杭州富阳地区2015—2018年冬季不同天气形势下PM2.5传输路径和潜在源区分析

利用2015—2018年杭州市富阳地区国控站污染数据、自动站和GDAS气象资料及对海平面气压场进行天气分型的基础上,使用HYSPLIT模型、潜在源贡献因子（WPSCF）分析法和浓度权重轨迹（WCWT）分析法,研究富阳地区冬季污染现状及不同天气形势下PM_2.5的输送路径与潜在源区分布特征.结果表明,2015—2018年富阳地区冬季PM_2.5浓度持续较高且变化趋势不明显,污染区域输送问题不容忽视.通过天气分型得到该地区冬季主要受高压、高压前部、高压底部、L型高压、低压和低压前部6种天气形势影响,其中,高压和高压底部控制下PM_2.5浓度均值较高,分别为65 μg·m^-3和58 μg·m^-3.对各天气形势下气团轨迹聚类分析得到,高压和高压前部控制下污染气团主要来自山东、江苏等地,高压底部和L型高压控制下污染气团主要来自内蒙古、辽宁等地,低压和低压前部控制下污染气团主要来自浙江中部、东南部地区.不同天气形势下WPSCF和WCWT得到的分布特征类似,高压控制下潜在源区分布范围最广,位于浙江西南部、东北部、上海和江苏东南部地区,其次为高压底部控制,潜在源区位于浙江中东部、东北部和上海地区,高压前部、L型高压、低压和低压前部的潜在源区范围较小,基本位于浙江、江苏南部和上海等地.     

成都地区秋冬季污染天气形势下PM2.5的扩散与输送

基于ERA-Interim再分析资料、大气污染资料以及气象资料,利用T-mode主成分分析法（PCT）将成都地区2016~2018年PM_2.5污染严重的1、2、11、12月份的海平面气压场和10m风场分成8种天气类型,分析不同天气类型下的空气污染状况及污染气象参数特征,进而从污染气象学的角度揭示重污染天气类型下的气象特征和潜在污染来源,结果表明：①成都地区在高压后部型、低前高后型、鞍型场、北方高压底部型中PM_2.5污染会加重,属于污染型天气类型,而在西路冷锋前部型、高压边缘型、西北高压底部型、东路冷锋前部型中,PM_2.5污染显著减弱,属于清洁型天气类型.②在污染型天气类型下,成都地区出现的逆温层较强,混合层高度较低均不利于PM_2.5的扩散稀释,且边界层内南风分量明显增大,东北风减弱,边界层通风量（VI）较小,风场对污染物的扩散能力也较弱.③对污染天气类型下成都的PM_2.5污染输送与潜在来源进行研究,认为成都南部及西南部地区在各个污染天气类型下都对其PM_2.5的质量浓度有明显的影响,另外在鞍型场天气类型下,成都东部及东北部地区也是成都PM_2.5污染的源区之一,而在北方高压底部型中,成都地区的PM_2.5主要受到其周围地区的影响,外地的污染物输入较少.     

江西省冬季大气典型污染过程的气象成因研究

选取2019年1月江西省两次大气污染过程为研究对象,利用常规气象观测资料、美国国家环境预报中心（NCEP）再分析资料、全球资料同化系统（GDAS）气象数据和空气质量数据,分别从局地气象要素变化、地面天气形势、大气动力和热力条件及污染潜在源区等进行分析,对比两次污染过程形成机制.两次污染过程地面天气形势分别为冷锋前部型和低压倒槽型.冷锋前部型污染形成主要原因为冷空气南下在江西省减弱辐合导致上游细颗粒物输送并堆积,西北风增大细颗粒物浓度降低.低压倒槽型污染形成原因为较长时间处于高湿、小风或静风、逆温下的污染累积.对两次过程中污染较为严重的九江市进行分析,冷锋前部型九江市近地面主要受西风影响,低压倒槽型主要受东北风影响,低压倒槽型九江市风速多在2 m·s^-1以下.两次污染期间大于3 m·s^-1的风速有利于污染物清除.长时间高湿、小风（< 2 m·s^-1）及风场辐合,是低压倒槽型九江市重污染维持较长时间的重要原因.低压倒槽型大气垂直结构较冷锋前部型稳定.低压倒槽型垂直湍流弱、低层风速小于2 m·s^-1,且存在多层逆温和深厚的湿区,冷锋前部型存在明显下沉运动,逆温强度明显弱于低压倒槽.九江市PM_2.5污染潜在贡献源主要来自河南东部、山东西部和安徽西北部;低压倒槽型九江市潜在源区主要位于江西省内及与江西省接壤的湖北东南部、安徽西南部.     

