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.     

沈阳地区霾与雾的观测研究

利用2009年6月1日-2010年5月31日沈阳大气成分站能见度和大气细粒子的小时观测数据,结合沈阳自动气象站相对湿度的小时观测数据以及天气现象资料,根据<霾的观测和预报等级>和雾的定义,从沈阳1年的资料中判识出霾与雾的出现时次,对沈阳霾与雾的时间变化特征进行初步探讨.结果表明:沈阳全年霾和雾的出现时次分别占总观测时次...     

淮河下游连续雾-霾及转换成因分析

利用边界层探空资料、地面气象要素及污染物资料,研究了2012年6月中上旬淮河下游一次连续多日大范围雾-霾天气的雾-霾转换过程及成因.结果表明:近地面静小风为雾-霾长时间维持提供良好动力条件,边界层中低层维持的近中性层结或逆温层结创造良好热力条件,秸秆燃烧提供凝结核条件;雾和霾过程中风速下降伴随着能见度降低,风速增大则伴随着能见度升高.中度以上霾的形成和发展都伴随着空气比湿增大,霾向雾转换过程中比湿下降.比湿越大雾-霾持续时间越长,雾前比湿越高雾中最低能见度越低.能见度与SO2浓度呈正相关( Pearson相关系数为0.42)、与PM2.5和PM10浓度呈反相关(Pearson相关系数分别为-0.49和-0.56);雾-霾过程中上风向SO2、NO2浓度高于下风向2倍左右,下风向NO和PM10浓度高于上风向1.5倍左右,出现污染物转化.     

模拟高空气象数据在AERMOD预测中的适用性分析研究

针对同一污染源,采用2006年～2009年上海浦东高空探空气象数据和高空模拟气象数据,利用AER—MOD进行了大气预测中排气高度、温度、速度等因子敏感性分析。点源预测结果表明：在中、短时间尺度下,除非排气筒高度特别高（〉60m）,一般情况下模拟高空气象数据预测结果与实际探空气象数据预测结果的偏差在一6％～6％之间,高空模拟数据适用;但长时间尺度下,只有当排气筒高度低于20m和（或）排气温度低于30℃时,模拟高空气象数据才适用。对面源的预测结果表明,模拟高空气象数据通常适合于各种情形。     

山谷辐射逆温多中心现象的分析

<正> 空气温度随着高度增加而增加的温度层结,称为逆温层结,而在逆温层结中某些高度有逆温极大值,通常称它为逆温中心。从1968年开始,我们在一些山谷进行温度层结观测时都发现逆温多中心的普遍现象,本文试图给予分析和解释。一、观测现象(1)山谷中逆温多中心现象主要是辐射所形成的,与各类型天气形势无关。在湖     

基于风廓线仪等资料的珠江三角洲污染气象条件研究

利用珠江三角洲区域空气质量资料和珠海、南沙、增城的逐30 min风廓仪观测资料,以及清远探空站每天08时和20时的温度探空资料等,研究了2012年10月珠江三角洲出现的大范围持续性污染天气期间的大气边界层特征.结果表明:2012年10月珠江三角洲出现的大范围持续性污染天气主要是受到弱冷空气南下和台风外围下沉气流天气形势的影响;在污染日,增城、南沙和珠海低层风速普遍小于3 m·s-1,300m高度以下风速甚至小于2 m·s-1,增城和珠海观测站的通风量普遍小于5000~6000 m2·s-1;非污染日的通风量则远远大于污染日;在近海的南沙站和珠海站,海陆风等局地环流的的作用不利于污染物的扩散,海风约出现于下午6时,最大影响高度约600~800 m;逆温层是导致重污染的天气的重要原因,清远探空站频繁出现逆温层,甚至出现多层低空逆温,污染日的逆温层平均厚度和平均强度都较大.     

