苏南地区连续霾及重度霾的边界层气候特征

利用无锡国家基本观测站1981~2011年地面观测资料及南京、上海和杭州3个探空站的温度廓线资料，对苏南地区连续霾和重度霾的地面形势和边界层气候特征进行了分析。结果表明：苏南地区霾日地面形势主要为均压区型、高压底部或入海高压后部型、冷锋前部型、低压倒槽型和鞍型场；根据地面形势场的变化，连续9 d以上霾分4种类型，这4种类型具有不同的边界层结构变化：Ⅰ型苏南地区受两次大陆高压系统的南压（冷空气的过境），随后分别处于均压区中，该类型逆温层底较低，中层出现逆湿区；Ⅱ型苏南地区受大陆高压底部影响，随着冷空气的南下消退，大陆高压东移入海，苏南处于均压区中，该类型主要以等温层的形势出现，高湿区主要在底层；Ⅲ型随着长江中上游低压倒槽的发展，大陆高压入海后，苏南地区处于低压倒槽顶部，随着冷空气的南下，苏南地区先后受到均压区、高压底部影响，该类型总体逆温强度较弱，逆温层厚度较薄，低层高湿区贯穿于整个连续霾日过程；Ⅳ型主要受西太平洋暖高压、东北冷涡以及西伯利亚冷空气的共同作用，苏南地区随后处于冷锋前部，待冷空气过境后苏南又位于均压区中，该类型逆温强度较强，逆温层顶有逆湿区，逆温层高度越低，地面能见度越低，逆温层强度越强，地面能见度越低；重度霾出现的地面形势主要为均压区、冷锋前部和低压倒槽，重度霾大部分过程逆温层底在近地面，由于本地污染源的排放和外地污染源的侵入，加上逆温或等温层的存在，不利于污染物的扩散，以及底层大湿区，颗粒物的吸湿增长膨大，从而降低地面能见度，形成重度霾     

武汉地区夏季和秋冬季大气污染的天气概念模型

利用2013～2019年武汉市生态环境局监测数据、L波段雷达探空资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料,对夏季和秋冬季武汉地区污染日的大气污染特征、边界层结构、环流形势、物理量场进行研究,建立了武汉地区大气污染的天气概念模型.主要结论如下:(1)武汉市空气质量具有季节性变化特征,大气污染程度四季分布表现为冬＞秋＞春＞夏.夏季首要污染物是臭氧,冬季首要污染物是PM2.5.(2)比较挑选出的夏季清洁日和污染日的气象要素特征,污染日逆温的平均强度约为清洁日的一倍,逆温底高一般在600 m以下,空气质量一般为轻度-中度污染;静风频率(37.1％)明显高于清洁日的静风频率(2.9％);污染日平均风速小(0.8 m/s),边界层内相对湿度较低.同样比较秋冬季两类天气的气象要素特征,污染日逆温底高低、厚度小,不及清洁日的一半,不利于污染物的扩散,易出现重度污染天气.静风频率(20％)高于清洁日的静风频率(7.5％),风速小(1.6 m/s),污染日边界层内呈明显上千下湿的格局.(3)建立了夏季大气污染的天气概念模型,污染日副高偏弱位置偏东,长江流域易少雨干旱;地面我国东部大范围地区处于均压场中,武汉地区为偏东北异常小风,不利于大气污染物的扩散.(4)建立了秋冬季大气污染的天气概念模型,长江流域环流平直少波动,配合地面弱低压的天气形势和较强的逆温使得大气污染物聚集在近地面.蒙古冷高压强度偏弱,使得入侵我国的冷空气强度偏弱;武汉地区为偏北小风,对雾霾的移除和稀释扩散作用差.该研究结论可供大气污染预测预警研究和环境管理部门大气污染的联防联控参考.     

廊坊空气重污染的大气环流形势和气象条件

利用2013-2014年廊坊环境监测站空气污染资料、廊坊气象观测站气象资料以及NECP/NCAR再分析资料和倾斜旋转T模态主成分分析法,分析了廊坊空气重污染的大气环流形势和气象条件。结果表明:空气重污染主要有5种大气环流配置形式,其中廊坊850h Pa高空为高压脊前,地面分别处于弱高压场或低气压场中是最主要的2类,当地面为低气压场控制时,容易造成严重污染;空气重污染的有利气象条件是:地面风力≤2级,风向静稳以及偏西、西西南及偏东风;空气相对湿度在50-95%之间;日降水量≤1.8mm;气温、气压接近各自平均值。     

