长三角地区2015年大气重污染特征及其影响因素

基于2015年长三角地区129个环境空气质量监测站的空气质量指数（AQI）及主要大气污染物浓度数据,结合气象资料和HYSPLIT后向轨迹模式,探究长三角地区大气重污染的时间变化和空间集聚特征,并深入分析气象条件和区域传输对重污染过程发生和维持的影响.结果表明,2015年长三角地区各城市平均出现AQI超过200的重污染天气共8 d,重污染频率为2.01%,PM_2.5作为首要污染物出现频次最多.从时间变化看,重污染主要分布在1月和12月;从空间分布看,北部地区重污染相比南部地区更为严重,徐州和常州市出现频率最高.选取典型重污染过程1月9—11日（纬向扩散型）、1月24—26日（经向扩散型）和12月20—26日（两种模式相结合的重污染天气）进行成因分析,发现长三角地区重污染天气主要受到西北风向、低风速、高湿度和逆温层的影响,导致大气污染物积累且不易扩散.基于HYSPLIT的大气传输轨迹及频率分布表明,来自西北方向的气流对江苏北部地区的污染输送特征有着显著影响.     

2017年兰州市大气污染物输送来源及传输特征模拟分析

利用HYSPLIT后向轨迹模式,结合兰州市AQI（空气质量指数）及常规大气污染物质量浓度数据,模拟研究了2017年1月1日-12月31日以兰州市为受点的大气污染物输送特征.通过聚类分析确定了抵达兰州市气团的主要输送途径和每类路径所对应的污染物质量浓度特征,并利用受体模型PSCF（潜在源贡献因子分析法）和CWT（权重浓度轨迹分析法）,分析了大气污染区域传输对兰州市空气质量的影响,探讨了影响兰州市空气质量的污染物输送来源和可能的潜在源区.结果表明,在影响兰州市的气流轨迹中,污染轨迹多来自兰州市以西和以北方向,污染轨迹约占总轨迹的39.52%,说明外部污染物的输入对兰州市空气质量具有重要影响.其中,第3类轨迹（对应来向为西）的气团对兰州市的空气质量有较大的影响,该类轨迹虽仅占总轨迹的15.21%,但其中污染轨迹数占56.76%,是影响兰州市空气质量的主要传输路径;第4类轨迹（对应来向为东南）的气团最为清洁.研究显示,对兰州市空气质量影响最大的强潜在源区主要分布在青海共和盆地、兰州市本地及周边区域,中等强度潜在源区为内蒙古自治区南部、宁夏回族自治区及甘肃省河西走廊等地区.      

哈尔滨市大气污染物输送路径及潜在源区分析

该文采用空气质量指数(AQI)分析了2015-2019年哈尔滨市不同季节首要污染物的污染特征,利用HYSPLIT后向轨迹模式对近5年四季逐日72 h后向轨迹气流进行聚类分析,结合AQI数据,揭示哈尔滨市大气污染物传输路径及潜在源贡献因子和浓度权重轨迹的季节差异。结果表明:哈尔滨市优良天数占比从2015年的66%上升到2019年的83%,5年中2015年为大气污染较为严重的一年,5年来空气质量呈明显好转趋势。哈尔滨市大气污染呈现出不同的季节特征:优良天数平均值占比从高到低依次为夏季(94.6%)秋季(84.4%)春季(80%)冬季(53%),O3和PM2.5分别为空气质量最优的夏季与最差的冬季的首要污染物,春季和秋季首要污染物表现为由NO2和PM2.5复合型污染向以O3为主导的气态型污染转变。各季节轨迹分布与其所处的地理位置和季风气候密切相关,春季来自山东东部、渤海、辽宁、吉林到达哈尔滨的轨迹污染率最高;夏季污染率较高的气流轨迹均来自南部方向,主要传输方向自渤海越过山东东部到达青岛地区,经辽宁、吉林汇入哈尔滨;秋季污染率较高的轨迹分布最为分散,主要以近距离输送轨迹为主;冬季AQI值显著高于其他季节,可能与北方冬季进入燃煤采暖期,污染物排放增多有关,主要集中分布于西北方向输送进入哈尔滨,呈现出输送轨迹越短,污染率越高的特点,其中来自吉林的最短转向路径挟带的污染物浓度最高,其次为由俄罗斯东南部经内蒙古过吉林到达哈尔滨,说明吉林是影响哈尔滨市冬季大气污染物浓度偏高的主要地区。     

