天津地区霾天气特征研究

基于2014~2017年天津地区PM_2.5质量浓度，能见度和相对湿度监测数据开展霾天气特征研究.结果表明：天津中度以上霾过程分为五类：高压后部型，北部弱高压型，低压槽型，均压场型和锋前低压型.在现行标准下，中度霾一般对应重度污染天气，重度霾对应重度到严重污染天气；五级重度污染天气一般有中-重度霾发生，六级严重污染天气有重度霾天气发生.2013年“大气污染防治行动计划”开展以后，天津PM_2.5质量浓度和霾日均显著减少，2017年相比2013年霾日减少了55%，中度及其以上霾日由2013年的41d下降到2017年的20d，下降幅度超过50%.基于实况监测的PM_2.5质量浓度，能见度和相对湿度，可以较好的构建区域能见度计算方程.统计数据显示，其估算的能见度和实况值相关系数为0.94，相对误差为18.6%，非霾日辨识准确率为85%，霾日辨识准确率为95.6%，轻微霾辨识准确率为83%，轻度霾辨识准确率为78%，中度霾辨识准确率为93%，重度及以上霾辨识准确率为94%，对于判断霾等级，有较强的适用性.将该方程与空气质量模式结合开展霾等级预报，2015~2017年24h预报产品检验显示：能见度预报值与实况值相关系数为0.75，预报均值13.9km，实况均值14.1km，相对误差为29.6%，FAC2（预报值在实况值两倍范围内百分比）为98.1%，霾日预报准确率81.4%，霾日漏报率18.6%，霾日空报率20.6%，如果容错1级，轻微霾日预报准确率为96%，轻度霾日预报准确率为85%，中度及以上霾日预报准确率为69%，可有效支撑天津霾等级预报的开展.     

天津地区雾霾低能见度短临预报预警方法研究

雾霾低能见度天气对海事交通有显著的影响,当能见度低于3 km时天津港航道采取单向通航管理,能见度低于1 km时封航管理,基于港口海事交通气象服务需求,以天津港为例,采用多种方法开展基于观测的雾霾低能见度0～12 h短临预报预警技术研究.通过分钟级能见度观测的跃迁信号分析、基于观测的未来1 h能见度递推和能见度数值模式三维变分同化3种方法,分别实现60 min内、1～2 h、12 h多时间尺度无缝隙的能见度短临预报预警.结果表明：(1)浓雾天气来临前,大概率会出现“象鼻形”先期振荡,称为象鼻效应.当夜间能见度低于或者接近1 km时,超过200 m能见度异常升高定义为跃迁信号（未有明显天气系统变化,且出现在日出前）,通过港口分钟级的能见度观测,能够提前30～60 min清晰捕捉低于200 m的浓雾天气,跃迁信号可作为未来低能见度短临预报预警的指示.(2)以能见度和相对湿度观测为基础,结合数值模式预测影响能见度变化趋势的PM2.5质量浓度和相对湿度的未来1～2 h变量,根据消光经验公式构建基于观测的短临递推能见度预报方法.实测数据表明,提前1 h能见度预报值与观测值相关系数为0.95,平均相...     

苏州市气溶胶消光特性及其对灰霾特征的影响

为研究气溶胶消光特性对城市灰霾特征及形成的影响机制,采用2010年1月─2013年12月4 a的苏州市逐时散射系数、能见度、颗粒物质量浓度以及风速、风向、气温、气压、相对湿度等数据,对该市气溶胶散射系数、消光特性及影响因子进行了研究. 结果表明:苏州市气溶胶散射系数为(301.1±251.3)Mm-1,日变化呈双峰型,早高峰出现在07:00─08:00,晚高峰出现在20:00─21:00;其年内变化呈夏季低、冬季高. 气溶胶散射系数与ρ(PM_2.5)的相关系数为0.77,高于与ρ(PM₁)和ρ(PM₁₀)的相关性,PM_2.5散射效率为6.08 m2/g. 气溶胶散射系数受风速、风向等气象要素的影响:风速<4 m/s时,气溶胶散射系数下降迅速;风速在4～6 m/s时,气溶胶散射系数随风速下降缓慢. 苏州市气溶胶单次散射反照率平均值为0.84,散射消光比平均值为0.79,说明该地区气溶胶消光以散射性气溶胶为主. 气溶胶散射消光、气溶胶吸收消光、空气分子散射消光、NO₂吸收消光分别占大气消光的82.33%、13.63%、2.72%和1.32%. 研究表明,对气溶胶散射消光贡献最大的非吸收性PM_2.5是苏州市能见度下降、灰霾增加的最重要原因.      

