海峡西岸沿海城市群大气污染物浓度特征及其与天气形势的关系

将海峡西岸沿海主要城市分成北部、中部和南部3个城市群,分别取其组成城市2006年1月-2010年12月大气污染物(SO2、NO2、PM10)日均浓度的平均值进行时空分布特征分析,结果表明:南部城市群的总体污染水平是最高的,SO2和PM10平均浓度值比中部、北部城市群高,NO2浓度略低于中部城市群;3个城市群主要都以PM10为首要污染物;SO2、NO2、PM10浓度年变化、月变化特征相类似;各城市群大气污染物都没有表现出周末效应;分析不同天气形势对大气污染物浓度的影响,结果表明:变性冷高压、高空槽、暖区辐合3种天气形势为不利于大气污染物扩散的天气型,低涡切变、副热带高压及边缘、台风(热带辐合带)、台风(热带辐合带)外围、冷高压脊5种天气形势为有利于大气污染物扩散的天气型.     

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。     

福州市霾天气大气结构分析及其预报研究

福州为福建省霾天气高发区之一。文章利用2006-2010年历史探空数据以及福州站地面观测资料中常规数据,结合天气形势,开展基于V-3θ方法的福州霾低能见度天气预报研究,研究结果表明:当福州处于暖区辐合内部时霾发生率最高,其次是变性冷高压和高空槽,而低涡切变及台风和热带辐合带则不易出现霾;V-3θ结构图上判断霾天气发生的主要要素为厚度超过25 hPa的逆温层及其上下的滚流特征、中低层非均匀结构以及暖层云;预判霾天气消散的大气结构特征主要为风场的变化,分别为整层顺滚流结构和整层逆滚流结构;根据上述要素的特征及变化趋势对2011年针对福州市霾天气进行预报检验,取得一定的预报效果,霾日的预报准确率达77%。     

基于WRF-CMAQ模式的非线性预报模型研究

文章基于WRF-CMAQ空气质量数值预报系统,对石家庄地区未来3 d逐小时SO_2、NO_2、CO、O_3、PM_(10)和PM_(2.5)6种污染物浓度进行预报,选取2014年5-11月市区7个国控点的监测数据对模式预报能力进行评估检验。结果表明,CMAQ模式预报系统对CO的日均浓度预报准确率较高,而对其他污染物浓度的预报均有不同程度高估,其中PM10的预报效果相对较好,对SO_2、NO_2和PM_(2.5)这3种污染物浓度的预报值均明显大于观测值,O_3的预报效果最差。这与石家庄市排放源清单的不确定性及污染物日浓度变化幅度较大有关。为提高模式预报的准确性,采用非线性自适应偏最小二乘回归滚动法建立订正模型对逐小时污染物浓度预报值进行订正,结果明显改善了CMAQ模式预报值,对县市级的精细化预报有一定指导意义。订正结果对首要污染物PM_(10)和PM_(2.5)浓度的日变化特征表征较好,日变化曲线及波峰波谷值与观测结果基本一致,订正后的污染物浓度能反映出其在石家庄的区域分布特征,有利于预报分析不同天气背景下污染物的空间分布特征及输送变化过程。     

CMAQ模式及其修正预报在珠三角区域的应用检验

为检验CAMQ空气质量数值预报模式对区域性空气质量的预报准确度,通过对珠江三角洲地区16个监测站点数据进行聚类分析,对划分的评价区域进行预报误差分析。结果表明,CMAQ模式输出的污染物浓度水平存在明显偏低的现象,且可吸入颗粒物的浓度偏离最大,这与污染源清单削减程度有关。污染物浓度时变规律分析表明,CMAQ模式能较好地模拟可吸入颗粒物、二氧化氮和臭氧小时浓度的日变化特征,但对二氧化硫的模拟能力较弱,反映污染源时间分配因子存在不适应性。为提高预报的初始浓度值,采用预报日前一天的监测数据作为修正项,并考虑CMAQ模式预报的浓度变化趋势,从而进行修正预报。误差统计表明,修正预报的准确度显著提高,反映了引入实际监测数据对空气质量数值预报模式进行修正的研究意义和可行性。     

