多模式集成方法在安徽地区PM2.5预报中的应用研究

分别采用算术平均、权重平均、多元线性回归和神经网络的集成方法,对3种空气质量模式在安徽地区2017年2月-2018年2月PM_2.5预报结果进行集成释用.结果表明：各模式和订正产品的预报值与实况值之间均能达到显著相关,相较于WRF-Chem,多元线性回归的均方根误差（RMSE）下降了21.7%,归一化平均偏差（NMB）下降了6%,且在16个地市中NMB均下降至-25%~25%之间;从不同时次的预报效果来看,在3个代表性城市（淮北、合肥和芜湖）,多元线性回归均能大幅度降低RMSE和NMB,但从时间和空间效果来看,其对于提升预报值与实况值之间的相关性方面,略差于权重平均的集成方法;多元线性回归方法对于重污染天气PM_2.5预报评分（TS）最高,为0.46.该方法能较为有效地提升不同模式的预报效果,可为重污染天气预报预警提供参考.     

华北地区沙尘天气垂直气溶胶直接辐射强迫

利用CALIOP数据和SBDART（Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer）辐射传输模式研究了2013~2016年华北地区8d沙尘天气气溶胶及其直接辐射强迫垂直分布特征,分析了气溶胶垂直分布和光学特性对直接辐射强迫的影响.结果表明,气溶胶集中分布在地表及以上3km范围,其中纯净沙尘型和污染沙尘型气溶胶位于上层,污染大陆型气溶胶和烟雾位于下层.大气层顶、地表和大气层的日均气溶胶直接辐射强迫分别是-38.41~-88.44,-74.03~-225.86,9.06~137.42W/m².0~8km高度范围气溶胶直接辐射强迫是负值,且随着高度的增加绝对值逐渐减小.气溶胶垂直分布对大气层顶、地表和大气层的直接辐射强迫影响较小,但对直接辐射强迫垂直分布影响较大,由气溶胶廓线差异造成的同一高度层气溶胶直接辐射强迫最大差值能达到31.18W/m².气溶胶光学厚度和单次散射反照率对直接辐射强迫影响明显.消光能力相同时,吸收性气溶胶对短波太阳光的衰减作用大于散射性气溶胶,后向散射比例大的气溶胶大于后向散射比例小的气溶胶.     

降水和风对大气PM2.5、PM10的清除作用分析

对合肥2015—2017年的降水、风和PM_(2.5)、PM_(10)浓度观测数据统计研究发现,降水对PM_(2.5)、PM_(10)有一定的清除作用,尤其在秋冬季节.秋冬季节小雨、中雨分别导致PM_(2.5)和PM_(10)浓度降低23.1%、40.4%和32.0%、63.7%.雨日PM_(2.5)/PM_(10)比例上升8.4%,表明降水对PM_(10)清除作用更显著.降水前后PM_(2.5)浓度变化与降水前PM_(2.5)浓度、降水强度、降水时长密切相关.当降水强度大于4 mm·h~(-1)或PM_(2.5)初始浓度高于115μg·m~(-3)时,降水对PM_(2.5)产生明显清除作用;而降水强度小于1 mm·h~(-1)或PM_(2.5)初始浓度低于115μg·m~(-3)时由于吸湿增长作用极易造成PM_(2.5)浓度反弹升高;且持续3 h以上雨强介于1～4 mm·h~(-1)的降水也对PM_(2.5)产生清除作用.降水前后PM_(10)浓度变化与初始浓度密切相关,而与雨强相关性较弱.当PM_(10)初始浓度大于50μg·m~(-3),降水就对PM_(10)产生明显清除作用,且PM_(10)初始浓度越高,降水后PM_(10)浓度下降越多.风速大于2 m·s~(-1)可显著降低PM_(2.5)浓度,因此,当风速大于4 m·s~(-1)时合肥较少出现中度及以上污染,但易造成地面起尘,使PM_(10)浓度不降反升.合肥冬季严重污染主要出现在西北风向,夏季中度以上污染天气较少,主要出现在风速低于3 m·s~(-1)的东南风向.     