2017年10月海南省一次臭氧污染特征及输送路径与潜在源区分析

为了探讨2017年10月海南省一次O₃污染过程的气流轨迹、输送路径和潜在源区,采用海南省18个市县的AQI值、6类大气污染物质量浓度资料以及相关气象观测资料,结合HYSPLIT后向轨迹模型进行分析.结果表明:①2017年10月海南省有13个市县首要污染物为O₃的天数比例超过80%,其中9个市县达100%.2017年10月26日澄迈县和儋州市AQI值分别为171和151,均达中度污染等级,7个市县达轻度污染等级.②气象要素与AQI和污染物质量浓度之间均存在较好的相关关系,ρ(O₃)、AQI与相对湿度的相关系数分别为-0.701和-0.685,均通过了99.9%的信度检验.③卫星反演结果表明,此次污染过程与外源输送关系密切.影响气流主要来自内陆地区的长距离气流、中短距离气流和来自东南沿海的中短距离气流,三支气流影响时段对应的海口市AQI值分别为83、69和61,对应的ρ(O₃)分别为和135.0、119.6和102.3 μg/m3.④通过计算PSCF(潜在源贡献因子)和CWT(浓度权重轨迹)发现,广东省为海南省的主要潜在贡献源区,湖南省、江西省、江苏省、浙江省和福建省等地区也有一定的潜在贡献.研究显示,2017年10月海南省出现的O₃污染过程中,污染物来源以外源输送为主.      

上海市一次重雾霾过程的天气特征及成因分析

2013年11月30日至12月9日上海地区出现入冬以来一次最严重的持续性雾霾天气过程,严重影响了该地区人们的生活健康.本文借助空气质量数据、地面气象要素、卫星遥感数据并结合后向轨迹模式反映了此次重污染过程的污染特征及其成因.结果表明,污染期间,PM2.5与PM10小时浓度变化趋势基本一致,高浓度值出现在早晚8时左右,主要是由该时段的逆温现象造成的;来自西北方向污染物的远距离输送影响了本地空气质量状况,气团在不同高度层做下沉运动,造成大气层结稳定;该地区在西北方向的弱高压控制下,地面风速较小,能见度低,天气条件静稳,不利于污染物扩散,造成持续性重污染事件;卫星遥感数据显示此次污染为区域性污染.     

陕西关中地区一次重污染天气的气象条件分析

针对春节期间燃放烟花爆竹易加剧空气污染的现实问题,该文利用2014年1-2月逐日空气质量指数(AQI)和相应时段的基本气象数据以及NCEP/NCAR再分析资料,探析了2014年春节前后陕西关中地区一次重污染天气的气象条件。主要结论如下:该次重污染过程于1月25日开始,2月5日结束,持续12 d,关中地区平均出现重度污染和严重污染各4 d,污染最严重时该区各市的AQI除了铜川外均在400以上,AQI最高值出现在1月31日的渭南,达484。究其气象成因发现,春节前的持续性高空平直纬向气流控制关中地区,地面处于两高压之间过渡区或低压区,形成非常不利于污染物扩散的环流形势场;对应低层925 h Pa存在中心值为-2×10~(-5)s~(-1)的弱辐合区,加之近地面的弱下沉气流,导致大气垂直交换差,是造成污染物堆积的直接边界层动力条件;较低的大气边界层混合高度和最大4.6~℃/100 m的贴地逆温是造成污染物积累的重要层结稳定条件。后向轨迹分析表明,该次重污染过程的污染物来源以本地排放为主,节日期间大量烟花爆竹的燃放起到了雪上加霜的作用,使得空气污染进一步加重。春节后的寒潮过境,最大风速超过10 m/s的冷空气侵入,破坏了边界层静稳天气形势,使得大气扩散能力迅速增强,对当地空气质量迅速转好起到关键性作用。     

