1981-2014年四川不同强度霾时空特征及气候成因研究

利用四川156个气象观测站1981-2014年霾日观测资料,对区域内不同强度霾日的时空分布特征及变化趋势进行分析.结果发现：不同强度霾日数呈现轻霾和重霾显著上升、中霾下降的趋势,20世纪90年代后霾日整体偏多,其中,秋、冬季发生频率偏高,12月和1月是多发时段;不同强度年均霾日高值区集中在盆地中部、东部地区,低值区主要位于盆地西南地区,并呈现盆地中北部霾日逐年减少,盆地南部逐年增多的变化趋势.结合季节特征探讨霾日形成机理发现,春、夏季欧亚中高纬度呈现两槽一脊的环流形势,印缅槽较强,利于降水,盆地相对湿度为85%以上,高原东侧上升气流较明显,大气对流层中下层为"上冷下暖"的递减层结,利于大气污染排放物垂直交换及其对外扩散;秋、冬季高纬度以纬向环流为主,经向环流偏弱,冷空气被阻挡在盆地以北以西区域,盆地东部为下沉气流,850 hPa以下的偏东气流使东部污染物向西蔓延,青藏高原以东地区上空为显著的"上暖下冷"逆温层结,相对湿度为80%左右,地面气温增加,相对湿度下降,使霾不易向雾转换,加重霾日高频状况的发生.     

中国近半个世纪地面太阳总辐射时空变化特征

论文利用近半个世纪(1961-2009年)全国58个气象站的地面太阳总辐射观测资料,采用线性倾向估计、小波分析和Mann-Kendall检验等方法,分析了近50 a来全国及区域地面太阳总辐射的年际、季节长期变化趋势特征、年代际距平、周期和突变点。结果表明:全国58个站点地面年太阳总辐射的长期变化趋势主要呈变化不明显和下降明显,分别占总站点数的50.0%和46.6%,且具有一定的气候地带性和局地差异。省级大城市的站点中,下降明显的站点约占该类站点数的三分之二,而其他城市以变化不明显的站点居多。从年代际距平看,在20世纪60年代和70年代,呈上升趋势的站点占总站点数的比例分别约为80%和50%;在80年代,以下降的站点居多,占80%以上;90年代至今,以下降趋势的站点居多,约占50%,但有30%左右的站点为上升明显。从季节的长期变化趋势看,除冬季以下降明显为主以外,春、夏、秋季均以变化不明显为主。从变化周期看,年际周期为6~9 a,年代际周期为10~13 a和20~23 a,但其周期在各气候带有异同。发生突变的时间也具有一定的地带性,各带突变时间有差异。     

宝鸡地区霾日的时空变化特征及原因分析

利用1981—2011年宝鸡各县区日平均能见度、日平均相对湿度、天气现象记录以及其他气象观测资料,采用线性趋势分析、小波分析以及主成分分析等气候研究方法,分析了宝鸡地区霾日的长期变化趋势和空间分布特征,探讨了霾日发生的原因。结果表明:宝鸡地区年均霾日变化呈波动下降趋势,宝鸡地区霾日变化呈现多时间尺度的特征;冬春两季霾日波动变化下降趋势最为明显,秋季次之,夏季霾日变化呈明显上升趋势;宝鸡地区的霾日多发地主要集中在以渭河为中心的中部地区;风速、相对湿度和地面温度对霾日的增减影响显著,能源利用等因素对霾日的发生有着显著的影响。     

永康市霾天气变化特征及影响因子研究

利用永康市1981-2014年的气象常规观测资料和2008-2014年的环境监测数据,对永康市霾日的年际变化、季节变化特征、成因进行了初步分析。结果表明:1981-2014年,霾日数整体呈上升趋势,其中在1989-2004年,霾日数缓慢振荡上升,但2005—2014年,霾日数从低位急剧增加,2008年后处较高位置振荡。同SO_2、NO_2、PM_(2.5)、O_3污染物的浓度的变化特征一致,季节变化上表现出夏季少、冬季多的分布特征。     