华东沿海热带气旋移动和降水特征研究

基于TRMM 3B42RT 3 h降水资料和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的500 hPa分析场资料,借助于GIS空间分析方法,对热带气旋降水大值区的分布落区与移动路径之间的空间关系进行了统计叠置,分析了2000～2009年共29个登陆华东沿海或进入华东近海海域的热带气旋的路径、强度、降水的空间分布以及500 hPa环流形势对其影响的规律。结果表明：不同500 hPa环流形势对登陆热带气旋的移动路径及降水的空间分布型态有规律可循,其中中高纬西风带环流形势（50°N以北）以及副高西脊点所处的位置在热带气旋路径和降水分布型的业务预报中起着重要的指示作用     

南方冰冻雨雪灾害年的环流及气象要素异常的统计分析

利用NCEP/NCAR的2.5°×2.5°格点的逐日再分析资料,通过分析我国南方19个冰冻雨雪灾害年的36个冰冻雨雪天气个例的环流形势,总结了发生冰冻雨雪天气的4种天气类型:北脊南槽型、乌山脊型、横槽南支型和高纬低涡型,后两种天气类型持续时间长、影响范围广,极易造成南方严重的持续冰冻雨雪灾害;进一步分析南方持续冰雪天气的物理量场和要素场特征,结果表明,对流层低层850~700 hPa辐合中心较垂直上升速度中心提前1~2 d出现,预示低温雨雪增强;冻雨严重年份在700 hPa维持大于0℃的融化层,南支槽前的西南急流为雨雪天气提供了水汽和热量输送,这种配置利于冻雨天气的发展和维持。天气类型的建立及气象要素的统计有利于为南方冰雪灾害天气预测预警服务。     

长江上游流域大洪水天气分型特征分析

通过对1981~2012年24例长江上游流域大洪水过程进行普查,发现影响长江上游大洪水强降水过程的天气系统主要为:巴湖槽东移型、贝湖槽稳定型和东北冷槽型。采用统计、诊断及合成分析方法,对3种不同天气类型的大尺度环流背景、主要影响系统及致洪降水发生机理进行研究,并总结其特点及差异。结果表明:3种类型大洪水的洪水特征及降水特征各不相同,大尺度环流背景及天气系统也有所差异。副高及500hPa中高纬环流形势异常是导致强降水发生的直接因素,西南涡、冷暖式切变线及冷空气在不同的类型洪水降水中作用各不相同,异常气旋性环流场、水汽输送方向及水汽通量辐合区与强降水的位置密切相关。     

武汉市一次污染过程的局地流场和边界层结构的数值模拟

利用2013年11月武汉市逐日空气质量资料、地面气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和L波段雷达探空资料，通过WRF模式模拟空气污染生消过程中的局地气象条件变化，探讨特殊地形条件下边界层结构变化和局地环流在污染物生消过程中的作用和影响。结果表明：（1）武汉地区当背景环流场强的时候，由地形引起的局地流场对污染物扩散的影响就弱，反之当背景环流场弱的时候, 地形对流场影响明显:夜间为山风，白天为谷风。夜间山风与偏西北气流及偏东气流在武汉及周边地区辐合，形成气流汇聚带，在武汉地区形成一个反复污染带,即由地形引起的局地流场对污染物扩散的贡献就大；（2）武汉地区发生空气污染时，地面湿度较高，边界层呈上干下湿状态，其特征为暖而干且有偏东小风，这导致污染物不断堆积和重污染过程的形成。     

华北西部区域城市API时空分布特征及其与气象要素关系分析

据华北西部区域四个主要城市2003-2012年API日报数据和相应时段的地面气象要素数据,分析API时空分布特征以及API与气象要素的关系来探索区域大气环境污染形成与控制因素。结果显示:1四座城市空气污染状况在2003-2012年呈逐步改善,空气质量季节变化明显,冬季空气污染最严重,夏季最轻。2四城市气象因子可降维为高温天气、大风天气、降水天气三个因子。3四座城市API与降维后的气象因素存在相关性:API与高温天气呈现显著负相关,与大风天气呈现不同相关性,与降水天气无相关关系。     

廊坊市春季气温精细化预报订正

利用廊坊市2001-2012年云量、降水、光照时间、气温等地面观测资料根据统计学分析方法对廊坊市阴雨、雾霾、大风等5种天空状况进行分类,讨论相应天气类型下气温的时空分布特征。分析表明不同天气类型下,最低气温和最高气温分布差别明显,尤其是最低气温,晴天微风天气时,郊外站点最低气温比市区低2℃以上,而阴雨天气时各站温差却小于1℃。此外,本文通过差值统计对各种天气型的欧洲中心温度预报进行经验性订正,得到相应的修正值区间。结合数值预报和统计出的本地气候特征,对廊坊市各站最低、最高气温进行逐步订正,最终得到廊坊市气温的精细化预报,预报准确率有了明显的提高。     