此雾彼雾都是杀人雾

雾是悬浮在近地面层空气中的大量微小水滴或冰晶,据成因可分为辐射雾、平流雾和锋面雾三种类型。如果按雾形成的区域划分,则有城市雾与郊野雾之分。相比之下,城市雾对人的危害比郊野雾要大得多。郊野雾对人的危害仅仅表现在:人吸入高湿的空气后,肺泡的气体交换会受影响,从而引起人体供氧不足。而城市雾是在特殊的成雾环境下形成的,这种雾已不同程度地发生了一些     

珠三角干季边界层垂直温度结构对空气质量的影响

文章通过利用2013年12月和2014年10月在珠三角开展大气边界层观测试验得到的垂直温度探空资料和逐日空气质量资料,从逆温层和低空稳定能量等角度研究了珠三角干季边界层垂直温度结构对空气质量的影响。结果表明:珠三角处于冷空气前影响时,较弱的气团活动有利于低空逆温层的持续存在和贴地逆温的发展,珠三角污染日逆温层高度主要分布在0～1 000 m之间。其中贴地逆温出现频率约为35%,低空逆温层尤其是夜间频繁出现的贴地逆温使得污染物累计在近地面气层内,对珠三角空气质量有重要影响。低空稳定能量(E_w)能够较好地反映珠三角大气垂直扩散能力,珠三角AQI与500～800 m处气层稳定能量相关性较好,说明500～800 m气层是影响珠三角空气质量的关键气层,当珠三角该层稳定能量15 J/cm~2时,大气垂直扩散能力较弱,珠三角空气质量恶化的可能性较高。     

石家庄一次沙尘大气污染物与边界层相互作用

针对2020年5月11~12日华北平原出现的一次沙尘过程,使用云高仪和空中国王-350飞机观测平台观测了气溶胶后向散射系数、气象要素、黑碳气溶胶（BC）和0.1~3.0μm气溶胶粒径分布的垂直结构,并结合FY-4A卫星数据、大气污染物数据（PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂、CO和O₃）、地面气象数据和探空数据,探究了此次沙尘过程中大气污染物和边界层结构的相互作用机制.结果表明,由于逆温层的存在,沙尘在石家庄上空维持在>1km的高度,因此对地面污染物的影响较小.沙尘期间石家庄PM₁₀的平均质量浓度为166.3μg/m³,分别是沙尘前和沙尘后的2.7倍和1.5倍.沙尘过程对边界层结构影响较大.沙尘期间在沙尘层附近形成一层RH较小、风速较大、气溶胶含量较高的“穹顶”结构,阻碍了大气边界层的发展.“穹顶”结构使得贴地逆温消失,有利于近地面污染物的扩散.沙尘层内BC和气溶胶数浓度较高,最大浓度接近地面观测浓度.沙尘过程对不同高度气溶胶数浓度谱谱型影响较小,沙尘层使得0.4~3μm气溶胶数浓度显著增加.     

基于多源资料天津一次雾-霾过程的边界层特征

为探究雾-霾过程的边界层特征,选取天津市2019年12月7~10日一次严重的雾-霾典型过程,采用常规自动气象站资料、环境小时浓度资料、以及微波辐射计、风廓线雷达、气溶胶激光雷达等多种观测资料及WRF-Chem源追踪方法对此次污染过程进行综合分析. 结果表明,此次雾-霾过程可明显分为雾生成、雾与霾交替、霾、霾消散等4个阶段;雾-霾天气与大气温度层结密切相关,伴随着逆温生成,相对湿度和液态水含量最大增长速率分别达13.44%/h和0.013g/(m³·h),呈爆发性增长,相对湿度快速增至92%,微波辐射资料可较好预报雾的生成;雾与霾交替出现阶段雾天气改变了边界层结构,雾层内大气呈中性状态,相对有利于污染物在雾区内扩散,PM_2.5高浓度主要出现在边界层400m以下,雾顶持续逆温抑制了污染物向上层大气扩散,造成雾区内污染物浓度加重,地面PM_2.5质量浓度为135~223μg/m³,维持中度-重度污染;雾-霾天气与垂直风场有较好的对应关系,雾与霾交替出现阶段存在低风速和较大风速(西南风带来充沛水汽)两种有利于雾维持的情况,雾顶逆温层以上风速为6~12m/s,雾层内为1~2m/s,雾的存在不利于近地面空气质量的改善;此次雾-霾过程天津本地源排放贡献为36.1%,区域输送贡献为63.9%,整个过程表现出明显的区域输送特征.     