近10年海南岛大气NO2的时空变化及污染物来源解析

利用OMI卫星反演的NO2柱浓度数据,分析了近10年海南岛对流层NO2柱浓度(Tro NO2)和总NO2柱浓度(Tot NO2)的时空变化,同时结合地面风向、SO2排放资料,以及HYSPLIT模式等探究其大气污染物来源.结果表明,海南岛地区大气NO2呈北半部高于南半部、中部山区低于四周沿海的分布特征,其季节变化表现为冬季高、夏季低的特点,其中夏季浓度偏低和雨水的冲刷作用有关,而冬季浓度偏高与珠江三角洲地区的外源输送作用有密切联系.近10年海南岛大气NO2冬夏季有相反的变化趋势,冬季逐年下降,夏季则有弱的上升趋势.其原因可能是夏季大气污染物以本地排放为主,冬季外源输送起主要贡献作用.海口市Tro NO2与珠江三角洲地区的有利风向日数相关系数为0.84,通过了99%的信度检验.后向轨迹分析表明,2013年12月影响海口市的3条气流移动路径,均不同程度的经过珠江三角洲地区,进一步表明海南岛冬季大气污染物主要以珠江三角洲地区的外源输送为主.     

2013年10月长株潭城市群一次持续性空气污染过程特征分析

2013年10月21~31日长株潭城市群经历了一次持续性空气污染过程.利用地面空气质量监测资料、地面气象资料及探空资料综合分析了此次污染过程与大气环流、边界层气象条件之间的相互关系,并利用卫星遥感火点监测资料和HYSPLIT4模式,分析了此次过程大气污染物的来源及输送路径.结果表明,过程前期(21~26日),污染物缓慢积累,过程后期(27~31日),PM2.5、CO、NO2等焚烧特征污染物浓度急剧升高,秸秆焚烧污染物的长距离输送是后期空气污染加重的主要原因.火点监测和后向轨迹分析表明,过程前期气流主要流经长株潭城市群东北方向的安徽、湖北等地,流经地区火点分布较少,后期气流主要流经长株潭城市群东南方向的江西等地,流经地区火点分布较多.高压均压场背景环流导致的稳定大气层结、南北冷暖气流对峙造成的地面静小风,是长株潭城市群污染过程发展、维持和加强的重要条件,污染物长距离输送对长株潭城市群区域空气质量有重要影响.     

成都市一次典型空气重污染过程特征及成因分析

为了研究成都市冬季空气重污染过程的成因,以2015年12月26日—2016年1月6日成都市一次典型重污染天气过程为例,基于HYSPLIT后向轨迹模式结合全球资料同化系统(Global Data Assimilation System,GDAS)气象数据和成都市7个监测站的AQI、PM_(2.5)、PM10、NO2质量浓度数据,使用气象分析、轨迹聚类(Cluster Analysis)、潜在源贡献因子法(Potential Source Contribution Function,PSCF)和浓度权重轨迹法(Concentration Weighted Trajectory,CWT),分析了此次过程的气象特征、轨迹输送特征和污染物潜在来源分布.结果表明,此次污染天气过程是以PM_(2.5)为主要污染物,其次为PM10、NO2.2015年12月30日14:00左右是此次污染天气过程各站点PM_(2.5)、PM10浓度到达峰值的时刻.缺少北方冷空气南下,四川盆地内空气水平运动弱,以及扩散条件差的静稳天气形势是导致此次大气污染过程成都市污染物累积的原因,而冷空气活动是改善这种天气形势的关键.污染过程辐射逆温层的形成对当时污染物浓度增长有促进作用,但随着每日生消、加强减弱,其并不是最终导致重污染天气形成的关键因素.川东北的广元、绵阳、德阳等地区和成都本地及其南向的眉山、雅安等地区是此次过程主要的潜在源区,这些地区人口较密集,工业较发达,且沿地形走向而分布.     