相对湿度和PM2.5浓度对乌鲁木齐市冬季能见度的影响

基于2016~2017年冬季乌鲁木齐市城区PM_2.5和气象要素观测数据,采用线性和非线性回归、变量分类分析等统计方法,研究了大气能见度与相对湿度（RH）、PM_2.5浓度的定量关系.结果表明：乌鲁木齐市冬季能见度日变化呈单峰形分布,中午13：00前后和夜晚20：00前后能见度分别达到最高和最低.相对湿度增加、PM_2.5污染加重都会造成冬季大气能见度明显降低,但低能见度天气的主要影响因素是PM_2.5污染.在RH < 90%时PM_2.5累积及其吸湿增长对能见度变化起控制作用,特别是70%￡RH < 90%时,PM_2.5浓度对大气能见度影响最大.RH³90%时相对湿度成为决定因素.在PM_2.5污染逐渐加重的过程中,相对湿度对能见度的影响在减弱.能见度增加与PM_2.5浓度降低之间存在非线性响应.在PM_2.5污染由严重减轻至中度污染级别过程中,能见度改善并不明显.只有把PM_2.5浓度控制在115μg/m³以下（轻度污染或优良级别）,PM_2.5浓度降低,能见度才开始出现显著提高.但冬季要达到较高能见度水平（8km）,PM_2.5浓度需要继续严控至39μg/m³以下.本文对乌鲁木齐市冬季大气污染治理具有重要指导意义.     

基于BP神经网络的污染物浓度多模式集成预报

基于中国气象局雾-霾数值预报系统CUACE、北京区域环境气象数值预报系统BREMPS和华东区域大气环境数值预报系统WRF-Chem三个环境气象模式预报产品,利用BP神经网络方法建立多模式集成预报模型.首先通过实验得到BP神经网络的训练函数、隐含层节点数和训练样本长度分别为贝叶斯归一化训练函数trainbr、10和50.随后选取北京、天津和石家庄站点的预报结果检验该模型的预报性能.结果表明：（1）相对于单模式,BP神经网络集成预报的3~72h逐3h污染物浓度和观测之间的归一化平均偏差从-100%~200%降低到-20%~20%,污染物浓度和观测的均方根误差比各单模式降低15%以上,相关系数从0.1~0.8提升到0.3~0.85之间,说明其预报结果优于各单模式.（2）2016年AQI等级评估表明,集成模型预报的北京轻度和中度污染的TS评分分别比CUACE提高22%和10%,在天津重度污染的空报率和漏报率分别降低31%和25%.（3）2016年12月份的重污染过程评估发现,集成模型预报的PM_2.5浓度的演变趋势和实况基本相符.     

斜剖面图的设计及在PM2.5中期潜势预报中的应用

本文将强降水潜势预报的“配料法”原理引入到环境预报中,选取ECMWF数值预报产品中的700hPa相对湿度、1000hPa风向风速和850hPa温度作为气象要素“配料”,沿占比最多的冷空气输送路径穿过华北重污染区和上海,设计制作了未来10d气象要素“配料”时空斜剖面图,并具体定义了业务中常见的典型污染过程（冷空气输送、干静稳和湿静稳累积）和清洁过程（冷空气清洁、湿沉降清洁）共5种图形的识别特征.该斜剖面图由于融合了单站时序图和单时次空间面图的优点,无需一张张翻阅天气形势图,显著缩短了看图分析时间;斜剖面图还建立了气象要素图形特征、污染气象条件和PM_2.5污染潜势三者的对应关系,通过图形特征可以快速掌握区域内天气形势演变情况,识别出上述典型污染和清洁过程,最终得出PM_2.5中期污染潜势,便于在业务中应用和推广.一次典型污染个例应用显示,斜剖面图和污染实况的图形型态特征非常相似,斜剖面图中静稳累积和冷空气输送过程图形特征辨识度高,区域和单站提前5d的预报结论和实况较为一致;进一步评估显示,2018年冬季期间预报时效5d以内的TS评分维持在0.32~0.50区间,未来10d的预报准确率维持在74.4%~86.7%区间.     