珠江三角洲区域空气质量的时空变化特征

利用2006-2012年粤港区域空气质量监控网的区域空气质量指数(RAQI)资料和珠江三角洲地区(珠三角地区)同期的地面气象资料,研究了珠三角地区RAQI时空分布特征,还结合相关性分析和风场分析等方法探讨了珠江三角洲不同城市之间污染物输送的影响。结果表明:珠江三角洲大部分城市区域空气质量近年来呈现出显著的改善趋势,但是广州、佛山和东莞的污染日数,依然保持在较高的水平;污染物输送在不同城市之间影响非常显著,下风向地区易受上风向地区污染物输送影响,尤其肇庆、中山、江门和惠州受上风向影响非常显著,佛山和东莞则影响不显著;珠三角造成污染天气的天气形势中,高压脊控制型和高压底部型较多,槽前脊后型等其他类型则相对较少。     

京津冀地区冬半年空气污染天气分型研究

利用ERA-Interim再分析资料,采用PCT方法,对2013~2015年冬半年京津冀地区海平面气压场进行了客观分型;利用同期空气污染资料和常规气象观测资料,分析了不同天气类型下京津冀地区空气污染和气象要素特征,并选取典型重污染月份,分析了京津冀地区重污染天气过程特征及形成原因.结果表明,京津冀地区天气形势可分为9种类型,包括高压前部和高压南部等不易污染天气类型,以及高压场、高压后部、鞍型场和冷锋前部等污染天气类型;污染天气类型多表现为高湿小风,稳定能量大,最大混合层厚度低,不利于污染物扩散,各城市AQI均值多在150以上;2014年2月两次重污染过程均发生在连续多日维持高压场等污染天气型的情况下;污染过程期间高压系统演变引起北部偏北风增大,抑制了北部城市空气污染持续加重的趋势,而偏南风输送使得北部城市污染物浓度迅速升高.     

2015—2021年广州市臭氧和PM2.5复合污染特征及天气分型研究

利用广州市2015—2021年的地面观测资料和ERA5再分析数据集,统计了臭氧和PM_2.5的时间分布特征及两者同时出现高值(“双高”过程)的气象成因,并进一步用自组织神经网络(SOM)研究了高浓度臭氧和PM_2.5(浓度大于年第85分位数)对应的客观天气型.结果表明,2015—2021年,广州市臭氧浓度呈逐年上升趋势,而PM_2.5浓度则呈逐年下降趋势,臭氧逐渐取代PM_2.5成为首要污染物.“双高”日主要集中在春季和秋季,且秋季占比超过50%.当温度为20～30℃,湿度为30%～50%时,“双高”日出现的概率达到30%以上.基于天气分型方法,本研究发现在所有“双高”污染过程中,主要天气分型依次为：高压底后部型、变性高压脊型、副高+台风外围型、冷锋前部型;秋季发生“双高”污染时,天气分型依次为：副高+台风外围型和副高+弱冷高压脊型.     

冬季不同天气形势下杭州市大气环境容量研究

文章利用2015-2018年杭州市地面PM_(2.5)质量浓度资料、ERA5再分析资料和地面观测资料,在使用PCT分型法对杭州市冬季天气形势进行客观分型基础上,通过修正A值法计算得出了杭州市冬季不同天气形势下大气环境容量的变化特征。结果表明:2015-2018年杭州市冬季PM_(2.5)质量浓度持续偏高,空气污染最为显著。通过客观分型得出影响该地区冬季主要天气形势共分6种,分别为高压控制、高压底部控制均压场、L型高压控制、高压前部控制均压场、低压控制、低压前部控制均压场。其中,在高压控制、高压底部控制均压场、L型高压控制、低压控制时,其逐日大气环境容量相对较小,依次为5.66、5.88、7.95、0.52 t/d,易发生空气污染;在低压前部控制均压场和高压前部控制均压场时,大气环境容量较大,依次为15.26、13.14 t/d,不易发生空气污染。因此,得出的不同天气形势下大气环境容量的变化特征对于杭州市冬季大气污染排放管控政策的制定能够起到一定的指导作用。     