1970~2009年安徽省大雾气候特征分析

为了弄清安徽省大雾时空演变规律,利用安徽地面气象站1970~2009年40a的气象观测资料,对安徽省大雾的气候特征进行了系统的分析。研究发现安徽省大雾具有显著的年代际、季节性和区域性变化特征,结果表明:(1)年代际变化,安徽省雾日数在80年代达到最高,由于城市发展和气候变化的影响,雾日数不断减少。同时,雾生时间年代际变化不大,而雾消时间则不断后延,直接导致雾的持续时间不断增加,40a间雾的持续时间增加将近1h;(2)安徽省大雾四季特征分明,空间分布不均。冬季是安徽大雾的高发期,大雾日数最多,持续时间最长,雾中最小能见度最低,雾的影响最为严重。在夏季,大雾日数最少,持续时间最短,雾中最小能见度最大,雾的影响最弱;(3)空间分布上,皖北和皖南山区雾日数和雾的持续时间都较长,雾中最小能见度都较低。而在中部地区则相反,雾的影响较弱。     

华北地区沙尘天气垂直气溶胶直接辐射强迫

利用CALIOP数据和SBDART（Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer）辐射传输模式研究了2013~2016年华北地区8d沙尘天气气溶胶及其直接辐射强迫垂直分布特征,分析了气溶胶垂直分布和光学特性对直接辐射强迫的影响.结果表明,气溶胶集中分布在地表及以上3km范围,其中纯净沙尘型和污染沙尘型气溶胶位于上层,污染大陆型气溶胶和烟雾位于下层.大气层顶、地表和大气层的日均气溶胶直接辐射强迫分别是-38.41~-88.44,-74.03~-225.86,9.06~137.42W/m².0~8km高度范围气溶胶直接辐射强迫是负值,且随着高度的增加绝对值逐渐减小.气溶胶垂直分布对大气层顶、地表和大气层的直接辐射强迫影响较小,但对直接辐射强迫垂直分布影响较大,由气溶胶廓线差异造成的同一高度层气溶胶直接辐射强迫最大差值能达到31.18W/m².气溶胶光学厚度和单次散射反照率对直接辐射强迫影响明显.消光能力相同时,吸收性气溶胶对短波太阳光的衰减作用大于散射性气溶胶,后向散射比例大的气溶胶大于后向散射比例小的气溶胶.     

合肥冬半年降水及所处天气型对大气颗粒物浓度的影响

利用合肥市2015—2017年冬半年环境监测站和自动气象站数据,以及高空、地面天气图资料,运用常规统计和天气学方法分析了降水强度及不同降水天气系统对PM_2.5、PM₁₀浓度的影响.结果表明：冬半年降水日PM_2.5、PM₁₀平均浓度较无降水日分别下降18.1μg·m^-3（23.9%）、38.2μg·m^-3（37.8%）;小于5 mm的日降水量对颗粒物清除效果不明显,且有28%样本PM_2.5和PM₁₀浓度不降反升;当日降水量大于10 mm,位于“优”等级的PM_2.5和PM₁₀浓度比例分别为54%和80%,显著上升.连续降水期间PM_2.5、PM₁₀日均浓度中位值和均值逐日下降,降水第2日PM_2.5、PM₁₀日均浓度降幅最大.合肥冬半年降水天气系统可以分为切变线Ⅰ型、切变线Ⅱ型、低槽冷锋型和...     

黄山降水酸度及电导率特征分析

为了解黄山降水酸碱度和污染程度的总体特征,对2006～2011年黄山光明顶气象站常规监测的降水pH值和电导率进行了统计分析,结果表明:①该地区降水pH年均值在4.81～5.57,2009年之前,降水酸度加强,之后酸度减弱;降水平均pH值冬季最低(4.78),夏季最高(5.33);出现频率最高的降水事件为弱酸性到中性,总酸雨频率为46%,酸性降水累积雨量约占总雨量的45%.②年均降水电导率在16.91～27.84μS.cm-1,无明显年变化趋势.电导率在15μS.cm-1以下的降水发生频率最高,其次是15～25μS.cm-1之间.2010年2月～2011年12月,按日进行降水平行采样、存储、运送到实验室进行pH值与电导率测定和离子成分分析,对此期间的现场测定与实验室测定的两组pH值、电导率进行了比较分析.结果表明:①两组pH值间、两组电导率间都显著相关,但从山上现场到实验室,降水pH值向中性方向偏移,偏移幅度与降雨量和现场pH值有关,电导率的变化量与总离子浓度有关;现场pH值与电导率之间存在显著的负相关(r=-0.51).②使用一次性采样袋采样,pH值偏差变小,电导率之间相关性更强,两组pH与电导率间都存在明显的负相关.与中东部其他高山站的观测结果相比,黄山降水酸度弱,离子污染程度轻.     