霾天能见度参数化方案改进及预报效果评估

为了选择适合京津冀地区能见度预报的参数化方案,为霾的预报提供更准确的能见度预报产品.根据实际应用需求,改进了基于气溶胶体积浓度建立的Chen等能见度参数化方案（S1）,并利用2017年2月快速更新多尺度分析和预报系统-化学子系统（RMAPS-CHEM v1.0）的预报结果,对比评估了该方案与基于PM_2.5浓度建立的参数化方案（S2）和Mie散射计算方案（S3）在京津冀地区的预报效果.结果表明：①模式系统对京津冀地区的PM_2.5浓度预报总体较好,预报值与观测值非常接近,二者的相关系数在大部分地区可达0.8以上,小时相对湿度的预报值与观测值相关在0.78以上,平均误差低于3.91%.②三套方案计算的能见度都能较好地预报出2017年2月京津冀地区能见度的时间演变趋势,且在大部分时间三者计算的能见度都非常接近.总体上S1计算的能见度最低,S3计算的能见度最高,S2居中.在京津冀大部分地区,S1的均方根误差和归一化平均绝对误差最低,S3的最高,S2居中且在北京地区表现最佳.③能见度大于10 km时三套方案计算结果都偏低,其中S3的平均误差和均方根误差最低,能见度低于10 km时,特别是对出现频率较高的1~5 km低能见度的预报,S1方案的平均误差、均方根误差和归一化平均绝对误差都是最低的,更适合京津冀地区霾天气能见度的预报应用.     

多模式集成方法在安徽地区PM2.5预报中的应用研究

分别采用算术平均、权重平均、多元线性回归和神经网络的集成方法,对3种空气质量模式在安徽地区2017年2月-2018年2月PM_2.5预报结果进行集成释用.结果表明：各模式和订正产品的预报值与实况值之间均能达到显著相关,相较于WRF-Chem,多元线性回归的均方根误差（RMSE）下降了21.7%,归一化平均偏差（NMB）下降了6%,且在16个地市中NMB均下降至-25%~25%之间;从不同时次的预报效果来看,在3个代表性城市（淮北、合肥和芜湖）,多元线性回归均能大幅度降低RMSE和NMB,但从时间和空间效果来看,其对于提升预报值与实况值之间的相关性方面,略差于权重平均的集成方法;多元线性回归方法对于重污染天气PM_2.5预报评分（TS）最高,为0.46.该方法能较为有效地提升不同模式的预报效果,可为重污染天气预报预警提供参考.     

ECMWF气象场驱动长三角PM2.5预报与最优集成

采用华东区域大气环境数值预报业务系统（RAEMS-GFS）的整体框架和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）高分辨率数值天气预报数据,建立了ECMWF气象场驱动的区域空气质量数值预报系统（RAEMS-EC）.评估结果显示：RAEMS-EC对2019年秋冬季长三角城市PM_2.5浓度和污染程度具有良好的预报准确性,其性能与RAEMS-GFS具有高度可比性的同时也存在一定的差异,数值上则有较明显的系统性偏高.RAEMS-EC与RAEMS-GFS双模式最优集成预报（OCF）可以大幅提升预报效果,长三角各城市PM_2.5浓度总体预报效果指标提升12%~83%,各指标在80%以上城市为正效果,PM_2.5污染预报TS评分也得到明显提升（14%）,OCF基本消除了数值预报系统性偏高的不足.     

深度学习方法在上海市PM2.5浓度预报中的应用

为提升PM_2.5浓度预报能力,尤其是对PM_2.5重污染的预报能力,以中尺度气象-化学耦合模式系统（WRF-Chem）为基础,结合中尺度WRF气象预报数据、地面及高空气象观测数据、PM_2.5浓度观测数据,基于人工智能深度学习序列到序列的算法建立了上海市PM_2.5统计预报模型.结果表明,人工智能深度学习算法（Seq2seq）明显修正了WRF-Chem模式由于模型非客观性造成的偏差,提高了上海市PM_2.5浓度的预报能力;该算法优化和修正了WRF-Chem模式结果,并通过检验发现可以使PM_2.5浓度预报值与实况值间的相关系数由0.51上升至0.79,均方根误差由25.9μg/m³下降至15.01μg/m³.而单独使用套索法（Lasso）线性回归算法对WRF-Chem模式优化效果不理想.基于Seq2seq的PM_2.5浓度预报修正模型能够有效提升预报精度.     