2014年1月沪渝高速公路汉宜段一次大雾个例分析

对2014年1月29~31日发生在沪渝高速公路湖北武汉—宜昌段(简称汉宜高速公路)的封路大雾过程气象要素进行分析。结果表明:(1)此次持续大雾过程发生时,近地层有逆温,地面处于高压底部前端的均压场,中纬度维持偏西气流,为大雾的形成和发展提供了有利的环流背景场条件;大雾消散后,地面处于冷高压控制;2)大雾造成的高速公路封路、解封前后,气象要素发生了较明显的变化。这些分析结果,对汉宜高速公路的大雾预警预报具有较好的指示意义。     

重庆市主城区空气污染天气特征研究

利用2003～2008年重庆市主城区大气污染监测资料，分析了轻度污染以上天气的变化特征。结果表明重庆主城区的主要污染物为PM10，PM10浓度具有独特的“双峰双谷”日变化特征；污染天气具有明显的季节特征，主要污染期为秋末到初春；污染天气具有连续性特征，污染天气持续时间尺度主要集中在2～7 d；污染天气过程具有典型的大气环流和天气特征，本地地面天气类型主要以低压或均压场为主，中高纬度高空以纬向环流或西北气流为主，天气以阴天或阴晴相间为主；污染天气过程中本地气象要素变化呈现规律性，地面24 h气压变化总趋势为负变压，24 h变温为正变温，平均相对湿度维持在72%～85%，风速的变化趋势不大，基本维持在1～2 m/s，低层逆温明显。污染天气过程结束时气压明显回升，温度显著下降，相对湿度显著增加。     

武汉市灰霾天气特征分析及基于支持向量机的能见度预报

利用武汉市2013年灰霾日气象数据和空气质量数据对灰霾天气特征及其影响因子进行了综合研究，获得了武汉市灰霾天气的主要影响因子，并使用支持向量机对灰霾日能见度进行了多因子综合预测。实验表明，支持向量机模型在短期预报中，±1 km、±2 km、±3 km误差范围内预报正确率分别达到733%、867%、967%，平均绝对误差在1 km内，实现了灰霾能见度高精度预报，优于多种预报模型。在第2、3天±3 km误差范围内的能见度预报准确率都达到90%，中长期预报能力较强，模型性能稳定     

A procedure to estimate worst-case air quality in complex terrain

Using a straightforward synoptic climatological analysis scheme, it is shown that the potential for an area to experience air quality degradation due to local sources is highest under polar subtropical highs. With respect to polar highs, the problem is most severe when the sun angle is low and snow covers the ground, and the polar high persists for a long period of time. A simple algorithm is introduced which is designed to estimate worst-case impact in a trapping valley. The potential for the accumulation of air pollution in such valleys due to the persistence of a polar high in a region, is ignored in current regulatory air quality assessments. Trapping valleys and synoptic flow stagnation often occur in wilderness areas. Refined air quality assessments are shown to be possible using a mesoscale meteorological model and a pollution dispersion model. These tools permit quantitative assessments of pollution build-up from local sources as a result of the recirculation of the local air. This tool, along with the synoptic climatological classification scheme, also permits an evaluation of the fractional contribution of long range versus local sources in the air quality degradation in a region. Areas near the center of a polar or subtropical surface high pressure system, for instance, appear to be dominated by local sources, if they exist, whereas in the vicinity of extratropical cyclones, long-range transport is usually much more important.     

长沙市两种空气质量预报方法检验对比

为探索新的空气质量预报方法，提高预报准确率，采用统计和对比方法，分析了长沙市空气质量现状，介绍了天气形势相似及动态逐步回归两种空气质量统计预报方法，并对其一年多的运行结果进行了检验和对比。结果表明，长沙市空气污染主要由PM\-\{10\}和SO\-2浓度超标引起, 且具有明显的空间分布特征;5年来长沙城市空气质量明显好转;两种预报方法对各污染物都有一定的预报能力，预报的误差绝对值多集中在30以内，而级别误差基本上在1级以内。两种方法对NO\-2的预报准确率均在98%左右,预报效果优良。绝对误差对比发现，两种预报方法对SO\-2的预报明显优于PM\-\{10\}预报；级别准确率对比时，两种预报方法对3种污染物的预报准确率相近。两种预报方法对3个污染因子的预报准确率呈现出NO\-2优于SO\-2优于PM\-\{10\}的趋势。     

