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.     

重庆市典型城区PM2.5含碳气溶胶季节变化和来源解析

于2015年10月、12月和2016年3月、8月在重庆大学A区采集秋、冬、春、夏4个季节PM_2.5样品,观察其微观形貌,分析含碳气溶胶及其碳组分的浓度水平,并探讨其季节变化及进行来源解析.结果表明,重庆沙坪坝区PM_2.5中有机碳（OC）、元素碳（EC）、烟灰（char）和烟炱（soot）的年均质量浓度分别为20.66、6.16、5.42和0.74 μg·m^-3.OC季节变化显著,冬季最高,夏季最低;EC秋季最高,冬季最低,但与其它季节相差不大;char表现为秋季 > 春季 > 冬季 > 夏季;soot表现为秋季 > 夏季 > 春季 > 冬季.正定矩阵因子（PMF）解析出3个因子,分别代表生物质/煤燃烧和道路扬尘的混合源（52.7%）、汽油机动车排放源（22.9%）和柴油机动车排放源（24.4%）.机动车尾气是秋、春和夏3个季节含碳气溶胶的主要来源,冬季主要受煤炭/生物质燃烧和道路扬尘混合源的影响.秋季污染事件可能是因为本地及周边城市汽油车通行量增加,冬季污染事件可能是本地煤炭/生物质燃烧排放增加和周边农村地区输入的共同作用,春季污染事件可能与来自西北方向的沙尘长距离传输有关.     

初冬一次冷锋输送过程对中国东部霾天气的影响

利用常规地面气象资料、NCEP/NCAR再分析资料以及全国PM_2.5浓度数据,并结合后向轨迹、空气污染输送指数和传输通量分析,针对2019年12月10~11日一次冷锋输送造成我国中东部地区出现的大范围霾天气过程进行了分析.结果表明：（1）霾期间高空500hPa以经向环流为主,伴随着高空低压槽引导地面冷锋向东南方向移动,污染物浓度大值区也依次由华北地区移至黄淮、江淮地区.（2）冷锋过境前,华北至长江三角洲区域PM_2.5浓度均有明显增涨;北京以偏南方向的污染物输入为主,济南以西北和偏东方向输入为主,南京则主要是偏北和偏西方向的输入.（3）冷锋过境时,冷空气迅速将北京站的污染物清除;而济南站则受高压底部偏东风回流的影响,PM_2.5浓度维持在50μg/m³左右;冷锋推进至南京站时西北风已较小,对污染物的清除作用不明显.以江苏省为例,整个过程中,江苏本地污染物贡献占25.8%,江苏以外的污染物贡献占74.2%,以输送为主.（4）冷锋过境后,3站的边界层结构也略有不同,北京站的逆温层迅速被打破;济南站由于受海上暖湿平流影响,近地面由等温层变成逆温层;而南京站的近地面则由逆温层变为等温层.本研究揭示了在冷锋南下过程中,上游污染物对下游地区的影响,以及南北方站点表现出不同的污染物变化和清除特征.     

城市蔓延、私人交通与雾霾污染

本文选取中国280个地级市2009—2018年的面板数据为研究样本,探究城市蔓延与雾霾污染之间的作用机制。以私人交通为门槛变量,考察城市蔓延对雾霾污染的门槛效应。研究结果表明：①城市蔓延对雾霾污染的影响呈现出先降后升的U形曲线特点;②私人交通对雾霾污染的影响表现为倒U形的曲线特征,即随着私人交通发展水平的提高,雾霾污染呈现先增后减的趋势;③城市蔓延对雾霾污染的影响存在双重门槛效应,当私人交通的门槛值小于第一个门槛值（e^11.6130=110 525辆）时,城市蔓延会加剧雾霾污染;当私人交通的门槛值介于第一个门槛值和第二个门槛值（e^12.2473=208 417辆）之间时,城市蔓延对雾霾污染的影响系数为正,但未通过显著性检验;当私人交通跨过第二个门槛值时,城市蔓延水平的提高有助于抑制雾霾污染。研究城市蔓延、私人交通与雾霾污染这三者之间的关系对于促进城市的健康可持续发展具有重要的意义。     

辽宁中部城市群灰霾天气的外来影响——个案分析

利用MODIS卫星资料、空气质量监测资料、地面气象资料及后向轨迹方法,分析研究了2011年10月28-29日辽宁中部城市群一次灰霾天气过程.结果表明:此次辽宁中部城市群灰霾过程主要受京津冀外来灰霾污染的影响;在高压后部弱西南气流天气形势控制下,近地面的西南气流通过辽西走廊和海上通道,将京津冀地区灰霾污染物传输至辽宁中部地区,从而造成辽宁中部城市群灰霾污染过程;MODIS卫星图和后向轨迹图显示的灰霾范围、传输路径及PM10浓度跃变点自南向北推移的时间变化也支持这一结论.虽然“联防联控”是治理区域灰霾污染的重要手段,但也要看到区域灰霾污染的跨区域影响问题.     