基于卫星遥感和地面观测资料的霾过程分析

利用MODIS、CALIPSO卫星观测的气溶胶产品和地面空气质量、气象资料,并结合HYSPLIT后向轨迹模式,探讨了2013年12月1~9日长江三角洲地区一次持续性的严重霾污染过程的形成、特征及其可能来源.研究表明,此次污染过程中长江三角洲地区8个代表城市大部分时间处于霾污染的状况下,气溶胶光学厚度(AOD)显著增长,空气质量指数(AQI)均达到或超过污染限值,且以中度以上污染为主.污染发生时,气溶胶主要存在于地面至2km的大气层内,尤其是850m以下.根据体积退偏比和色比得出球形气溶胶出现频率高于非球形气溶胶,大粒径气溶胶出现频率高于小粒径气溶胶,进而得到污染期间气溶胶的主要类型为“污染型”气溶胶.污染物的近距离的输送和持续小风,无降水的静稳气象条件而导致污染物难以扩散稀释而累积在本地是造成长江三角洲区域污染范围广、时间长、程度重的主要原因.     

2014—2016年海口市空气质量概况及预报效果检验

本文主要基于CUACE模式在海口市的预报产品,结合2014年3月—2017年2月海口市AQI、PM_2.5、PM₁₀和O₃的实况资料进行预报效果检验.结果表明,①近3年海口市空气质量等级主要以优和良为主,但仍有少部分天数以PM₁₀、PM_2.5和O₃为首要污染物,分别占所有首要污染物天数的27.6%、29.5%和42.9%,其中O₃上升幅度较快.②CUACE模式能较好的模拟出AQI和3类污染物浓度的变化特征,其中PM_2.5的预报值与实测值最为接近,而PM₁₀和O₃普遍偏低.③日平均浓度的预报效果检验表明,PM_2.5的标准误差（RMSE）最小,AQI和PM₁₀次之,O₃最大.3个时次预报平均偏差（MB）和归一化偏差（MNB）均为负值,表明CUACE模式预报的污染要素浓度均偏低于实测值.④海口市空气质量为优等级时,TS评分最高;无首要污染物时,首要污染物预报的TS评分最高,但首要污染物为PM_2.5、PM₁₀或O₃时,TS评分均偏低.     

回流指数在空气质量变化研究中的应用

将回流指数引入珠三角污染气象条件的研究中,尝试使用回流指数判别形成区域大气污染的机理.运用中尺度数值模式WRF得到珠三角精细化的回流指数时空分布,同时与边界层外场观测试验结果进行比对从而验证模式对边界层内风场的模拟效果.最后,分别对干湿季冷高压影响下的污染过程进行分析,湿季选取2013年4月13—16日的珠三角重污染过程,干季选取同年12月8—10日的污染过程.结果表明:在本研究的两次过程中,使用回流指数Rcritical=0.6作为阈值能较好地区分局地污染物回流堆积与上风向污染物输送两种因素在冷高压型污染过程中何者占主导,当区域中回流指数普遍低于0.6则是污染物局地回流堆积作用更明显,若普遍高于0.6则是受上风向污染物的输送影响更明显;在局地回流堆积为主要形成机理的污染过程中,地面污染物浓度与边界层整体回流系数呈反方向变化关系,地面污染物浓度峰值对应边界层回流系数谷值;在污染物输送为主要形成因素的污染过程中,边界层中低层回流系数达到峰值时代表该区域此时受上风向风场输送作用最显著,地面污染物浓度同时达到峰值.     