夏季南亚高压年代际变化及其对长江中下游降水的影响

夏季南亚高压对我国长江中下游旱涝分布有重要影响,为深入认识长江中下游夏季降水年代际演变规律和机理，提高其短期气候预测水平，利用1960~2015年NCEP/NCAR再分析资料和地面气象站降水资料，分析夏季南亚高压年代际变化及其对长江中下游降水的影响。结果表明：夏季南亚高压强度、面积、南界、东伸脊点、西伸脊点和脊线均存在显著的年代际变化，长江中下游夏季降水也有明显年代际转折，南亚高压脊线与长江中下游夏季降水相关最好，呈显著负相关。夏季南亚高压脊线年代际偏南期，南亚高压偏大偏强，长江中下游高层气流强，且形成发散；副高增强西伸，印度有稳定低压存在，长江中下游处于副高西北侧和西风槽前，盛行西南风，与北方来的偏西气流汇合；低层风场有明显切变和辐合，从孟湾、南海输送来的水汽在长江中下游辐合上升，导致降水偏多。1990s初至2000s初，夏季南亚高压年代际减弱西撤，副高减弱东撤，但由于两个高压减弱程度较小，长江中下游夏季降水仍偏多。     

全球气候变化与区域气象及空气质量的关系研究——以成都市为例

区域气象条件及空气质量或与全球气候变化关系密切。研究通过分析不同气候条件下成都地区1951～2017年主要气象要素及其2013～2017年大气污染物浓度变化趋势,并结合大数据挖掘技术探究厄尔尼诺/拉尼娜事件与成都地区气象及空气质量的关系。结果表明,全球气候变化对区域气象及空气质量影响明显。异常气候造成成都地区气温、降水、风速、日照时长等气象条件发生明显变化。这些变化通常利于大气扩散条件的改善而使污染物浓度下降,但相应时期的臭氧浓度却有所升高。研究同时利用KNN大数据挖掘算法评估不同气候条件下气象和减排对空气质量改善的贡献。结果显示,在全球厄尔尼诺发生频繁的2015年,成都地区重污染天数明显减少,气象和减排的贡献率分别为27%和73%;而在全球拉尼娜现象频发的2016年,成都地区空气质量也有明显改善,重污染天数的减少有42%归功于气象条件的变化,几乎与大气污染物的减排贡献相当。因此,为实现空气质量的有效改善,空气质量改善管理政策的制定,既要从源头上控制污染物的排放,同时也应考虑全球气候变化的影响。     

技术异质下中国大气污染排放效率的区域差异与影响因素

近年来中国雾霾天气的频繁发生给人们的生产、生活以及身体健康构成巨大威胁。提高大气污染排放效率,深入挖掘大气污染减排潜力是改善中国大气环境质量,减少和消除雾霾天气发生的重要途径。本文根据生态效率理论,充分考虑到不同区域发展的不平衡因素与技术异质性特征,在共同前沿方法框架下科学测算2006—2014年间中国30个省份的大气污染排放效率,在此基础上分析效率的区域差异,利用"技术差距比(TGR)"这一指标衡量东部、中部与西部三大区域之间大气污染排放技术的差距,并从"技术"与"管理"两个维度进一步将各省份大气污染排放无效率分解为"技术差距无效率(TGI)"与"管理无效率(GMI)",以此定位各省份大气污染防治的薄弱环节,进而构建策略矩阵,将全国各省份归入四个不同排放效率特征的方阵,并给出相应的优化路径与措施;深入揭示大气污染排放效率与排放强度之间的内在联系,提出"大气污染排放强度效率"这一全新概念并考察其演化趋势;利用面板Tobit回归模型检验影响我国省际大气污染排放效率与排放技术的外部环境因素。实证结果表明:1中国大气污染排放效率整体水平偏低,年均仅为0.493,污染减排潜力巨大;2中国大气污染排放效率与排放技术的地区差异显著,无论是大气污染排放效率还是排放技术水平,东部地区都是明显高于中部与西部地区;3中国大气污染的实际排放强度明显高于潜在排放强度,这表明大气污染排放强度还存在很大的改进空间;4经济发展、产业结构升级与科技创新对大气污染排放效率与排放技术的提升均有显著促进作用,煤炭消费比重上升与人口密度过大则对其有显著抑制作用;5本文的研究结论支持"波特假说"与"污染避难所"假说。