北京夏季灰霾天臭氧近地层垂直分布与边界层结构分析

后奥运时期首都北京的空气质量被更加关注,尤其是对于灰霾天与光化学复合污染的状况,而近地层数百米高度内的大气污染物与大气物理参数垂直分布观测对于空气质量变化过程评估至关重要.因此,本研究于2009年8月1-16日,在北京市325 m气象塔进行了相应的立体观测,观测平台垂直分布在距离地面高度8、47、120和280 m四层中.同时,在近地面320 m高度以内,分15层分别观测了大气温度、湿度、风速、风向.另外,使用气溶胶后向散射云高仪观测了边界层2.5 km内气溶胶后向散射系数.利用垂直分层的O3数据与边界层物理观测数据并结合天气形势、后向轨迹模式等方法,综合分析了本次观测数据之间的相互关系和内在联系.结果表明:夏季西北部低压槽控制的北京区域不利于低空大气扩散,容易形成光化学污染叠加灰霾污染,污染形成时白天地面小时最大φ(O3)可达120×10-9,280 m高度处可达155×10-9;来自西北偏西的气流一般较为干净,有利于北京污染物的清除,而来自西南和偏南的气流使北京的O3污染加重,导致区域性高浓度O3污染;在稳定天气条件下,夜间残留层与地面的φ(O3)差别越大,次日光化学生成的φ(O3)起点越高,表明残留层O3在次日混合层抬升过程中卷夹到地面,影响地面空气质量;300 m以内的近地层,在50 m高度左右存在φ(O3)变化程度剧烈层,这是城市冠层界面与大气化学反应共同作用的结果.     

铝合金表面阳极化层环境损伤失效行为研究

目的研究7B04铝合金硫酸阳极化层环境作用下的失效行为,分析单独盐雾试验和环境谱作用下阳极化层的损伤行为和影响因素。方法通过中性盐雾试验和环境谱周期性试验(盐雾试验+温度试验)研究了硫酸阳极化层在不同腐蚀时间或不同腐蚀周期下的腐蚀损伤变化过程,并采用体视显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察了不同腐蚀时间下或不同腐蚀周期下的表面形貌,结合有限元方法研究了阳极化层与铝合金基体热膨胀系数不匹配引起的热应力,定量分析了热应力对阳极化层失效行为的影响。结果经历中性盐雾试验和环境谱试验的硫酸阳极化层损伤失效现象是不一样的,中性盐雾试验中硫酸阳极化层主要呈鼓起开裂失效,而环境谱试验中硫酸阳极化层以开裂剥落失效为主。结论中性盐雾试验中硫酸阳极化层主要是腐蚀介质通过表面微孔进入基体,导致基体腐蚀阳极化层鼓起,而环境谱试验因温度作用产生的热应力引起了硫酸阳极化层的开裂,形成了腐蚀介质进入基体的通道,引起阳极化层的剥落。     

雾与人体健康

一、雾的成分及雾天气条件下大气污染情况 1.雾的成分雾是悬浮于近地面层大量的水滴或冰晶,水平能见度小于1公里的现象。纯净的雾是由凝结核和水组成,凝结核是形成雾的必要条件对雾的形成起着重要作用,形成雾的凝结核主要是爱根核(R:2×10~(-7)～2×10~(-5)cm),大核(R:2×10~(-5)～10~(-4)cm)凝结核有可溶性盐和不溶性物质如烟、土壤粒子、尘埃等(主要凝结核如表1)。     