天气型对北京地区近地面臭氧的影响

臭氧(O3)是夏秋季北京城市大气光化学污染物中的首要气态污染物,气象因素是影响其浓度水平和变化规律的主要因子之一.2008年7月~2008年9月,在北京市4个站点进行了臭氧、氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)浓度的同步连续观测,并对同期天气型进行了分类比对分析.结果显示,观测期间,北京地区处于低压前部(主要是蒙古气旋)和高压前部的比例分别为42%和20%,分别是造成臭氧浓度高值和低值的主要背景场.处于低压前部控制时,高温、低湿以及局地环流形成的山谷风造成区域臭氧累积,小时最大值(体积分数)高达102.2×10-9,并随气压的升高以3.4×10-9Pa-1的速率降低,山谷风风向的转变决定了臭氧浓度最大值出现时间,峰值出现在14:00左右;处于高压前部控制时,低温、高湿以及系统性北风造成区域臭氧低值,小时最大值(体积分数)仅为49.3×10-9,系统性北风将臭氧峰值出现时刻推后到16:00左右.北京地区臭氧光化学污染呈现出区域一致性,并与天气型有较好相关,关注天气型结构和演变对预报大气光化学污染具有重要意义.     

杭州地区污染天气型及冷锋输送清除特征

基于Lamb-Jenkinson天气分型方法对影响杭州四季的大气天气型进行频率划分,并结合杭州气候观测站的PM_(2.5)观测数据分析各季典型天气型的污染特征.针对杭州秋冬季冷锋活动时PM_(2.5)浓度值变化的不确定性,进一步分析了冷锋过程对杭州大气污染物的输送和清除特征.结果表明,冬季是杭州的主要污染季节,以高压控制和暖区发展天气型为主;春、秋季其次;夏季基本不发生高污染个例.其次,结合变温和风速气象要素特征发现,24h负变温范围在0~2℃之间或者平均风速低于2m/s条件下的弱冷锋环境以污染输送作用为主,而24h负变温幅度大于4℃以及平均风速大于4m/s的较强冷锋环境以污染清除作用为主.     

广东省臭氧污染天气型及其变化特征

结合地面观测资料、再分析数据和客观天气分型方法SOM,分季节、分区域诊断和分析2015~2020年广东省O₃污染天气型及其变化特征.结果表明,2015~2019年广东省O₃污染逐年上升,其中2017~2019年上升较为明显,2020年则明显下降,气象条件和污染物排放的变化均对O₃污染的变化起到重要作用.2017~2020年广东省干季O₃浓度接近或超过湿季O₃浓度,干季污染城数亦接近湿季.弱冷高压脊天气型是影响广东省O₃污染的主导天气型,6a期间共造成526个污染城数.干季和湿季O₃污染的主导天气型分别为弱冷高压脊和台风外围,干季弱冷高压脊天气型污染天数占比呈明显上升趋势,2019~2020年超过湿季台风外围天气型成为影响O₃污染最主要的天气型.在弱冷高压脊天气型下,影响四大区域O₃污染的外来源输送路径主要有东北路和沿海路,湿季珠三角台风外围和粤北变性高压脊天气型下,区域O₃污染则受本地排放影响较大.     

粗粒子气溶胶远距离输送造成华南严重空气污染的分析

2009年4月末,发生了一次罕见的粗粒子气溶胶远距离输送造成华南地区出现严重的空气污染事件,其特征主要是气溶胶质量浓度超标,而能见度没有明显恶化,对这次空气污染事件进行分析的结果表明.在过程中,粗细粒子质量比(PM2.5/PM10)有明显的3次下降,最低达到0.3,即PM2.5仅占PM10的30%,这与珠江三角洲地区通常以细粒子为主的污染特征有很大不同,反映了外来粗粒子的侵入特征.长江流域浮尘天气的沙尘粒子变性后,长距离输送污染物叠加本地污染物,造成这次严重空气污染事件.     