基于HHO-CNN-LSTM的CMAQ修正模型及其在上海市空气质量预报中的应用

建立空气质量预报模型，预测污染物浓度对人类健康和社会经济发展具有重要意义。然而，传统的空气质量模型CMAQ对污染物浓度的预报精度并不理想。对此，本文提出了一种基于卷积神经网络(CNN)和长短期记忆神经网络(LSTM)的空气质量预报修正模型，并使用哈里斯鹰算法(HHO)对模型的超参数进行优化；用CMAQ模型对上海市2022年12月六种大气污染物(SO₂、NO₂、PM₁₀、PM_2.5、O₃、CO)浓度的预报数据以及监测站的气象数据和污染物浓度实测数据作为HHO-CNN-LSTM模型的输入，对CMAQ模型预报结果进行修正。使用均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和一致性指数(IOA)作为评价指标。结果显示，修正模型显著提高了六项污染物浓度的预测精度，RMSE减少了73.11%～91.31%,MAE减少了67.19%～89.25%,IOA提升了35.34%～108.29%。同时针对HHO算法陷入局部最优而导致修正模型对CO浓度预测效果不佳的问题，使用高斯随机游走策略对HHO算...     

厦门市霾天气和空气质量预报系统及其应用

厦门市霾天气和空气质量预报系统以WRF/CMAQ数值模式为基础,以GFS气象资料为驱动,以多种污染物的浓度的分布和变化为输出结果的预报系统。通过对一次轻度污染过程预报效果对比分析,可以发现该系统能较好的预报出区域内的污染物的变化特征,但仍存在一定的偏差。探讨预报效果的检验方法和订正,优化系统输出结果等需要进一步在业务化工作中不断完善。     

天气形势预测法在深圳市空气质量预报中的应用研究

基于深圳市2013年4月-2014年3月每日气象观测数据和空气质量监测数据,分析了深圳市不同空气污染程度下的天气规律及影响要素特征,并通过将天气系统分为13种类型,在寻求与建立不同天气类型情景下污染物(PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、NO_2、CO、O_3与AQI指数)变化函数的基础上,构建了天气形势预测模型对深圳市未来1~3 d空气质量进行预测。结果表明:(1)整体而言,低压系统和辐合区有利于深圳市大气污染物的扩散,而高压系统和均压区不利于大气污染物的扩散。(2)当深圳市出现轻度以上污染时,陆地一般由高压系统所控制,且深圳以处于高压前部分主。(3)天气形势预测模型对深圳市AQI指数的24、48、72 h预报相对误差分别为22.0%、22.2%与21.9%,该模型具有一定的准确率和可靠性,对空气质量预测具有较好的应用价值,可为空气质量预报预警提供科学的参考依据。     

CMAQ模型在乌鲁木齐大气污染治理中的应用潜力

CMAQ是美国环保署(EPA)开发的区域多尺度空气质量模型,已被广泛用于研究多种空气污染物形成、运输及评估。本文综述了CMAQ模型在雾霾污染、臭氧污染、核泄漏等事故模拟中的应用,同时介绍了基于CMAQ模型而研发的空气质量预报系统和大气环境容量计算方法,以期提出解决乌鲁木齐大气污染问题的有效方法,为相关领域的科技工作者提供一定的借鉴。     

计算机建模及其在空气质量模拟和预测中的应用

计算机建模在工程技术、生产管理、军事指挥、交通物流、生命科学乃至社会人文领域均得到广泛的应用.详细论述了计算机建模在空气污染治理中的运用并深入探讨了其优势和局限性.首先介绍了目前空气质量模型的分类,对比了各类模型的建模机理和算法.接着以广泛应用的CMAQ模型为代表,分析了欧拉三维格点模型在模型结构和区域性环境规划方面的优势,着重介绍了最新发布的CMAQ 5.0,论述了它的各项新特征如何提高其在模拟环境污染物浓度方面的准确度.接着结合实例详细介绍了CMAQ及其敏感度模块在空气质量预警预报和大气污染控制方案评估、决策中的应用.最后对空气质量模型的发展趋势进行了总结与展望,针对其局限性提出建设性意见并指出了今后的模型发展方向.     