用超声风速温度仪实测大气扩散参数

一、前言某年夏季,在平坦开阔地形进行大气边界层微气象要素观测,瞬时风向风速气温值是观测内容之一。我们首次使用国产FA超声风速温度仪观测近地面层大气乱流扩散参数。对观测数据进行初步分析整理,试图从中找出规律性的东西。仪器号码:009号。探头中心距地面4米高。V_x轴与地图座标北夹角71°27.6′,让探头120°大张角对准西北方向。使用Sy-3C型数字打印机保留观测数     

湛江东海岛春季海雾雾水化学特性分析

利用湛江1951~2010年地面观测资料及2010年3月15日~4月20日在湛江东海岛6次海雾观测数据,分析了湛江海雾发生的规律和雾水化学特性.结果表明,湛江海雾属于酸性海雾,pH值变化范围从4.80~6.05.海雾发生初期的电导率比雾发生期间高很多,说明海雾发生的初始阶段雾水中溶解了大量的污染物.对样本的电导率与pH值进行非线性拟合,相关系数为0.61,表明存在一定的相关性.湛江东海岛雾中各离子浓度很高,与其他城市相比较,湛江海雾阴离子Cl-和NO3-很高,特别是Cl-达13000μmol/L,但SO42-不高;阳离子中Na+很高.电导率比其他城市偏高.Ca2+和Mg2+的离子浓度较高,主要是受近地表土壤(主要是钙和铁的碳酸盐)尘埃影响.在雾过程的前期,雾水中各离子成分浓度最高,雾过程期间浓度偏低.各种离子浓度与雾的类型有关.     

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。     

沈阳城市化进程对大气边界层影响研究

利用沈阳气象站2000-2010年高空观测数据,统计分析了各年探空温度和风速曲线,还依据统计得到的中性层结风速廓线资料,利用莫宁-奥布霍夫相似理论计算了下垫面的空气动力学参数,综合研究了沈阳城市化进程对大气边界层的影响。结果表明:(1)随着城市化进程的发展,地面平均温度呈逐年升高的趋势,但升温幅度很小;高层温度也有增加的趋势,增温幅度很小。(2)垂直温度递减率有增加的趋势,这表示城市化程度的发展对边界层的影响也是显著的。(3)由于下垫面城市化程度的提高,在不同高度上风速都有不同程度的减小的趋势。(4)摩擦速度逐年增加,对风速的消减作用逐渐增强;粗糙度逐年增高和零平面位移逐年增大,可见沈阳下垫面城市化的程度逐年增加。     

论山风对重庆雾形成和发展的作用

本文着重分析了通过市中区、长江和嘉陵江剖面上的系留气艇探空资料,研究了浓雾生消过程中剖面上各气象要素场的连续变化.结果表明,山风、城市热岛和两江水面对雾的形成和发展起着重要作用.     

用实测资料对山区逆温的分析

利用云南早期温度层结探空实测资料对山区逆温的特征进行了分析,结果表明:干季逆温出现频率高,山区逆温维持时间长,逆温主要发生在低层。并对同一区域内代表不同下垫面的山区与河谷同期探空资料作了逆温层结的对比分析。     

上海一次典型雾霾过程中不同天气现象的气溶胶光学特性及转化机制

以上海市2013年冬季一次持续雾霾过程为例,根据能见度和相对湿度的地面观测资料将雾霾过程划分为干霾、湿霾、雾3种不同天气现象,对不同天气现象的气溶胶光学特性垂直分布特征进行了研究,并初步分析不同天气现象的转化机制.结果表明,3种不同天气现象的发生顺序为湿霾→干霾→湿霾及湿霾→雾→干霾→湿霾,相对湿度对能见度的影响最大,温度次之,再次是风速,而PM_(2.5)对能见度的影响最小.CALIPSO(Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)探测期间,存在2~3 km明显气溶胶层,且不同天气现象的气溶胶层厚度不同(雾湿霾干霾);雾霾发生期间,1.0 km以下高度气溶胶消光能力最大;在干霾、湿霾到雾的转化过程中,球形、大粒径气溶胶增多,非球形、小粒径气溶胶减少.