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。     

城市灰霾数值预报模式的建立与应用

建立了城市灰霾的数值预报模式,可模拟PM2.5中主要成分硫酸盐、有机碳、黑碳、硝酸盐和土壤尘等气溶胶的浓度分布,根据气溶胶浓度分布计算城市大气能见度,从而预测城市灰霾天气. 利用城市灰霾的数值预报模式进行了冬、夏2个算例的模拟. 结果表明:在PM2.5中,夏季硫酸盐的贡献率(26.6%)略高于冬季(24.0%),夏季和冬季有机气溶胶(OM)贡献率分别为35.4%和33.3%, 黑碳贡献率分别为9.5%和7.1%;南京地区颗粒物的消光系数占总消光系数的95%以上,是能见度下降最主要的贡献者,其中,硫酸盐和有机物对能见度贡献最大,其次为黑碳、硝酸盐、粗粒子、土壤尘和NO2.      

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...     

基于WRF-RTIM的上海地区霾预报MOS方法研究

应用基于系统辨识理论的实时迭代模式(real-time iterative model,RTIM)对WRF模式预报结果进行后处理,建立了上海地区霾天气的模式输出-统计(model output statistics,MOS)方法.首先,根据WRF模式的气象输出资料,结合大气污染观测数据,筛选出霾事件的预报因子;其次,运用系统辨识实时迭代模型,建立依据MOS预报方法的PM2.5、PM10和能见度预报模式;最后根据霾事件的判别标准,对上海2012年11月—2013年1月的霾日进行24 h和48 h预报.结果表明,PM2.5模式预报成功率为75.0%~63.9%,PM10模式预报成功率为87.5%~81.8%,能见度模式预报成功率为71.0%~74.2%,霾日预报成功率为73.7%~72.7%.分析表明,研究期间上海的气溶胶以细颗粒物为主,低能见度主要由导致霾现象的PM2.5引起.该方法能较准确地预报霾日的发生,可为我国城市大气环境业务预报提供参考依据.     

2010年广州亚运会期间灰霾天气分析

使用广州地区气象资料,重点研究了 2010 年广州亚运会期间的灰霾天气特征. 结果发现,2010 年 11 月广州出现灰霾天气 5 d,较近年平均水平明显偏少,但 2008—2010 年的污染气象条件分析表明,2010 年的扩散条件较 2008 和 2009 年均较差,说明 2010 年广州亚运会前期的各项减排措施取得了明显成效. 作为对照,自 20 世纪 80 年代初开始,广州地区的能见度急剧恶化并导致灰霾天数增加,每年 10 月至次年 4 月的旱季灰霾天数较多,改革开放以来,每年 11 月份的灰霾天气大幅增加,并于 1994 和1999 年分别出现了最多的17 d. 2000 年以后,11 月份灰霾天气最多为 12 d,出现在 2005 年; 最少为 3 d,分别出现在 2002 和 2003 年. 广州市空气质量逐年恶化的趋势不容乐观,珠江三角洲复合型新型空气污染日趋严重的态势非常严峻; 且区域性特征明显,治理难度加大; 广州周边的佛山、清远、东莞、江门的灰霾天气都比广州多,对广州治理灰霾天气形成了压力. 因而 2010 年 11 月灰霾天气的明显减少,更说明区域联动、机动车单双号限行、重点工业污染源调控、严控垃圾秸秆焚烧等减排措施效果明显.     

基于环境模式PM2.5的渤海及其西岸能见度预报技术优化研究

基于2019年12月1日—2020年11月30日渤海及其西岸地区能见度观测和数值模拟,研究了该区域海岸陆能见度演变特征及其预报方法,并通过引入PM_2.5浓度及建立相应的消光方程,提升该地区能见度预报准确率.结果表明：渤海及其西岸地区海岸陆能见度演变特征存在差异,就年平均能见度而言,海上（含港口）高于陆地,并且前者的能见度日变化较后者更趋平缓,低能见度（<3 km）天气陆地主要出现在0:00—8:00,海上（含港口）则全天均有可能出现,海上（含港口）0～500 m低能见度天气多于陆地,500～3000 m低能见度天气少于陆地.渤海及其西岸地区能见度预报需要考虑气溶胶消光的影响,欧洲数值模式（ECMWF）和天津气象台主观能见度预报产品,在该区域预报与实况的相关系数为0.2～0.3,相对误差为40%～50%.引入天津环境模式PM_2.5浓度预报,基于ECMWF相对湿度和环境模式液态水含量,通过消光方程可以较好地改进预报该区域能见度的效果,其产品陆地和港口能见度预报与实况的相关系数分别为在0.8和0.5以上,相对误差分别为20%和40%左右,小于...     

