北京地区臭氧时空分布特征的飞机探测研究

利用2007～2010年北京地区上空（0～3.5 km）飞机探测的臭氧（O3）及氮氧化物（NO、NO2）等数据资料,分析O3的时空分布特征.结果表明：①O3月平均体积分数随高度变化趋势有较好的一致性,随高度增加,均出现先增大后减小,然后稳定不变的趋势,且高空有一个比较明显的分界线（约1.5 km）.1.5 km以下是O3体积分数垂直梯度变化较大的层次,均存在一个O3体积分数高值区,说明其受近地面人为活动的影响较大;在1.5 km以上,O3体积分数的垂直梯度变化明显减小,此空间处于混合层以上,气团运动受下垫面影响较小,输送作用可能对污染物体积分数的影响更加显著.②O3体积分数变化具有明显的季节特征,春秋季节O3体积分数较低,夏季O3体积分数较高.统计的月份中,只有7～9月之间O3均值变化最不明显,差异未达显著水平（P〉0.05）,其他月份之间均在0.01水平上差异显著.③在夏季一天（白天）当中,每小时O3体积分数垂直廓线与月平均统计的变化趋势一致.低空1.5 km以下O3体积分数的低值出现在上午（09：00～10：00）时段,高值出现在下午（15：00～16：00）时段,同高度内O3体积分数不同时段相差最大约为60×10-9;高空1.5～3.5 km内,O3体积分数相差不大,一般在70×10-9～80×10-9之间波动.④O3体积分数水平区域分布,0～2 km内城区四环O3体积分数较高,周边地区也出现较多明显的高值区,源强汇低造成北京市区周边近地层O3体积分数较高;高空2～4 km内,除了北京城区O3体积分数较高外,城区正北面、东南面（北京-天津方向）、西南面（北京-保定方向）的O3体积分数较高.⑤在0～3.5 km内,O3与NO、NO2和NO2/NO值之间都存在着显著的相关关系,O3与NO、NO2皆为负相关,但与NO2/NO值为正相关.     

上甸子本底站湿沉降化学成分变化与来源解析

利用上甸子本底站自1999～2004年的降水资料,对8种离子(K 、Na 、Ca2 、Mg2 、NH4 、SO42-、NO3-、Cl-)浓度做了统计分析.并通过PMF(positive matrix factorization)方法对该地区的湿沉降来源做了解析.结果表明,①pH 分布在4.41～6.55之间,电导率分布在 40.97～69.64μS·cm-1之间.②上甸子本底站的电导率结果明显高于清洁地区降水背景点(瓦里关全球大气本底监测站)、低于北京城区的观测结果,表明降水化学成分受大气污染显著.但污染水平要低于人类活动集中的地区.③SO2-4、NO3-、NH4 、Ca2 是上甸子站降水样品中最主要的水溶性离子;从季节变化来看,SO2-4离子春季最高、夏季最低,NO3-离子冬春两季浓度水平相当,夏季略偏低,H 离子浓度春季最低,夏秋两季相当,冬季最高.④源解析结果表明.土壤尘是上甸子本底站降水化学成分最主要的来源;与施肥有关的农田排放是本底站降水成分的另一个重要的源;此外,来自污染地区的交通运输排放和燃煤排放的输送作用同样影响着该地区降水化学成分.     

北京地区高速公路夏季道面高温灾害预报研究

高速公路经常会面临雨雪雾等恶劣天气的影响,导致出现诸如爆胎、路面积冰(积雪)等恶劣路况,并常常引发重大安全事故,因此准确预报高速路道面参数具有非常重要的意义.高速公路下垫面具有不透水、无植被覆盖等特性,仅采用气候模式而不考虑下垫面特性模拟与预测道面参数会产生较大误差.本文对CoLM陆面模式进行了改进,采用改进后的陆面模式与最新的区域预报模式BJ-RUC对盛夏北京地区几个高速公路观测站点的道面温度进行了预报.结果表明,相对于仅采用BJ-RUC模式进行预报,BJ-RUC与CoLM模式结合预报方法在正午前后道面温度非常高时与观测值符合得更好,误差由约10～20℃减小为约5～10℃.道面温度的准确预报可以更好的预防道面高温引发的交通安全事故的发生.     

京津冀区域气溶胶中无机水溶性离子污染特征分析

在北京、天津、石家庄、承德城区和北京上甸子区域本底站共设置5个采样点,2009～2010年分季节采集环境PM<,2.5>,并分析其中的无机水溶性离子,进而研究京津冀区域气溶胶中离子组分的污染特征.研究表明,京津冀PM<,2.5>污染较重,北京、天津和石家庄年均浓度均超过了100 μg/m<'3>;5个站点二次离子(SO...     

大气氢氟碳化物采样分析和质量控制方法研究

用自组装采样系统冲洗双口不锈钢采样罐,并采集大气样品至1.36×105 Pa,在实验室利用自组装气相色谱-质谱联用(GC-MS)系统分析样品,对6种主要氢氟碳化物(HFCs)分析精度为0.24%~1.02%.空白实验表明,采样-分析过程未引入污染.通过压力-体积曲线对进样压力变化的影响进行了校正.回收率实验及存储实验表明,6种HFCs回收率范围为99.5%~100.4%,存储112d内HFCs浓度没有显著变化.在北京上甸子区域大气本底站采集80m梯度塔顶大气样品并分析,2个串联采样罐HFCs浓度差值范围为0.04×10-12~0.16×10-12.采样分析与同期该站GC-MS在线观测系统获得的HFCs浓度差值范围为-0.17×10-12~-0.86×10-12.本研究建立的采样-分析-质量控制方法和流程适用于大气中HFCs高精度观测.     