泰安市冬季一次严重空气污染过程分析

为揭示泰安市空气污染形成原因,选取泰安市2016年12月一次严重空气污染过程,利用泰安市2016年12月地面和探空资料及NCEP/NCAR（美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心）提供的FNL资料,对泰安市严重污染期间大气环流形势、边界层条件、污染源及传输路径进行分析.结果表明:在泰安市霾污染期间,500 hPa大气环流形势呈"两槽一脊"的特征,850 hPa泰安市处于南支槽前,受西南暖湿气流影响,为ρ（PM_2.5）的升高提供了有利条件;泰安市近地面处于高压控制下的弱风区（平均风速约为1.2 m/s）且边界层有逆温层存在,阻碍了PM_2.5的垂直输送,造成近地面ρ（PM_2.5）急剧升高.此外,泰安市及周边地区污染严重,聚类分析结果表明此次过程本地输送占比约为34%,其余均为外来传输,即污染物主要通过外来源传输,本地污染源贡献比率较小.污染物的高、低空传输路径不一致,低空污染物主要从安徽省水平输送至泰安市,高空污染物则先由河北省、河南省向南传输至安徽省、湖北省等地,再随南风气流向北输送至泰安市.研究显示,外来污染源传输作用配合本地静稳天气形势是造成此次泰安市空气污染的主要原因.      

2017年春季华北地区一次典型沙尘重污染天气过程研究

结合空气质量监测站小时监测数据、NECP资料、卫星遥感资料,分析了2017年5月3—5日华北地区一次典型沙尘重污染天气过程.结果表明,此次重污染过程主要由前期的浮尘和后期的扬沙天气造成.前期,蒙古气旋强烈发展将沙尘源地的沙尘抽吸到空中并在偏西风作用下,长距离传输到华北地区沉降,造成大范围浮尘天气,多个城市出现严重污染,PM₁₀浓度增高显著.后期,随着高空横槽转竖并东移,受强冷锋影响,京津等地出现大风扬沙天气,大风过后,空气质量转好,PM₁₀浓度降低至较低水平.起沙源地高空辐散、近地面辐合产生强烈的上升运动将沙尘带到空中并向东传输至华北上空,近地面处于弱辐散场,高空的沙尘缓慢下沉,形成了浮尘天气;高空槽东移,高空辐合,近地面辐散,700 hPa至近地面为强烈下沉运动,是形成此次扬沙天气的主要原因.结合天气形势分析和特征量诊断,给出了华北地区此次浮尘和扬沙天气的天气学概念模型.     