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%。     

深圳市空气污染分区预报思路的建立

基于本市2005—2010年各区API日资料和污染日逐时资料、逐日气象要素资料、物理量因子,在对全市污染时空分布特征和各影响因素细致分析的基础上,运用典型天气形势和典型要素判定方法,在此基础上,进行气象要素的偏最小二乘回归提炼主要因子,建立污染天气预报思路,运用2011年重污染目的资料进行检验,结果表明：该种三级判定的方法预测污染小概率事件,吻合较好,为空气污染客观预报和高污染预警系统的建立提供依据。     

苏州市沙尘天气下灰霾污染规律研究

结合2010年苏州市出现的一次典型沙尘天气,利用环境空气自动监测数据、气象观测数据及后向轨迹模型等资料,对此次沙尘污染过程进行分析,探究苏州沙尘天气下灰霾污染的规律.结果表明:苏州沙尘天气主要是北方冷空气活动频繁,高空维持较强西北气流造成沙尘颗粒物长程传输造成的;沙尘影响过程中环境空气中可吸入颗粒物浓度明显升高,其他灰霾特征污染物也有所增长,大气能见度降低并伴随城市灰霾现象发生.     

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.     

基于精细观测资料的深圳不同季节霾及其污染特征分析

利用2010~2013年逐时霾、能见度和空气质量监测数据,分析了深圳霾天气的变化特征、霾与空气质量和气象条件的关系.结果表明:深圳市霾日数总体呈现增多增强趋势,2009年开始明显下降;霾日数呈“V”型月变化:即秋冬季多、春夏季少,秋冬季多发持续时间长、影响严重的霾过程,春夏季多发持续时间短的霾过程; 霾常伴有污染发生(35%),污染以轻度污染为主;霾时首要污染物PM2.5最多、其次O3,这说明PM2.5是造成深圳霾的主因,且深圳光化学污染严重. 霾时PM2.5、PM10 和O3季节变化明显,冬春季首要污染物以PM2.5为主(75%以上),夏秋季O3和PM2.5为主;分析还发现,风、相对湿度与霾密切相关,风速越弱,湿度越大, 越利于霾出现和发展.约80%的中重度霾出现在风速<2m/s,相对湿度70%~90%的情况下.     

风廓线雷达资料在灰霾预报中的应用研究

利用风廓线雷达资料对2008年7月-2010年6月的灰霾日进行了分析。结果表明:灰霾有明显的季节变化,不同程度的灰霾主要出现在10月-次年4月份,其他月份出现较少。风速对灰霾的出现与否起着重要的作用,在易出现灰霾的10月-4月中层风速≥10 m/s时不易出现灰霾,此情况约占非霾日的87%,反之则易出现,风速越小,灰霾污染程度越严重。不易出现灰霾的5月-9月除了看中层风速外,还要结合大气边界层高度和天空状况,中层风速较小的情况下,降雨频繁和大气边界层较高时也不易出现灰霾。     

广州地区灰霾与清洁天气变化特征及影响因素分析

利用2006~2010年广州气象站逐时地面风场、湿度、能见度观测资料和2006~2009年珠江三角洲其他33个地面观测站风场观测资料,通过对灰霾与清洁天气过程的风速风向进行统计分析与矢量和分析,研究了广州地区灰霾与清洁天气过程的变化特征及影响因素.结果表明:灰霾天气过程在干季发生较频繁,主导风向为东南及东南偏南风,风速一般在1.5m/s以下,静风频率大于多年静风频率;灰霾天气过程风矢量和较小,扩散条件较差.清洁天气过程主要出现在湿季,风速普遍较大且主导风为东南及东南偏南风,干季也可以出现清洁天气过程,主要为较强的北风及偏北风;清洁天气过程风矢量和较大,有较强的平流输送.     

1981~2010年深圳市不同等级霾天气特征分析

利用1981~2010年深圳市地面观测及空气质量监测资料,分析深圳不同等级霾天气的长期变化特征以及大气水平能见度、空气质量与霾的关系.结果表明:深圳霾日数总体呈增多趋势,强度增强,中度以上霾增多;各等级霾日数均呈增多态势,但不同等级霾日占年总霾日的比例变化趋势不同,轻微霾所占比例下降,轻度以上霾上升; 霾天气呈现冬季>秋季>春季>夏季的季节特征,但重度霾却是夏季最多; 霾导致大气水平能见度明显下降,霾日平均能见度较非霾日低6~7km,霾等级越高,能见度下降越明显,霾日能见度日变化幅度较非霾日小;霾日SO2、NO2浓度为非霾日的1.4~1.7倍,PM10是非霾日的2.2倍,大气颗粒物污染加剧可能是深圳能见度恶化、霾天气增多的一个重要原因;针对荔香站霾日SO2浓度日变化不明显,PM10 、NO2浓度呈双峰型分布,与上下班时段吻合,说明机动车的增加也是深圳霾天气增多的主因之一;霾等级越高,空气中PM10、SO2、NO2的浓度越高,从轻微到重度霾各级之间SO2、NO2和PM10浓度增幅大都在15%~20%.     