珠三角干季海陆风特征及其对空气质量影响的观测

通过2004年10月在珠江三角洲（以下简称“珠三角”）开展大气边界层观测试验得到的垂直风温资料和逐时PM_2.5浓度资料,利用局地环流指数（RF）等方法研究了珠三角海陆风特征及其对空气质量的影响.结果表明：局地环流指数是表征局地大气输送能力的有效指标;冷暖气团对峙导致珠三角污染日背景风场较弱,沿海海陆风活动活跃,空气质量指数与RF系数相关性颇高,珠三角沿海100~400m处RF系数值主要分布在0.5~0.8之间;在海陆风影响下低层风场的有效输送能力较弱,不利于污染物的输送扩散.而随着冷空气全面控制珠三角,垂直风场RF系数值高达0.9以上,海陆风难以发展,风场输送能力强,能够持续的将污染物输送出去.观测发现沿海观测点试验期间海陆风发生频率约为47.8%,其中72.7%的海陆风日出现了污染天气,海陆风日地面风向呈现出明显的随时间顺时针偏转特征,海风约从16：00时开始出现,并在20：00达到最大影响高度约为600~800m.夜间海风将污染物输送回内陆观测点,导致内陆PM_2.5浓度在19：00~21：00时出现浓度峰值,呈现出明显的双峰结构.     

珠三角区域空气质量指数(RAQI)的研究

区域空气质量指数(Regional Air Quality Index,RAQI)是粤港政府联合发布、反映珠三角区域内不同地区的空气质量状况的评级系统。虽然RAQI综合考虑了空气污染的总量水平,较我国空气污染指数(Air Pollution Index,API)系统增加了O3,一定程度地考虑了大气氧化性增高的问题,但其所表征的空气质量状况与实际空气污染水平和公众感受仍存在差异。对2006年珠三角和香港监测数据的研究表明,RAQI较API能更充分地体现空气质量的分级;小时RAQI能够实时准确地反映了环境质量的变化,较每日RAQI更具有实际意义;加入PM2.5或采用不同的O3、PM10和PM2.5环境质量标准,是影响RAQI的重要因素。PM2.5/PM10为0.7,比世界卫生组织推荐的PM2.5/PM10为0.5的比例更符合珠三角的实际情况。因此,增加细粒子污染物PM2.5,适当调严某些污染物的环境质量标准,增加RAQI的发布频次,可以使RAQI更全面、准确地反映区域空气污染状况,是RAQI改进的方向。     

2006～2012年珠三角地区空气污染变化特征及影响因素

利用粤港珠江三角洲区域空气监控网络2006~2012年监测结果,分析了珠三角地区SO2、NO2、O3和PM10浓度的年、月变化及空间分布特征,并对产生时空分布变化的原因进行了剖析.结果表明:7年来,珠三角地区SO2、NO2和PM10浓度呈下降趋势,降幅分别为61.7%、17.4%和24.3%,O3浓度呈上升趋势,增幅为12.5%,总体而言,珠三角地区空气质量呈好转趋势;湿季(4~9月)空气质量明显优于干季(10月至翌年3月),各污染物浓度的月变化均呈双峰型,SO2、NO2和PM10峰值浓度出现在12月和3月,O3峰值浓度出现在10月和5月;SO2、NO2和PM10浓度高值区主要集中在中部的广佛地区,O3浓度在外围郊区呈现高值,各部分地区的污染物浓度变化趋势不一致,中部经济核心区一次污染物浓度下降趋势更为显著.珠三角地区空气质量的变化受多方面因素的影响,经济下行和政府治理是驱动一次污染逐年好转的主要因素,而政府对VOCs排放控制相对薄弱,VOCs排放与气候变化的共同作用可能是导致二次污染(尤其是O3污染)加剧的原因.     

珠三角地区2005-2009年灰霾天气污染水平分析

通过环境监测数据和灰霾观测站气象资料,评价珠江三角洲地区2005-2009年灰霾污染程度,分析大气污染颗粒物与灰霾天气的关系,反映该地区居民灰霾污染暴露水平。结果显示,珠三角地区2005-2009年灰霾天气总体趋势为广州市稳中有降,东莞、深圳和肇庆三城市先升后降,每年灰霾天气具有明显季节性变化。四城市灰霾天气污染水平均以等级指数2轻微灰霾天气为主,PM10、SO2和NO2,3种大气污染物与灰霾等级指数回归分析具有显著性的正相关效应。珠三角地区属于灰霾高发区,灰霾污染较为严重。     

