环首都圈霾和雾的长期变化特征与典型个例的近地层输送条件

为了研究环首都圈京津冀晋4省市霾和雾的长期变化特征与典型个例的近地层输送条件,使用京津冀晋长期气象资料和高分辨率自动气象站资料,分析了环首都圈霾和雾天气的长期变化趋势,与使用矢量和算法分析典型个例气流停滞区的形成过程.结果表明,在1950—1960年代,环首都圈京津冀晋4省市霾日非常少,1970年代开始增多,1980年代以后明显增多,并形成几个霾日集中区,比较明显的是邯郸-邢台-石家庄-保定-北京-天津的带状分布,还有太原及以南的带状分布,最为严重的情况出现在1996—2000年,2000年以后有一定减少.北京1950年代霾日比较多,最多达到1年有160 d以上霾日,与同期沙尘天气偏多相关联,随着在首都周边地区的大规模植树造林,到1967年,霾日已经减少到1年不足10 d,1970年代以后北京的能见度急剧恶化导致霾日迅速增加,到1980年代初增加到220 d以上,一直到1999年前后北京的霾日维持在每年160~200 d左右;2000年以后到北京奥运会前后,霾日持续下降,到2010年霾日仅有56 d,2012年有所反弹,增加到91 d.北京及华北地区霾日季节分布突出的特点是除去采暖季有较多的霾日外,在盛夏季节霾日也明显多,集中出现在6—9月,尤其是盛夏季节的7—8月,与所谓的桑拿天同期出现,这与全国大部分城市的变化趋势完全不同.霾过程的发生和矢量和的大小存在较为明显的正相关关系.霾过程中,在华北平原均出现明显的气流停滞区,区域矢量和很小,不利于空气中污染物的水平扩散;清洁过程时华北4省市尤其是北京地区受明显的西北气流影响,风矢量和为较一致的偏北方向,水平扩散条件较好,较利于污染物的扩散,对应同期能见度较高.京津冀西侧、北侧靠山、东邻渤海,尤其是北京小平原三面环山.太行山、燕山和军都山形成的"弓状山脉"对冷空气活动起到了阻挡和削弱作用,导致山前暖区空气流动性较小形成气流停滞区、污染物和水汽容易聚集从而有利于霾和雾的形成.由于受太行山的阻挡和背风坡气流下沉作用的影响,使得沿北京、保定、石家庄、邢台和邯郸一线的污染物不易扩散,形成一条西南-东北走向的高污染带,华北平原偏南气流的弱辐合作用和也加重了北京的污染.山西省的高浓度污染物亦在低空偏南气流输送下沿桑干河河谷和洋河河谷以及滹沱河-拒马河河谷向北京输送.河北中南部与山西诸河谷的累积污染带叠加近地层输送流场是造成北京严重霾天气过程的重要原因之一.     

街道峡谷对近地层风场影响的观测和模拟分析

城市街道峡谷结构对近地面边界层的风场环流等气象要素具有重要影响,可导致城市局地空气污染分布发生变化.随着城市化发展及城市空气质量变化,街道峡谷的城市空气污染影响日益突出,分析街道峡谷内部风场成为认识和治理我国城市空气污染的一条重要途径.鉴于目前我国鲜有城市街道尺度大气边界层精细气象观测研究,本文分析了美国俄克拉荷马大学的街道峡谷精细气象观测数据及其FLUENT模拟.结果表明:街道峡谷内风场结构变化依赖大气背景风向,当背景风向平行于街道峡谷走向时,街谷两岸风速几乎没有差异,而在背景风向垂直于街道峡谷走向时,由于高空风进入街谷形成的涡旋气流对街道峡谷风场有补充作用,峡谷两侧中层高度风场差异变大,风速差值大约为0.5 m·s~(-1),且街道峡谷两岸风速差异得到了FLUENT模式的验证,但模式对迎风岸的风速模拟存在高估,模拟的中层高度处两岸风速差值为1.6 m·s~(-1).观测资料分析揭示大气边界层稳定度条件对街道峡谷内风场分布也有很大影响,中性稳定条件下街道峡谷两岸近地层风速差异最大,输送进入峡谷空间的风速增量比原峡谷内风速大约高1倍,其它稳定度条件下街谷两岸风速差异被削弱.     