灰霾天气成因危害及控制治理

随着经济社会发展、城市迅速扩大和城市化进程加快,大气气溶胶污染日趋严重,由气溶胶颗粒物造成能见度恶化事件越来越多,灰霾天气已成为一种常见环境灾害污染事件。简要概述了灰霾天气定义分级、分布特征与雾霾比较,深入研究了灰霾天气形成原因、影响因素与存在危害,系统探讨了灰霾天气控制措施、监测方法与治理对策。指出在现有灰霾天气成因危害及控制治理状况下,加强理念宣贯,建立预报预警,开展PM2.5防治,推进城区绿化,科学布设规划,可有效解决中国资源节约型、环境友好型、生态文明型可持续发展过程中所面临灰霾天气防控治理问题。     

近35年广东省区域灰霾天气过程的变化特征及突变分析

利用广东省86个地面观测站1980～2014年逐日能见度、相对湿度资料,在对“区域灰霾过程”与“单站灰霾过程”进行定义的基础上,分区域诊断典型灰霾天气过程（即连续三站3d及以上出现灰霾日的天气过程）,并对其长期变化趋势及特征进行分析.结果表明：广东省的灰霾过程主要出现在珠江三角洲、粤北及粤东个别地区,并以珠江口以西的珠江三角西侧最为严重.“区域灰霾过程”以日平均能见度在5～10km之间的过程为主,没有出现过日平均能见度低于2km的重度灰霾过程.各“区域灰霾过程”的特征有所差异：首先是各“区域灰霾过程”出现峰值的时间略有差异.尽管灰霾过程均主要出现在10月～翌年4月,但粤北和粤东、西两翼最多出现在冬季（12月～翌年1月）、春季次之,而珠江三角洲地区则最多出现在春季（3～4月）、冬季次之.其次是各“区域灰霾过程”变化趋势的差异.珠江三角洲地区和粤北地区灰霾过程变化趋势比较相似,在2008年以前总体呈增多趋势,珠江三角洲地区增势最为显著的时段是2000～2008年,而粤北地区则是1991～2011年;粤西地区灰霾过程在2000年以前变化都比较平稳,2004年开始快速增多;粤东地区的灰霾过程近35年来虽有小的波动,但总体变化不大,呈稳中略减的趋势.利用M-K法和滑动t检验的突变分析表明,珠江三角洲地区灰霾过程的增多是一种不连续的突变现象,发生突变的时间点是1986年;粤北地区灰霾过程则在1992～1994年出现了突发性增多的现象;粤西地区灰霾过程也在2001年发生了突变.     

一次大范围持续性灰霾天气的形成机理分析研究

针对一次持续性灰霾天气,以处于核心污染区域的江苏省镇江市的空气污染状况为研究对象,对大气污染整体水平、各污染物的浓度状况及其相关性的分析,并结合气象参数中的风速、相对湿度、大气能见度,初步揭示此次镇江市持续性灰霾产生的主要原因是城市中汽车尾气的大量排放和持续性静稳气象条件的存在,指出当污染物排放总量超过了区域环境容量时,在适当气象条件下就会形成灰霾天气。     

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.     

2014年河北中南部两次重霾天气成因分析

利用河北省环保局环境监测站提供的污染物浓度数据及常规气象观测数据、NCEP再分析资料,结合HYSPLIT4.9后向轨迹模式,对2014年10月上旬发生在河北省的2次大范围的重霾天气特征和成因进行综合分析.结果表明,这2次重污染天气过程PM_2.5地面浓度最大值出现在邢台,为507μg/m³,水平能见度不足1km.均压场的分布和较为平稳的高空形势为2次霾天气提供了有利的气象背景.高湿,静小风以及较低的混合层高度不利于污染物扩散,是导致这两次重污染天气持续的主要原因.结合卫星火点及污染物来源分析表明,河北南部及周边省份的秸秆燃烧加重了第2次过程的污染,污染气团的输送对区域性重霾天气产生重要影响.