渤海氮磷营养盐的循环和收支

近年来无机氮与活性磷酸盐已成为渤海主要的污染物质.为了解氮、磷营养盐的循环规律,建立了一个生物、物理耦合的三维生态模型,模拟了渤海氮磷营养盐循环,估算了它们的收支情况.渤海营养盐浓度从春季到夏季下降,秋季到冬季上升,4～9月为消耗期,10～3月为补充期.磷酸盐冬季最高值位于渤海湾,辽东湾西北部全年都维持了比较高的浓度;无机氮的高值区始终位于莱州湾黄河口附近.光合作用和呼吸作用是营养盐最大的源和汇,碎屑的矿化可以补充光合作用消耗的营养盐的30%.河流输入每年可以补充P 0.55×10³t和N 52.7×10³t.     

黄渤海上空气溶胶类型判别及其成因分析

气溶胶是大气环境的重要组成部分,其对天气和气候变化有重要影响,对人类健康也有危害.对气溶胶类型的区分有利于判别气溶胶的来源,这对控制气溶胶污染源、改善区域环境质量有重要的推动作用.本文基于黄渤海区域6个观测点的实测数据和卫星遥感数据,采用聚类分析方法对黄渤海上空的气溶胶进行分类,并采用拉格朗日轨迹追踪法判定气溶胶的来源.研究发现,黄渤海上空的气溶胶类型以清洁大陆型和生物燃烧以及城市/工业型为主,陆源输入是黄渤海上空气溶胶的重要来源.清洁大陆型的气溶胶在黄海中部的贡献率相比于其余海域偏低,这也间接表明近岸的气溶胶更易受到来自陆地的影响,离岸区域受陆地的影响相对较小.     

渤海沉积物中磷的分布与埋藏通量

对渤海27个站位的表层沉积物和25个站位的柱状沉积物中总磷(TP)、无机磷(IP)及有机磷(OP)的含量及其分布特征进行了研究.结果表明,渤海表层沉积物总磷含量的变化范围为10.83～20.27 μmol·g-1,IP是表层沉积物中磷的主要存在形式,平均占TP的81％,柱状沉积物中无机磷同样占绝对优势.沉积物中总磷与无机磷的垂直分布具有由较深层向浅层增加的趋势,有机磷含量也随着深度的增加而减小,一般是上部变化较大、下部变化较小.渤海沉积物中总磷及无机磷在黄河口及莱州湾附近海域含量最高,渤海西部也有较高含量,中部次之,东部及海峡沉积物中磷含量最低;沉积物中有机磷在渤海西北部、渤海湾及辽东湾口附近含量较高影响渤海沉积物中磷含量的主要因素有陆源输入与水动力条件渤海磷的埋藏通量和埋藏效率都具有明显的区域性,研究发现,磷的埋藏通量与沉积速率的相关性显著(r=0.897,p＜0.01),而磷的埋藏效率沿岸高,并向外海逐渐降低通过对比1998年与2008年渤海中南部的表层沉积物磷含量数据,发现2008年沉积物中总磷、有机磷含量高于1998年,说明随着社会经济的发展和人类活动的加剧,渤海水体富营养化程度愈加严重.     

渤海海域夏季石油烃污染状况及其环境容量估算

根据调查分析了渤海海域石油烃污染状况,建立了渤海石油烃多介质动力学模型,估算了渤海海域石油烃污染物环境容量和剩余环境容量。结果表明,调查海域石油烃平均浓度为(25.7±13.6)mg／rn3,变化范围为4.4~64.8 mg,／m3,其中,莱州湾,渤海湾等近岸海域污染较严重。在一、二类国家海水水质标准下,渤海海域石油烃污染物环境容量(ECo)为29 169 t／a,在三类国家海水水质标准下ECo为177 306 t／a,在四类国家海水水质标准下ECo为298 446 t／a,各海域在一、二类国家海水水质标准下石油烃污染物环境容量分别为,渤海湾5 255 t／a,辽东湾8 869 t／a,莱州湾4 889 t／a,渤海中部10 156 t／a。     