1960~2016年江西省霾日变化特征及气候成因分析

利用江西省1960~2016年82个气象站水平能见度、相对湿度和天气现象等资料,重建了江西省霾日序列,分析了江西省霾日数的年际变化特征,并通过霾日数与降水日数、大风日数和静风日数的相关关系,探讨了不同季节霾日数年际变化的气候成因.结果表明：1960~2016年江西省霾日数表现为在1970s有明显偏高、1980年后显著增加趋势（0.53d/a）,赣北地区霾日多且增加速率快.四季霾日数均有增加,其中秋季贡献最大（0.21d/a,P<0.001）,春季其次（0.12d/a,P<0.001）,冬季霾日数最多,但年际趋势并不显著（0.10d/a,P>0.05）,夏季年均霾日数较低,增加幅度最小（0.09d/a,P<0.001）.过去几十年降水日数减少（-0.26d/a,P>0.05）导致大气湿沉降能力减弱,以及大风日数减少（-0.33d/a,P<0.01）和静风日数增加（1.73d/a,P<0.01）导致大气扩散能力降低,为江西省霾日增加提供了有利气候背景.但主要气候成因因季节不同：春季霾日数增加的主要气候成因是大风日数减少（r=-0.48,P<0.01）,与其他要素的关系不显著;夏季亦与大风日数减少显著相关（r=-0.50,P<0.01）,同时与静风日数增加显著相关（r=0.37,P<0.05）;秋季受大风日数减少、静风日数增加以及降水日数减少共同影响,导致秋季霾日增加速率最快;冬季霾日数仅与降水日数显著相关（r=-0.36,P<0.05）,但由于冬季降水日数变化趋势不明显（-0.26d/a,P>0.05）,冬季霾日数变化不显著.     

农业气候资源多时间尺度分析——以郑州市小麦玉米为例

小波分析的时域局部变化特征可展现气候序列的精细结构,能够揭示不同时间尺度气候序列所隐含的不同变化规律,是进行时域分析的有力工具。论文以郑州市小麦、玉米生育期间的光热水农业气候资源分析为例,用Morlet小波变换法对其进行多时间尺度变化特征及演变规律分析。结果表明:郑州小麦、玉米生育期间的光热水气候要素具有不同的年际及年代际时间尺度周期变化规律和转换特征;小波变换能很好地揭示农业气候资源变化所包含的周期分量;其气候变化特征与全球气候变化趋势相比,有其一致性,也有其局地特殊性。     

京津冀区域霾天气特征

汇总京津冀区域内107个地面站的气象资料,利用14时实测的气象要素和天气现象资料对霾日进行判别,统计出各个站点1980~2008年中逐年及各月的霾日数.结果表明,北京、天津、河北霾天气整体变化趋势和波动特征较为相似,且均呈增加趋势,非城区站点平均霾日数明显呈增加趋势,且与市区站点霾日数的差距越来越小.京津冀区域霾日数的月际变化呈明显的双峰特征,即夏季和冬季霾日数较高.空间分布表明,霾日数高值区主要位于北京、天津、保定、石家庄、邯郸和邢台等地.多数站点霾日14时平均风速比非霾日低了1.0m/s以上,14时平均相对湿度则比非霾日高出20%以上.     

利用观测及UV日均法统计的广州霾日变化特征

利用广州5个地面观测站1961-2013年的天气现象观测资料,及1980-2013年相对湿度、能见度,采用观测法及UV日均法,分析了2种霾日数统计方法下,广州年霾日时空特征和变化。结果表明:观测霾日及UV日均法计算霾日得到的灰霾影响区较一致,广州中心城区为多灰霾区;年平均观测霾日及年平均计算霾日分别以18.8和10.0 d/10 a的速率显著增加,变化趋势一致,但观测霾日的上升速率要明显大于计算霾日;观测霾日与计算霾日的年序列均在20世纪80年代中期左右发生增加的突变。5个站的年观测霾日的长期趋势变化均为一致的显著增加,但计算霾日长期趋势变化有明显的空间差异,花都、增城显著增加,而广州为减少趋势。各单站计算霾日也均大于观测霾日。     