辽宁省近地层风切变特征研究

利用辽宁省风能资源专业观测网26座测风塔2009年6月至2010年5月10~70 m（100 m）的逐时梯度风观测数据,研究了辽宁省近地层风切变特征,结果表明：近地层风速随高度变化基本遵循幂指数规律;各塔年风切变指数为0.024 4~0.405 0,没有明显的空间分布规律,主要受局地地形、地貌环境影响,个体差异较大;有11座测风塔年平均风切变指数大于B类风切变指数,26座测风塔空间平均年风切变指数为0.155 1,也略大于B类风切变指数;风切变指数呈现明显的白天小、夜间大的日变化特征,与气温的日变化呈反位相;春季风切变指数明显偏小;大气中性条件下的风切变指数与年平均风切变指数基本相当,稳定状态下风切变指数明显偏大,不稳定状态下最小;风切变指数具有随风速增大而减小的特点,大风条件下的平均风切变指数小于年平均风切变指数,多数测风塔风速≥15 m/s时风切变指数下降至0.1以下。     

珠江三角洲近地层CO2通量模拟分析与评估验证

利用能分别代表珠江三角洲草地、城市绿地及地带性森林植被生态系统的番禺站、东莞站和鼎湖山站CO2净通量资料对CT-2010碳源汇反演模式系统进行了验证,并利用该模式初步分析了区域净碳通量的时空分布及不同生态系统的碳汇特征.结果表明: CT-2010模式模拟的珠江三角洲城市绿地、地带性植被、以及草地生态系统碳通量与站点观测结果具有较好的一致性,其拟合相关系数(r)高于0.60(P<0.01),小时、逐日、日变化的残差均值低于2.0μmol/(m2?s);模式一定程度上能反映3种生态系统碳通量的季节分布特征,但各月的模拟值均高于观测值,其中对城市绿地生态系统的模拟最接近,残差年均值为0.964μmol/(m2?s),对草地和地带性森林植被生态系统的模拟效果相当,残差年均值分别为 2.056,2.100μmol/(m2?s);2004~2005年期间珠江三角洲地区近地层净碳通量为3.43μmol/(m2?s),其中冬季最强,为1.4μmol/(m2?s),春季次之,为1.35μmol/(m2?s),秋季和夏季最低,分别为0.51和0.18μmol/(m2?s);在冬、春两季,珠江三角洲区域为强的碳源区,而在夏、秋季,粤北和粤东大部分地区为较弱碳汇区;2004~2005年期间珠江三角洲地区陆地生态系统的碳汇为-6.5×10-3PgC,其中农作物,草地/灌木,常绿针叶/阔叶混合林是吸收CO2的主要生态系统,其净通量占陆地生态系统的比率分别为42.01%,31.46%和26.53%.     

天津市近地层PM2．5的垂直分布特征

大气细颗粒物PM2.5是导致城市能见度降低的重要原因之一,研究低层大气细颗粒物的垂直分布特征,利于了解边界层内污染物的大气物理化学反应机制,能为大气污染综合治理决策提供新的科学数据.2006年8月16日-2007年8月31日期间以天津市255 m气象塔为观测平台,分别在40 m、120 m和220 m 3个不同高度进行大气污染物PM2.5质量浓度和气象要素的同步观测.对观测资料的分析表明:PM2.5质量浓度季节变化规律非常明显,冬季最高,春季最低.PM2.5日变化特征非常明显,呈明显的双峰变化规律:冬季峰值最大、春季最小.边界层内PM2.5质量浓度在各个高度存在明显差异,受逆温层影响,四个季节的早晨第一个峰值出现时间随高度增加均存在滞后现象,PM2.5从地面扩散到220 m大约需要2 h.各个观测高度PM2.5质量浓度随风向变化不大,得到天津市细粒子主要是由本地源生成的结论.     

