象环境和污染物输送的影响,以珠江三角洲不同时期的下垫面为例,选取有利于和不利于污染扩散的较典型的气象条件,采用数值模拟手段,模拟并分析比较该地区城市群的形成与发展对城市气象环境、污染物分布、城市间污染物输送的影响.结果表明,重污染气象条件下出现长时间逆温现象,凌晨3 :0 0到6:0 0间逆温最强,强度约为2 1℃·hm- 1 ,逆温层厚度达3 0 0m .城市群的发展使得城市夜间的逆温强度增强,逆温持续时间增长;城市群的发展使得城市地区风速减小,重污染气象条件下广州小风区面积约增加2 8% ,佛山约增加45 2 % ,轻污染气象条件下增加较小;重污染气象条件时广州和佛山二氧化硫浓度一般大于45 μg·m- 3,城市群的发展使污染物扩散范围变小,对本地贡献率增大,对其它地区的贡献率减小;地区间氮氧化物和二氧化硫的输送基本量级为10 0 t·d- 1 到数10 1 t·d- 1 ,城市群的发展使污染物不易向外输送,在重污染气象条件时广州二氧化硫输出量由5 1 3 7t·d- 1 减小为42 81t·d- 1 .     

昆明低空大气温度层结特征与空气质量的Logistic判别模型

低空大气逆温及地面风速是影响空气质量变化的主要气象条件,特别是逆温的频率、强度制约着大气污染物聚积和扩散。定义了1km以下低空大气的温度层结强度。利用昆明L波段探空雷达加密数据,统计了2014—2018年08 h探空数据温度层结特征,分析了逆温的频率、强度和地面风速等气象要素与空气质量的相关性,建立基于Logistic判别方法的昆明空气质量指数和PM_(2.5)浓度的拟合模型。结果显示:基于定义的温度层结强度的统计,昆明1km以下低空大气整层的逆温发生频率10.7%,年平均强度0.13℃·(100m)~(-1),逆温的频率和强度月变化曲线与轻度污染及PM_(2.5)浓度的变化联系密切;温度层结强度和地面风速通过了α=0.05的相关系数显著性检验,与空气质量指数和PM_(2.5)浓度相关性好,最佳的气象要素因子的相关系数可达到0.3660;Logistic判别模型对轻度污染的拟合准确率在66.3%以上,优良空气的拟合准确率在72.5%以上;对PM_(2.5)浓度超标的拟合准确率在59.9%以上,PM_(2.5)一级浓度的拟合准确率在68.8%以上。     

露天煤矿的矿区环境保护

简要阐述露天矿开采过程中对环境的污染和破坏。针对不同的影响提出了相应的环境保护措施,指出实现露天煤矿生产与矿区生态环境重建一体化,是煤矿企业自身和国民经济可持续发展的必然要求与必然结果。