燃放烟花爆竹对北京城区气溶胶细粒子的影响

为了研究燃放烟花爆竹对空气中气溶胶细粒子污染的影响,采用TEOM于2003年1月31日-2月25日对PM2.5和PM10质量浓度和化学成分进行了研究,分析了春节期间北京城区气溶胶细粒子的污染特征.结果显示: 燃放烟花爆竹会导致空气中PM2.5在短时间内上升到很高的水平,最大小时平均质量浓度达549 μg/m3,平均每小时质量浓度增加100 μg/m3左右.并且随着PM2.5质量浓度的上升,PM2.5在PM10中的比例也明显上升,两者质量浓度小时平均值的比值最大可达0.9.稳定天气条件下,燃放高峰期过后随着粒径在2.5～10 μm之间的较粗粒子的沉降(约需3～4 h),PM10的质量浓度下降,但PM2.5/PM10的比值仍持续偏高.燃放烟花爆竹导致PM2.5中以燃烧为代表的元素(S、P、As)、部分金属元素(Al、Fe、Ti、Se、K)、可溶性离子成分以及OC的升高.这些成分与烟花爆竹的金属粉末、无机盐类,以及复杂的S、P化合物等主要成分吻合.     

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.     

降雨对不同粒径气溶胶粒子碰撞清除能力

利用与惯性碰撞紧密相关的斯托克斯数Stk计算公式,结合海淀宝联大气成分站和海淀自动观测站2012年10月~2014年10月两年实测的逐时PM_(2.5)浓度数据和对应时刻的气象要素数据,并挑选典型降水过程分析降水对不同粒径气溶胶的碰撞清除作用.惯性碰撞是降水对气溶胶的最主要清除方式,斯托克斯数Stk的计算结果显示,降水对粒径小于2μm的气溶胶的直接碰撞清除作用很小,对粒径大于2μm的粗粒子的清除作用相对较大;实际观测数据统计分析表明,PM_(2.5)浓度明显减少的降水过程及降水时次很少,而43.2%的降水时次PM_(2.5)浓度有所升高;通过对典型降水过程气溶胶粒径分布数据分析表明,降水对爱根核模态(0.1μm)和粗模态气溶胶(1.0μm)有明显的清除作用,但对积聚模态清除作用不明显,由于PM_(2.5)的质量浓度主要分布在积聚模态,因此,降水对环境中PM_(2.5)的碰撞清除作用很弱.     

北京山谷风环流特征分析及其对PM2.5浓度的影响

利用北京地区2013~2015年秋冬季各自动站气象要素数据、大气所铁塔资料以及海淀气象站风廓线数据和该地区PM2.5浓度数据,挑选典型个例分析山谷风环流特征及其对PM2.5浓度的影响.经过分析发现,谷风(山风)平均风速为0.55m·s~(-1)(0.31 m·s~(-1)).秋季(冬季)谷风平均持续时间为9h(6h),秋季(冬季)谷风开始时刻为11:00(13:00);秋季(冬季)山风持续时间为13 h(16 h),秋季(冬季)山风开始时刻为21:00(20:00);受北京地区地形等的影响,山谷风转化的风向分界线为东北-西南向,秋季山风前沿压到南二环,冬季山风前沿压到南三环;山、谷风在形成及发展变化的过程中,其厚度有着明显的变化,谷风(山风)秋冬季的平均厚度为700~1 000 m(300~600 m);无论是秋季还是冬季,一天中平均PM2.5浓度开始上升的时刻南部早于北部,秋季PM2.5浓度开始上升的时刻要早于冬季,而开始下降的时刻秋季会晚于冬季.北京地区秋(冬)季空气污染南北差异较大的过渡区处于南二环(南三环),并会随着时间的推移向南移动.秋(冬)季该现象的持续时间为4 h(2h).并且,在研究中发现,PM2.5与山谷风之间可能存在着一定的正负反馈作用.     

基于长时间序列的北京PM2.5浓度日变化及气象条件影响分析

基于2005~2014年北京宝联(城区)和上甸子大气成分本底站(郊区)监测结果得到了PM_(2.5)质量浓度日变化特征,并且讨论了气象条件的影响.结果表明,北京城区PM_(2.5)质量浓度10年平均值的日变化呈双峰分布,对应早晚出行高峰.但是,该特征在2007年以后才比较明显.月际(季节)变化表现为单峰与双峰之间、日最大值在早高峰与晚高峰之间的转换.一年中早峰值浓度在5~8月最高,与地面风速小、相对湿度以及水汽压(空气绝对含水量)较高有关,该季节晚高峰期间浓度变化相对较小主要受混合层较厚、地面风速大、降雨天气发生频繁的影响.11~12月和1~2月的16:00以后浓度明显升高,混合层顶高度在14:00~17:00大幅度下降是重要的影响因素.此外,严重和重度污染日09:00以后污染加重,与年平均值和中度污染日不同.边界层偏南风对来自周边地区高架源的污染物输送是其重要的影响机制.PM_(2.5)质量浓度日变化幅度随污染加重而增大.日最大风速和相对湿度日变化对浓度日变化幅度有影响,而且午后地面出现4~6 m·s-1的偏南风也会加大日变化幅度.北京郊区PM_(2.5)质量浓度多年平均值日变化呈单峰分布,日最大值超前于城区.而且,昼间的浓度在5~7月高于冬季.本研究结果将有助于细化不利扩散条件下的污染减排方案.