宁夏典型工业城市2020年1月重污染过程特征及成因

2020年1月宁夏回族自治区典型工业城市石嘴山市出现了长时间、高强度PM_2.5污染天气.为揭示多因素综合作用对重污染天气的影响,在分析逐日空气质量指数（AQI）和常规污染物浓度变化特征的基础上,选取重点污染时段（2020年1月1—17日）为研究对象,基于环境空气质量数据、加密自动气象观测数据及NCEP再分析资料,采用统计分析、污染特征雷达图、气流后向轨迹聚类及天气诊断相结合的方法对重污染过程特征和成因进行分析.结果表明:①2020年1月1日、3日石嘴山市重污染天气主要受燃煤、工业（钢铁、焦化）和机动车等高强度污染排放影响,PM_2.5主要来自一次源;9日重污染天气PM_2.5受二次颗粒物生成影响显著,本地扬尘也有贡献,ρ（PM_2.5）和AQI均达峰值,分别为216 μg/m3和266;其他时段重污染天气由污染物累积和混合造成.②乌海市及其周边污染气团跨区域传输是促使石嘴山市出现高强度PM_2.5污染天气的另一重要因素,当巴彦淖尔市—乌海市—石嘴山市为一致偏北气流、风速小于2 m/s时,易使乌海市及其周边污染气团向南扩散,石嘴山市ρ（PM_2.5）出现短时间爆发增长.③持续高湿静稳气象条件使污染天气长时间维持并加重,当欧亚大陆中高纬度500 hPa盛行纬向弱西风气流、近地面石嘴山市处在蒙古弱高压底部均压场、风向为弱偏北风或偏东风时,易形成持续性PM_2.5污染天气;当风速减至0.7 m/s、相对湿度增至78%时,污染加重.研究显示,此次持续PM_2.5重污染过程是本地高强度污染排放、二次颗粒物生成、区域传输与不利气象条件等因素综合影响和相互叠加的结果;当出现静稳、高湿等不利气象条件时,应加强对各类污染物排放的管控力度,同时充分利用石嘴山市及其周边加密自动气象观测资料,研判污染发展趋势和传输特征,及时开展与乌海市及其周边地区的大气污染联防联控.      

青岛冬季PM2.5持续重污染天气的大气边界层特征

鲜有出现空气质量问题的北方沿海城市青岛近年来也频频出现重污染天气. 2014年1月青岛市总计出现7 d重污染天气,其中1月15-18日是持续4 d的PM_2.5重污染,其余的则分别出现在1月6日、11日和30日.为了获得气象条件对持续重污染天气发展、维持和消除的影响机制,利用激光雷达、大气稳定度仪探测数据以及地面、高空气象观测和空气质量监测数据,重点分析了1月15-18日持续重污染期间青岛市大气边界层气象要素的时间和空间特征.结果表明,2014年1月影响青岛冷空气势力弱、青岛近地面低于3 m/s的风速不利于污染物扩散,66%以上的相对湿度有利于污染物浓度增大.在污染源稳定的背景下,气象要素的差异性导致了污染物浓度时空分布的差异.在持续的弱偏北风下污染物浓度居高不下;在偏南风影响下,污染物浓度趋于下降.边界层内存在高层干冷弱北风和低层暖湿弱南风的风切变、稳定层结、低层相对湿度为70%的高湿大气以及交替出现的近地面南北风是此次重污染持续的主要原因.大气边界层高度变化对污染物浓度具有6 h左右的延迟影响;而低边界层高度、大稳定度因子,低云的存在和较高的污染物浓度之间具有较好的一致性变化趋势.当近地面温度升高、相对湿度减小以及增大的偏南风和存在弱不稳定层结时,有利于提高青岛局地大气扩散能力.      