1960~2013年华南地区霾污染的时空变化及其与关键气候因子的关系

利用线性回归、聚类分析及相关分析等统计方法对华南地区57个地面气象站的观测资料进行分析,探究近54年华南地区霾日数的时空变化特征及其气候成因.结果表明,年平均霾日数大值区主要分布在广东珠江三角洲(珠三角)地区和广西中东部.54年来霾日数呈现显著的上升趋势,而2008年后有所下降.霾日数的季节变化表现为冬季最多,其次是秋季和春季,夏季最少.2008年以后春、夏、秋3季霾日数有所下降,而冬季仍维持在较高水平.不同等级霾日数在近54年来均有不同程度的上升,霾污染不仅在日数上有明显的增加趋势,而且污染强度在加强.不同地区霾日数的快速增长时期不一样,污染严重和正常污染地区发生在20世纪90年代,而相对清洁地区发生在2000年以后.另外近10年污染严重和正常污染地区霾日数有所下降,但相对清洁地区仍维持快速的增长趋势.近54年华南地区年降水日数、年平均风速、大风日数和年小风日数等气候因子变化结果致使气溶胶粒子的湿沉降减弱,污染物扩散能力下降,霾天气生成概率增加.     

近36a来四川盆地持续霾事件特征及环流分析

利用1981~2016年四川盆地102个气象观测站逐日霾日观测资料,对四川盆地持续霾事件（定义为连续3d及以上有烟幕或霾发生的天气）的时空分布特征、变化趋势进行分析,然后对冬季霾事件环流场特征进行研究.结果表明：1981~2016年四川盆地持续霾事件的年平均日数呈增加趋势,持续霾事件日数占霾总日数的百分比与霾总日数增加趋势较为一致,霾总日数的增加主要是由持续霾事件的增加引起的.四川盆地持续霾事件的空间分布不均匀,与霾日数的大值区的分布较为一致,主要集中在川东北城市群、成都平原城市群以及川南城市群.持续霾事件多发区的范围在1981~2010年呈年代际增大,在2011~2016年范围减少显著.通过分析盆地冬季霾事件的环流场发现,霾事件偏多（少）年时段,四川盆地处于暖（冷）高（低）压大值区域,乌拉尔山阻塞高压偏弱（强）,东亚大槽偏弱（强）,盆地上空为一定程度的辐合（辐散）,存在（不存在）明显逆温结构,垂直上升运动弱（强）,这些条件均有利于污染物颗粒聚集在浅薄的边界层内（利于污染物的扩散）,造成霾天气的维持（消散）.     

大城市区域霾与雾的区别和灰霾天气预警信号发布

由于经济规模的迅速扩大和城市化进程的加快,都市霾现象或者是灰霾天气日趋严重,霾与雾的区分成为一个非常现实,又迫切需要解决的问题。通常在平面时已达到饱和的水汽压,对相当于球面的云雾滴来讲就是未饱和的,那样云雾滴就会蒸发;在水汽条件不变时,云雾滴由于蒸发而变小,导致它的平衡水汽压升高,则更易蒸发掉。在不饱和大气中小于数微米的云雾滴必然蒸发,而且伴随着蒸发云雾滴尺度会进一步变小,导致曲率越来越大,蒸发速率越来越快。过去错误认为凝结核可以在低相对湿度情况下产生凝结生成雾滴的观点,是忽视了粒子曲率作用的结果,将实验室大颗粒(常常达毫米量级)的吸湿性特征,延用至次微米粒子造成的。降温是达到饱和形成雾滴的即重要又主要的物理过程,云雾是低温下饱和气块的可见标志。在云雾中必然存在凝结或凝华过程,因而必然伴随着潜热释放,这就使云雾内的温度高于环境,在云雾内必然盛行微弱的上升气流,不可能是下沉气流,这些宏观过程在霾层内是不存在的,因而成为识别霾与雾的重要的宏观动力条件。在对历史资料进行统计时,在排除降水、吹雪、雪暴、沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕、等等视程障碍现象的情况下,通过调试相对湿度,使得雾与轻雾反映自然的年际与年代际气候波动,而霾反映由于人类活动而引起的趋势性变化,其限值大体在90%左右,与美国和英国讨论霾影响能见度的长期变化趋势的研究中使用的相对湿度限值相同,他们都去除了相对湿度>90%的资料,只研究了相对湿度<90%时的能见度变化趋势。进行相对湿度订正才能确保资料的高质量。近年来由于人类活动大气气溶胶污染日趋严重,1980年代以来大幅增加的霾日,绝大部分是由于人类活动影响的气溶胶细粒子污染造成的。依据本文和以前的研究,给出了霾与雾区分的概念模型,霾与雾观测的标准,和灰霾天气预警信号发布的标准。     