南京秋冬季2次霾污染天气过程分析

针对2013年12月和2014年12月南京地区秋冬季的2次典型霾污染过程,利用地面观测资料和常规气象资料,对这2次霾发生前后以及发生期间的天气环境、天气条件进行观测、分析。该文还通过HYSPLIT-4观察2次污染气团的来源,并利用CALIPSO分析2次污染期间气溶胶组分,发现由南京及周边地区形成、并在局地停留发展壮大的污染气团容易形成重大霾污染事件,污染物主要来源于当地的工厂、交通、建筑等;由北方携带大量污染物的气团入侵到南京地区,容易造成南京的霾污染天气,并且污染物组分以灰尘、污染性灰尘为主。由于天气条件的不同,2次污染发生期间的污染程度存在着巨大的差异。通过文章研究,发现稳定的气象条件容易发生霾天气,特别是当近地层风速较弱、混合层高度低、出现强逆温以及产生弱上升运动时,容易发生严重性霾污染天气。研究还发现各气象要素的共同作用导致了霾污染程度的变化。     

全球变暖与上游系列工程条件下长江流域的可持续发展

全世界热议的"全球变暖",目前已成为无需争辩的事实.虽然有些科学家认为,它将给亚非第三世界国家带来深重灾难,但对当前的全球变暖尚有多种不同的解释.我们的研究认为,当前的全球变暖并非由地球接收到的太阳辐射能量的变化所造成,而是由地球接收到的太阳辐射能量在地球表层重新分配所造成:有更多的地面热辐射被近地层大气截留,于是近地层大气增暖了,而其更上层大气则必定降温了.于是,将在增暖与变冷的大气层之间产生比过去更强烈的物质与能量的交换,这将造成越来越多地出现极端气象记录,其地理环境效应是增多"灾害性事件".对于长江流域来说,主要表现为西南季风与东南季风的强度与进退时间的不稳定性,与此同时将在降水方面出现更大的不稳定性,会增多地方性的过去极为少见的暴雨或少雨,有的地方将出现大洪水,有的地方又将出现干旱与高温.如在长江上游可能会有如1870、1981和1998年大洪水的发生,或如2006年高温大旱的发生;长江下游河口地区可能会有如1991年大洪水发生;鄱阳湖流域可能会有近年经常发生的在2007年又出现的局部大洪水或干旱的发生.     

用计算机绘制近地层风速时空分布图

用计算机绘制近地层风速的时空分布图,清楚而形象地表现了近地层风速在时间和空间的分布及其变化规律,为污染气象的研究提供了一种必要的手段。本文简要介绍了多项式趋势面分析的方法和原理,并描述了计算程序的功能和程序框图。在此基础上编制了近地层风速等值线图和立体图的程序包,并用此程序包绘制了等值线图和立体图。本程序包不仅适用于近地层风速而且也适用于其他环境要素。     

陕西不同区域接地逆温特征分析

根据近年开展污染气象观测整理计算的33个项目54期有关边界层小球测风和低探观测资料,分析了陕西省冬季和夏季接地逆温强度及厚度区域分布特征,不同区域接地逆温最大厚度出现时风速廓线和温度廓线特征。分析表明:陕西省接地逆温以西安、咸阳和宝鸡等大城市周围,工业区以及陕北长城沿线荒漠区最为强盛,太白山区及秦巴山区最弱,山区、丘陵地带弱于平原地区,冬季强于夏季;接地逆温最大厚度出现时,地面风速较小,大气层接稳定,陕北长城沿线荒漠区大气水平扩散能力较强,陕南山区次之,关中城市工业区最弱。     

铁塔近地层风场特征研究

基于对铁塔近地层风场的观测资料,采用统计分析方法,以夏季为例对铁塔近地层风场的平均风速、平均风向、最大风速、阵风、低空风切变等进行了分析研究,给出了夏季近地层风场的分布特征。