CCSM4/WRF-CMAQ动力降尺度预估RCP8.5情景下京津冀地区空气质量的潜在变化

目前,针对气候变化对区域空气质量影响的研究相对较少,并且多采用统计降尺度方法对全球气候模式结果进行处理.采用WRF中尺度气象模式对CCSM4气候模式的CMIP5 RCP8.5情景预估结果进行动力降尺度处理,并为CMAQ空气质量模式提供气象场;在2012年清华大学MEIC大气污染物排放清单的基础上,选取2005年作为气候现状代表年、2049-2051年作为未来气候代表年,对京津冀地区典型月份（1月、4月、7月、10月）的气象及空气质量数值模拟结果进行对比,以此预估气候变化背景下京津冀地区空气质量潜在变化.结果表明,在排放情况不变及RCP8.5情景下,未来代表年与现状代表年相比,京津冀地区以典型月份为代表的年均气象因素整体呈现温度升高,风速、相对湿度及大气边界层高度均降低的趋势;年均大气污染物浓度整体呈现升高的趋势,其中,温度升高约0.8℃,风速降低约0.11 m/s,相对湿度降低约2%,大气边界层高度降低约8 m,ρ（PM_2.5）升高约2.4 μg/m3,ρ（SO₂）升高约1.8 μg/m3,ρ（NO_x）升高约1.0 μg/m3;此外,主要的气象条件（温度、风速、相对湿度、大气边界层高度）中,风速及大气边界层高度的降低可能是造成这些大气污染物浓度变化的主要气象因素,并且风速及大气边界层高度的降低与ρ（PM_2.5）降低的相关系数分别约为-0.44和-0.26.研究显示,气候变化会对京津冀地区造成污染物浓度升高的潜在风险,同时由于现阶段缺乏可用于空气质量模式的未来排放情景数据、在线耦合模式日臻完善,在我国气候-空气质量的研究领域亟待进行更深层次的研究.      

人为排放及气象因素对空气质量影响的定量分析——以疫情期间邢台市为例

选择河北省邢台市作为研究对象,将2020疫情作为一个极限管控措施下的极限减排实验情景,把2021疫情作为未来常态化疫情防控实验分析情景.与疫情前期对比,两次疫情期间臭氧浓度均有提升且2021疫情时期颗粒物浓度同样有提高,2020疫情时期其他污染物浓度均有不同程度的改善,而与2019历史同期相比,两次疫情期间臭氧浓度同样有升高现象,除此以外,2021疫情时期污染物改善较好.利用长短期记忆网络（LSTM）算法和空气质量预报模式系统（WRF-CMAQ）量化了两次疫情时期气象因素对于污染物浓度变化的影响,根据空气质量模拟法反推了不同污染物受人为影响的浓度变化.实验结果表明,LSTM算法在两次疫情期间的模拟均显示人为影响对污染物产生了负影响（降低了污染物浓度）且在总变化影响中占比较高,而CMAQ模式模拟结果中的气象因素影响占比远高于LSTM算法.CMAQ模式在两次疫情模拟中表现出了不同的结果,在2020疫情中人为影响占据了主导,而在2021疫情中,相比较2020疫情时期,除NO₂外,人类活动对其他污染物的影响均为正值（促进了污染物浓度升高）.     

高斯轨迹烟云扩散模型在贵阳空气质量预报中的应用

选择在复杂地区应用较好的高斯轨迹烟云扩散模型,作为贵阳市空气质量预报的数学扩散模式,并利用贵阳市现有的污染源排放资料和气象资料,对贵阳市的大气污染物分布进行了模拟计算,经与实测结果比较表明:实测值与监测值基本一致,相关性较好。该模式可以作为贵阳市空气质量预报的数学扩散模式,对其他城市也具有一定的借鉴作用。      

呼和浩特市空气污染潜势预报方法研究

利用1995～1997和2000年资料，统计分析了呼市边界层气象条件和影响呼市地区的天气系统，寻找出了城市污染与天气的关系，据此研究制定了有利和不利于污染物扩散的天气形势和气象要素指标，给出了不同污染物的空气质量等级判据，从而建立了呼市污染潜势预报方法。     

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.     

气象条件变化对呼市地区大气污染的影响

利用1995至2002年呼和浩特市区空气污染物PM10、TSP、NO2、NO2、SO2浓度的实际监测数据与同期的地面要素场资料、大气边界层气象参数和地面天气图分析了污染物浓度与气象条件的关系及气象条件变化对呼市地区污染物浓度变化的影响，讨论了污染物浓度变化规律的成因。在此基础上用逐步回归方法建立了不同季节呼市地区空气污染浓度统计预报模型。