湖南2008年极端冰冻特大灾害成因分析及影响评估

2008年初,湖南出现了有完整气象记录以来罕见的特大低温冰冻雨雪极端灾害天气.本次过程具有强度大、范围广、时间长、灾害重等特点,过程气温、冰冻、严寒期的多项评估指标创1949以来极值,综合评估为特大型气象灾害.从天气学角度出发,对此次低温冰冻雨雪天气形势进行了分析,同时对低温雨雪冰冻造成的湖南农业、电力、通信、交通等行业影响进行了评估.     

湖南空气质量预报中的数据预处理和特征工程

为提高空气质量预报的准确率,建立了融合气象和环境观测资料、结合机器学习和数值天气预报,且预测时效较长、预测精度较高的机器学习模型库。以湖南6个城市(长沙、株洲、湘潭、益阳、常德、岳阳)的空气质量预报为例,将数据预处理、特征工程方法运用到模型之中,得出以下几点结论:①数据预处理工作包括样本收集、数据清洗、缺失值处理、异常值剔除等,对提高模型预测稳定性帮助很大。②点、线、面的特征组合有助于完整地描述污染物的生消过程。引入传输指数后,株洲市模型对传输型污染过程的预测性能得到明显提高,对轻度、中度、重度污染的分类准确度分别提升了23.6%、16.6%、30.0%。引入静稳指数后,长沙市模型PM_2.5浓度测试的相关系数由0.938提升至0.959,均方根误差由10.33下降至8.46,且模型对中度以上污染天气的极值预报结果更接近实况;益阳市模型在高浓度样本预测中存在的系统性偏低现象得到改善,对轻度以上污染天气的预报结果得到较大矫正。③随机森林的特征重要性排序功能可以大幅度减少特征的数量,使得模型的可解释性和稳定性增强。     

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。     

长沙近42年气候变化对霾日的影响

利用长沙站1971-2012年地面气象观测资料,分析了长沙42年霾日数的变化特征及气象因子对霾日的影响。结果表明:(1)年气温、暖日数、暖夜数、冷日数、冷夜数、风力条件f≥5 m/s日数、f≥10 m/s日数、降水量≥0.1 mm日数等是影响长沙霾日数的关键因子;(2)近42年来,年气温、暖日和暖夜数呈极显著升高、增加趋势,它们与霾日呈极显著正相关;冷日和冷夜数呈极显著减少和减少趋势,与霾日呈极显著和显著负相关;(3)f≥5 m/s日数、f≥10 m/s日数及降水量≥0.1 mm日数呈极显著减少趋势,与霾日呈极显著、显著负相关;(4)近42年来长沙霾日数呈极显著增加趋势;气候变暖、风力条件对大气污染物稀释扩散能力明显减小以及降水对大气的净化能力减小,是近10年霾日数激增的3个重要原因。     

长株潭城市群大气污染潜在源区分析及传输通道研究——以株洲市为例

利用Hysplit、MeteoInfo模型,计算株洲2017—2019年特护期(10月至次年3月)的后向轨迹,并进行轨迹聚类、潜在源贡献因子(PSCF)和浓度权重轨迹(CWT)分析。结果表明,10—12月,污染物潜在源区主要分布在偏北方向,1—3月,偏南方向的源区不断扩大,这与季节更替、季风转换有关;12和1月,潜在源区面积最大,强度最强,传输通道最清晰。对特护期各月份进行权重潜在源贡献因子(WPSCF)和加权浓度权重轨迹(WCWT)分析,结果表明,12月有1条明显的WPSCF高值带起源于河南省中北部,一路向南,经平顶山、过南阳、再经襄阳进入湖北省,该高值带蛇形前进,过荆州跨长江经岳阳华容县进入湖南,再过常德、益阳,以弧形路径到达长株潭地区,这条路径是12月北方污染物影响长株潭的主要传输通道。WCWT分析也有类似结果,且通道路径更宽广,1月的潜在源区在偏北方向呈扇形分布,在较远距离上的河南、安徽等省份呈指状分布。经2017年12月5日重污染个例检验发现,传输轨迹与分析的传输通道一致。     

基于AERMOD的城市固体废弃物处理场空气污染扩散研究

通过对长沙城市固体废弃物处理场的周边区域地面气象观测和高空气象探测一年的资料进行分析,并结合国家气象观测站网构建了垃圾填埋场的小尺度气候模型,结合观测场气候空间特征,文章研究了固体废弃物处理场周边的小尺度气候条件,并应用AERMOD大气扩散模型,研究并验证了固体废弃场在山地气候条件下的恶臭扩散过程,得出了该污染源恶臭浓度受气候影响较明显,且在气温、风速风向等气象条件,恶臭扩散表现出不同的气候条件下的时空分布特征。