2016年12月江苏省两次连续污染过程气象条件对比分析

利用地面常规气象观测资料、NCEP（National Centers for Environmental Prediction）再分析资料、AQI（空气质量指数）、ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）等大气环境监测数据,对2016年12月江苏省连续出现的两次大范围大气污染过程进行了对比分析.结果表明:这两次连续污染天气过程可分为颗粒物积聚-清除-再积聚-彻底清除4个阶段,相应地,地面形势表现为均压场-低压倒槽-西路冷空气-东路冷空气.第1次污染天气形成和维持主要是长时间受均压场控制、近地层逆温和高相对湿度有利于颗粒物积聚;第2次污染天气形成和维持主要是因西路冷空气南下、上游重污染地区颗粒物随冷空气向江苏省输送.持续降水和持续2.0 m/s以上偏东风对大气中颗粒物有较明显的清除作用.淮北西部垂直、水平扩散条件差、降水清除时间短,导致该地区在全省污染等级最严重、持续时间最长.西路冷空气影响期间,各站颗粒物质量浓度转为快速上升,东部地区在偏西风持续49~58 h后空气质量改善为良,中西部地区无法得到有效改善;东路冷空气影响7~22 h后,中西部地区空气质量转为良,高压底部持续偏东风使全省颗粒物得到彻底清除,连续污染天气结束.研究显示,西路弱冷空气的输送会加剧江苏省的污染程度,持续较长时间的东路冷空气则可以改善江苏省的空气质量.      

基于风廓线雷达对成都地区典型持续性重污染天气的研究

基于风廓线雷达数据、大气污染数据及气象数据对2017年12月17日—2018年1月3日成都地区的一次持续性重污染天气过程进行研究,并对两次污染物浓度爆发式增长阶段的污染原因及污染物来源进行了分析.结果表明:①在这次重污染天气过程中,风廓线雷达高精度的风场资料(包括水平风速、风向、垂直风速、大气折射率结构常数C■)配合其他气象要素在分析两个污染阶段污染物的累积及扩散、输送中可以发挥重要的作用,即当成都地区水平风场风速较小且风向多变时,此时受静稳型天气控制,污染物浓度会快速累积增长,而当出现较强的东北风时,可能会有沙尘污染物的输入,应注意沙尘天气的提前预警.垂直风场中垂直速度和大气折射率结构常数C■的变化往往影响着污染物浓度的变化,由于风廓线雷达具有较高的时间分辨率,因此,对污染天气过程的变化有一定的指示意义.②结合局地环流指数和边界层通风量,重新定义了一种适合成都地区风场特征的通风指数:有效通风量(EVI),从而表明第一阶段污染的主要原因是成都地区由静稳型天气控制,边界层内风场对污染物的稀释扩散能力差,导致污染物累积.③通过后向轨迹模拟并结合PM_(2.5)浓度数据进行聚类分析,认为第二阶段污染主要是东北方向携带有大量沙尘污染物的气团输送到成都地区导致的,与源于西北地区沙尘天气的沙尘输送密切相关.     

2011年10月珠江三角洲一次区域性空气污染过程特征分析

2011年10月18—25日珠江三角洲地区出现了一次区域性空气污染过程,重污染区域集中在西部,后期向中部转移,PM₁₀为首要污染物.针对本次空气污染过程的研究发现,此次珠江三角洲地区空气污染过程主要受大尺度冷高压活动的影响,一直为下沉气流所控制,500 m以下近地层风速很小,边界层高度较低,存在贴地逆温层,非常不利于污染物的输送和扩散.PM₁₀浓度与风速、能见度呈显著的负相关关系,与温度相关性不显著;且与风速和温度的相关性存在滞后性.稳定天气形势、大范围下沉气流、近地层静小风和贴地逆温是导致这次区域性空气污染过程的气象原因,PM₁₀浓度增加导致珠江三角洲能见度下降.