珠三角秋季典型气象条件对空气污染过程的影响分析

利用空气质量指数(AQI)、主要大气污染物浓度和气象要素、天气图等数据资料,结合中尺度数值天气预报模式WRF,对2014年10月珠三角地区污染期间的天气形势及气象特征进行了分析.结果表明,WRF模式可以较好地反映珠三角地区主要城市地面和高空气象要素的时空变化,9个城市平均地表的温度、相对湿度和风速的模拟值与观测值的相关系数分别为0.90、0.87和0.78.对2014年10月3次污染过程的分析表明,造成该时段珠三角地区空气污染的天气形势主要是高压底部型和均压场型.静风或小风(2 m·s~(-1))及稳定的大气层结均不利于污染物的扩散,同时由于偏北气流输送周边污染物到珠三角地区,导致污染物浓度不断增加.相对湿度低于65%时,珠三角地区首要污染物以O_3为主;相对湿度高于70%时,PM_(2.5)浓度逐渐增加,成为主要污染物.高温等气象条件会影响光化学反应,加重珠江三角洲的空气污染,表现了该地区大气复合污染的特性.     

珠三角一次重空气污染过程特征分析及数值模拟

以珠江三角州地区(珠三角)2009年11月23─29日一次重空气污染过程为例,利用常规观测资料及中尺度气象模式(MM5)、污染源排放模式(SMOKE)和空气质量模式(CMAQ)的模拟,研究此次重空气污染过程的特征. 结果表明,造成此次重污染的主要原因有:①前期高压脊带来的稳定层结和静小风条件使得大气污染物逐日累积,难以扩散;②西太平洋台风向南海附近发展移动时,其外围下沉气流导致珠三角大气污染物向低层输送并积累. 珠三角区域污染分布特征表明,广州和佛山的本地贡献明显,而肇庆等地受外地源输送的影响更为显著.      

珠江三角洲大气中甲基叔丁基醚的污染特征研究

应用先进的大气采样罐、大气样品预浓缩技术和气相色谱/质谱联用仪器,采取长期观测和加强观测方法详细地研究了珠江三角洲大气环境中MTBE的污染浓度水平及其时空分布特征.结果表明,①目前该地区的工业区、交通区以及居住、商业和交通混合区等大气环境中普遍能够检测出MTBE污染物,长期观测的小时浓度均值变化范围从0～1.250 μg·m^-3,夏季污染较冬季更为严重,高浓度的MTBE污染物主要集中在城区,郊区显著受到上风向城市和周边城市污染源排放的影响.②夏季加强观测期间,广州市区的日均浓度为(1.520±0.370) μg·m^-3,约为其下风向郊区花都测点的7倍和清洁区从化监测点的100倍.城区呈现早晚2个污染物浓度峰值,夜间为平均浓度最低值时段,而郊区夜间反而出现高浓度峰值.③冬季加强观测期间,广州市城区的日均浓度为(0.950±0.240) μg·m^-3,为其下风向郊区新垦测点的3.6倍,出现多个峰谷,城区在18:00～22:00点均具有较高的污染物浓度,郊区则在次日的04:00～10:00点具有相对较高的污染物浓度.④在光照比较弱的时段市区交通干线附近的大气MTBE浓度随着距地面高度增加而降低,而在光照比较强的时段则随着距地面高度增加反而有所上升,反映出市区近地面大气MTBE污染物除了主要来自机动车尾气排放之外,还有明显的大气光化学反应生成的二次污染物来源.     

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.     

台风过程珠江三角洲边界层特征及其对空气质量的影响

利用2006年7月珠江三角洲南北向3个点为期1个月的小球测风、低空探空资料及9个地面气象站逐时风向、风速资料,通过计算和分析风、温梯度资料,研究了台风过程珠江三角洲边界层特征及其对珠江三角洲地区空气质量的影响,重点分析了台风下沉气流影响导致灰霾天气期间的边界层结构.结果表明,2006年7月珠江三角洲地区空气质量主要受2个台风过程影响,当台风中心位于粤东及福建以东海域时,台风外围的下沉气流会对珠江三角洲地区的空气质量产生强烈影响,出现灰霾天气.在台风登陆前出现灰霾日时,珠江三角洲被均压场所控制,大部分区域为静小风,沿海地区会出现局地的海陆风,边界层风速较小.在200~500m低空会出现逆温层,同时最大混合层高度迅速下降到不足500m.