1960~2013年我国霾污染的时空变化

利用近54年（1960～2013年）我国霾日以及一些相关气象要素的观测资料,采用气候倾向估计、聚类分析、累积距平和突变检验等多种方法,分析了我国霾日数变化特征.结果表明：我国的霾污染主要发生在中东部和南部,尤以北京、山西中部和南部、河南局部地区、长江三角洲和珠江三角洲等地最为严重,我国西部和东北部地区相对较少.霾日发生的频率总体呈增加的趋势,而且与能源消耗总量有很好的正相关关系.我国霾日数的增加除了依赖于污染源排放加剧外,不利的气候条件加剧了霾天气的发生.近54年降水日数、平均风速、日照时数和相对湿度与霾日数的相关系数分别为-0.653、-0.635、-0.462和-0.699,远远超出了99.9%的信度检验标准.聚类分析表明,上升极显著、上升显著和上升明显的站点年平均霾日数近年来均有加速上升的趋势,其累积距平的变化趋势为下降-平缓-上升型.轻微上升站点上升时期为20世纪60年代至70年代末与2000年之后,累积距平为多波动型.轻微下降与下降明显的站点快速上升时期为60年代至70年代末,随后均有不同程度的下降,累积距平呈上升-平缓-下降型,且在1992～1993年间霾日数发生了由多到少的突变.     

长江三角洲地区霾判别方法的对比分析

为对比霾判别方法的差异,探讨霾观测标准的再完善性,文中从空间分布与单点时间序列两方面分别分析研究了4种霾判别方法的特征与适用性.选取中国长江三角洲地区1980~2009年38个地面观测站的气象资料,根据使用日均值的方法 1、2和使用14:00观测值的方法 3分别统计各站点的霾日,分析3种方法的异同.发现这些方法都能够反映出霾的长期变化趋势,但存在差异,这种差异随着年代际变化逐渐减小.由方法 1得到的霾日数最多,方法 3考虑了天气现象,比方法 1和2更合理.依据南京北郊2012年5月~2013年4月的逐时PM2.5浓度、相对湿度和能见度等资料,分析比较了方法 4(霾的观测和等级预报,QX/T 113-2010)与方法 1、2、3的不同.结果表明,由方法 3统计出的霾日少于其他方法,由方法 4统计出的霾日数介于方法 1与方法 3的结果;方法 3不能分辨出霾的严重程度,而其他方法能较好地分辨出霾的严重程度.     

2013年1月南京北郊霾天气溶胶的光学特性

2013年1月南京出现了长时间、大范围和高浓度的灰霾. 利用三波长光声黑碳光度计(PASS-3)对南京北郊气溶胶的吸收和散射系数进行实时在线原位观测. 结果表明,霾天气溶胶吸收和散射系数平均值分别为(83.20±35.24) Mm^-1和(670.16±136.44) Mm^-1,分别为清洁天的3.85倍和3.45倍. 吸收和散射系数均呈现早晚高中午低的双峰型日变化特征,单散射反照率和散射埃系数平均值分别为(0.89±0.04)和(1.30±0.27),说明霾天气溶胶主要以细粒子中的散射性物质为主. 降雨对气溶胶有明显的清除作用. 地面风速与气溶胶吸收和散射呈负相关关系,与单散射反照率和埃系数呈正相关; 东南风时气溶胶散射系数最大,西南风时气溶胶吸收系数最大. 3次霾污染事件中,Haze 1主要受来自北部的老化污染气团影响,Haze 2主要受来自西南的生物质燃烧污染气团影响,而Haze 3主要由固定源污染引起.     