道路交通拥堵与城市雾霾污染的关系研究

道路拥堵与城市雾霾是机动车行驶带来的两个负溢出效应,大量文献揭示了城市机动车行驶对二者带来的影响,却鲜有文献关注道路拥堵程度与雾霾污染之间的内在联系。这其中的缘由在于,一则道路拥堵程度与雾霾污染之间互为因果,同时有共同的影响因素,由此带来的内生性难题难以有效解决;其次,采用统一标准来测度不同城市道路拥堵程度的数据难以获得。为此利用高德地图(Amap)根据机动车定位导航系统提供的城市拥堵延时的大数据,来捕获各省会城市每日道路交通的拥堵程度,同时运用各城市每日的燃油销售价格、国际市场原油价格以及上一周同一工作日道路的拥堵程度作为工具变量,通过两阶段最小二乘法(2SLS)估计道路拥堵程度对城市雾霾污染的影响。回归结果表明:①以城市燃油价格作为工具变量时,道路拥堵程度每增加1%,会导致省会城市PM2.5、PM10分别增加6.5%和6.7%;②以国际原油价格、上一周同一个工作日拥堵程度作为工具变量,以及改用GMM方法进行估计时,基准回归的结论仍然稳健,城市的治堵举措与治霾举措能够相互协同;③进一步以省会城市新增轨道交通来实现治堵和治霾的例子表明,发展轨道交通来实现治堵与治霾的协同效应,要以有效治堵作为前提,否则减排治霾的协同效果无法实现。     

基于硫碳同位素研究南京北郊冬季霾事件中PM2.5来源

2015年12月27日—2016年1月6日,针对南京北郊地区一次霾事件所采PM_(2.5)样品,测定样品中水溶性离子、硫同位素与碳同位素组分含量。水溶性离子研究结果表明:该次霾事件以二次污染为主且移动源占主要地位。硫同位素分析结果表明:硫酸盐的δ~(34)S(SO_4~(2-))值的范围为4.4‰~6.8‰,平均值为5.7‰±0.7‰(n=11),结合该地潜在硫源可知,此次霾事件中硫酸盐气溶胶主要来源为机动车尾气及煤炭燃烧。PM_(2.5)中的δ~(13)C值变化范围为-28.43‰~-24.94‰,平均值为-26.62‰±1.11‰,说明碳质污染物来源主要为机动车尾气、燃煤。此外,硫、碳同位素具有较好的负相关性,结合潜在硫源、碳源可知,2016年1月1日之前,南京北郊地区大气污染源以汽油车尾气排放为主;1月1日之后大气污染源以柴油车尾气和燃煤排放为主。     

中国区域能源效率对霾污染的空间效应——基于空间杜宾模型的实证分析

以中国29个省市自治区为研究对象，并以2001~2015年PM_2.5年度均值作为衡量霾污染的指标，构建了全要素能源效率对中国霾污染影响的空间杜宾模型.研究表明：中国绝大部分省市的霾污染演变趋势具有倒"U"的特点，这说明中国的霾污染在2001~2015年间经历了先上升后下降的总体变化趋势；无论是采用地理相邻权重还是经济权重，中国省际间的霾污染均存在显著空间集聚效应，这揭示霾污染的治理与控制需要地区间建立恰当的合作机制，避免出现"损人利己"现象；在对一系列经济社会因素控制的基础上，全要素能源效率对霾污染存在显著的负向影响并且具有显著的空间溢出效应，这表明全要素能源效率的提高不仅会显著降低本地区的霾污染水平，还将对周边地区的霾污染产生显著的负向影响；分解方程结果显示，技术进步和技术效率对霾污染的负向效应显著，并且技术进步的直接效应大于技术效率，但两者的间接效应均显著大于直接效应，这揭示了技术扩散对霾污染具有重要的潜在促降效应.因此，在治理霾污染的过程中，要通过不断优化能源结构和开发新能源技术以发挥全要素能源效率的减霾效果，以及通过地区间的交流与合作发挥技术扩散效应在霾污染治理中的作用.     

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.     

Integrating models to predict regional haze from wildland fire

Visibility impairment from regional haze is a significant problem throughout the continental United States. A substantial portion of regional haze is produced by smoke from prescribed and wildland fires. Here we describe the integration of four simulation models, an array of GIS raster layers, and a set of algorithms for fire-danger calculations into a modeling framework for simulating regional-scale smoke dispersion. We focus on a representative fire season (2003) in the northwestern USA, on a 12 km domain, and track the simulated dispersion and concentration of PM_2.5 over the course of the season. Simulated visibility reductions over national parks and wilderness areas are within the ranges of measured values at selected monitoring sites, although the magnitudes of peak events are underestimated because these include inputs other than fire. By linking the spatial and temporal patterns of haze-producing emissions to climatic variability, particularly synoptic weather patterns, and the stochastic nature of fire occurrence across the region, we can provide a robust method for estimating the quantity and distribution of fire-caused regional haze under climate-warming scenarios.