铜陵市环境气候指数与气候变暖的联系

应用1980~2012年逐日气象观测资料,分析了铜陵市与城市生态环境密切相关的主要气候指数的变化特征及其对区域气候变暖的响应。结果表明:铜陵市近33a来生物生长季指数、人体舒适日数呈上升趋势。HDD(热度日)指数呈现下降趋势,CDD(冷度日)指数呈现上升趋势,HDD的下降速率明显高于CDD的上升速率。铜陵市霾日数的年际差异明显,近33a来霾日数呈下降趋势,平均每10a减少10.7d。年平均气温与生长季指数、CDD及热不舒适日数之间存在显著的正相关,而与HDD、冷不舒适日数及霾日数之间为显著的负相关。从总体上看,区域气候变暖有利于铜陵市生态环境的改善,但其负面影响仍然值得关注。     

基于多源数据的巢湖蓝藻水华时空分布及驱动因素分析

富营养化和有害藻类水华暴发是全世界淡水湖泊共同面临的生态环境问题之一.巢湖作为典型的内陆淡水湖泊,其富营养化水平和蓝藻水华暴发面积常年居高不下,且在各湖区表现为一定的时空分布差异.为认识和了解不同阶段巢湖蓝藻水华发生和发展基本规律,利用巢湖水上综合观测平台和卫星遥感等多源数据,获得2015~2020年水体中藻密度和水华面积的时空分布信息,并采用基于增强回归树的机器学习算法,定量评估不同阶段各环境因子对蓝藻水华影响的重要程度及相互作用关系.结果表明：①巢湖蓝藻水华表现出较大的季节变化特征,蓝藻细胞在春季开始复苏,主要在巢湖西半湖和沿岸地区形成轻度水华,水体藻密度在夏、秋季达到最大,该季节发生中等程度以上的水华频率较高.②非暴发期间,巢湖藻密度变化受物理和化学因素影响较大,二者对解释藻密度方差变化的贡献率可达80.3%,水体中高浓度溶解氧、弱碱性pH值（7.2~7.6）和适宜水温（3℃）是藻类细胞生长繁殖的有利环境条件,巢湖蓝藻水华首次暴发一般在气温稳定通过7℃初日11 d前后出现.③暴发期内,巢湖蓝藻水华发生主要受藻类生物量和气象条件的综合影响,气温、藻密度、日照时数和风速的累计贡献率为95%,各因子均存在一个有利于蓝藻水华发生的最适区间.多因子交互作用分析结果显示,在水体藻密度大、气温适宜和微风的综合作用下,巢湖蓝藻水华发生概率较高.上述研究成果分析和揭示了不同阶段巢湖蓝藻水华的时空分布特征及其主导影响因子,可为巢湖蓝藻水华防控和预测、预警提供科学依据.     

基于CALIOP的安徽沿淮地区霾天气溶胶类型及垂直分布特征

利用CALIPSO卫星气溶胶廓线数据、地面观测资料进行统计分析,给出了2012—2013年安徽沿淮地区霾日气溶胶的垂直廓线分布.基于后向轨迹及聚类分析,获得沿淮地区污染的主要来源及传输方向,并进一步利用卫星类型掩码产品(VFM)及EC再分析资料,对不同来源的气溶胶类型、气溶胶垂直分布及导致污染的典型天气形势进行分析.结果表明,沿淮地区消光系数随高度减小,霾日近地面消光系数为0.53km~(-1),约为晴空日的2.5倍.污染性天气主要为本地污染积累(占比为46%),其次为长三角区域污染带及京津冀等地污染传输作用影响.在静稳天气背景下,850 h Pa暖平流形成逆温层易导致沿淮地区本地污染,大陆污染型气溶胶为主要成分,近地面受低压上升气流影响,污染物在垂直方向上略有抬升,聚集高度为0.4~0.8 km.当西太平洋副热带高压5880位势高度等值线西伸北进,长三角区域整层大气均被高压控制,易产生污染沙尘型气溶胶,污染物聚集在近地面且浓度随高度减小.而在冷空气南下早期,850 h Pa冷平流易将京津冀地区污染传输到沿淮地区,气溶胶类型为大陆污染型气溶胶和污染沙尘型气溶胶,在1~2 km处高污染浓度最高,高于近地层.