温州市区灰霾天气发展趋势及影响因素

近三十年温州市区年灰霾天数变化大致经历了"少-增多-减少-急速增多"四个阶段,灰霾天气多出现于冬春季节,秋季最少,出现最多的月份主要集中在1月和12月。灰霾的月、季变化趋势主要与当地的气象条件有关,而年际变化多与大气复合污染物浓度有关。近十年的灰霾天数变化与大气常规污染物浓度变化趋势关联度不大,主要是现有的空气质量监测体系只考虑了SO2、NO2、PM10三项指标,而忽略了与灰霾天气密切相关的PM2.5细颗粒等指标。     

西安市两次雾霾期间气象要素和气溶胶特性分析

利用气象要素和气溶胶观测资料,分析了西安市2013年12月17~25日、2014年2月20~26日两次雾霾过程的气象要素风、温、湿变化,气溶胶质量浓度、粒子谱分布及散射系数的变化及其在雾霾天气的形成、发展、维持与变化中的作用.结果表明:APS观测的粒子谱变化表明,雾霾过程中,粒径在0.5~0.835μm之间的粒子的数浓度增加最明显,雾霾后,3.5μm粒子的数浓度下降显著;SMPS观测的粒子谱变化表明,霾过程中细粒子的数浓度主要集中在30~300nm,且具有明显的日变化特征,08:00~14:00、18:00~02:00为数浓度的大值时段,细粒子段污染物浓度的增加主要是由粒径大于140nm以上的粒子引起的.散射系数的增加与粒径小于1.0mm粒子的数浓度增加有关,也是雾霾期间能见度恶化的重要原因之一.     

三种霾日统计方法的比较分析

为了研究单次值法、日均值法、14时值法3种常用的霾日和轻雾(雾)日统计结果的异同,以环首都圈京津冀晋四省市为例进行了比较.华北地区霾日用3种方法统计的过去60余年霾日的区域分布表明,3种方法统计的霾日是单次值法>日均值法>14时值法,大致是1:0.54:0.45的关系,但区域分布趋势比较相似.典型城市霾日的长期变化趋势大都十分相似.而轻雾(雾)日的长期变化趋势表明,用单次值法统计的明显偏多,且有长期下降趋势;而用日均值法与14时值法统计的轻雾(雾)日无大差别,且没有明显的长期变化趋势,反映了年季和年代季的气候波动.从长期季节变化趋势来看,3种统计方法的结果除日数的差别外,季节分布特征比较类似.一个突出的特点是除去采暖季有较多的霾日外,在盛夏季节霾日也明显多,集中出现在6~9月,尤其是7~8月,与桑拿天同期出现,这与全国大部分城市的变化趋势完全不同.是华北地区的特有现象.用单次值法统计霾日,将包括所有的霾过程,即大范围持续时间长,且与一定天气系统与近地层扩散条件相关连的霾,及在稳定的晴朗夜间由于辐射降温,使相对湿度升高而导致能见度下降形成的霾.用日均值法,则可能更多的显示长时间大范围的霾天气过程;而使用14时法,则对早晚因湿度增加降低能见度出现的霾天气漏记,突出长时间大范围的霾天气过程.     

近50年华中地区霾污染的特征

基于1962~2011年霾日观测资料,使用线性回归、聚类分析及相关分析等统计方法分析了近50年华中地区霾污染的时空变化特征及其成因.结果表明,华中地区的霾高发中心位于河南中北部、湖北中西部和湖南中部人口集中的气溶胶浓度高值区,其中霾日数最多的站点为河南新乡,年均达到79.1d.霾的季节性变化表现为冬季霾日数最多,夏季最少,霾污染是典型的冬季大气环境事件.但随着近年春夏秋三季霾日的增加,华中地区霾污染的季节性差异减小.城市地区是华中霾污染严重的区域.近50年污染地区霾发生频率增多,而相对清洁地区霾污染发生频率减少.华中地区大气环境呈现出两极分化的变化特征.近50年来华中地区霾日增加受人为污染物排放加强和东亚季风减弱的共同影响.