渤海海洋资源的开发与持续利用

渤海是我国一个半封闭的内海,海域面积7.7×104km₂,具有丰富的海洋生物资源、海洋油气资源、海盐资源、滩涂资源、港口与滨海旅游资源等。随着对渤海海洋资源的开发,已形成了海洋渔业、海洋油气开采业、海洋运输业、滨海旅游、沿海造船和海盐业等海洋经济产业部门。通过对渤海海洋资源评估、对海洋资源开发及海洋经济增长、海洋产业部门结构特征以及当前渤海存在的海洋环境污染等问题进行分析研究,并应用层次分析法(AHP)对渤海海洋资源开发利用提出了重点与发展方向,明确了环渤海地区的海洋经济是以利用资源为主的资源型经济。由此提出了渤海海洋资源持续利用的对策。     

Sea water intrusion in coastal areas of Yellow Seaand Bohai Sea

ＳｅａｗａｔｅｒｉｎｔｒｕｓｉｏｎｉｎｃｏａｓｔａｌａｒｅａｓｏｆＹｅｌｌｏｗＳｅａａｎｄＢｏｈａｉＳｅａＳｈｅｎｇＸｕｅｂｉｎ；ＳｕｎＪｉａｎｚｈｏｎｇ；ＤａｉＺｈａｏｈｕａ（ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＥｃｏ－ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｅ...     

渤海近岸水域环境污染状况分析

依据海洋环境质量公报,分析渤海近岸海域的环境现状、变化趋势、超标分布及污染源,说明影响渤海环境质量主要是陆源超标排放和水交换不畅。实施渤海环境治理具有紧迫性。渤海污染治理是个科学问题,应加强科技支撑作用。     

渤海渔获物资源结构的变化特征及其影响因素分析

论文基于对渔业统计和海洋调查资料的集成研究,运用渔获物平均营养级指数探讨了近50 a 来渤海捕捞渔获物资源结构的变化特征及其影响因素,发现1956-2000 年间,渤海捕捞渔获物平均营养级（Y）与公元年份（X）具有Y=-0.008X+19.777 （R=-0.710,n=41,Sig.=0.000）的统计关系,渤海捕捞渔获物平均营养级每年下降约0.01。黄河入海径流量与捕捞渔获物平均营养级之间正相关性显著,其机制是淡水输入量通过改变适应不同盐度渔业资源生物幼体的相对组成而最终影响其成体后的组成结构;通过食物链的传递,水体氮磷比的升高和硅的降低也会对其产生影响;浮游动物与底栖动物生物量比值与浮游食物链和底栖食物链渔业资源生物量比值有很好的对应关系,表明上行作用对捕捞渔获物资源结构的变化具有重要影响。     

2013年秋末黄渤海海水中胞外酶活性水平和垂直变化

于2013年11月6~23日对黄渤海进行了现场调查研究,对42个大面站以及A7、E7两个垂直站位进行了采样及环境参数的测定,研究了该海域海水中的9种胞外酶活性的水平及垂直变化.结果表明:秋末黄渤海表层海水中,9种胞外酶的平均活性由高到低排列为碱性磷酸酶[77.31nmol/(L·h)]>脂肪酶[23.59nmol/(L·h)]>β-D-葡萄糖苷酶[3.87nmol/(L·h)]>木糖苷酶[2.63nmol/(L·h)]>α-D-葡萄糖苷酶[1.58nmol/(L·h)]≈纤维素酶[1.47nmol/(L·h)]≈几丁质酶[1.29nmol/(L·h)]>肽酶[1.09nmol/(L·h)]>β-D-半乳糖苷酶[0.74nmol/(L·h)];表层海水9种胞外酶的活性大都呈现出黄海大于渤海,即南高北低的变化规律;表层海水中的β-D-葡萄糖苷酶活性和纤维素酶活性与温度呈现弱的正相关(P0.05);A7和E7两个站位的胞外酶活性的垂直分布显示不同胞外酶的活性在不同水深有明显的差异,基本表现为表层、10m和30m的活性高于50m、75m和底层的活性.     

关于渤海环境综合整治行动的反思

面对日益严峻的渤海环境问题,我国自本世纪初开始了大规模的渤海环境综合整治行动.该行动在取得积极成效的同时,存在如下问题:指导思想上带有传统环境管理痕迹,缺乏统一有效的权威领导机构,配套的政策法规的缺失,公众参与的长效机制尚未建立.为此下一步重点要解决的问题是:提高对渤海环境保护重要性的认识,促进渤海环境管理综合协调机制运行的制度化与规范化,促使渤海环境保护和教育的广泛参与性和持久性.