新型垂直探测资料在污染天气分析中的应用

针对2017年1月上旬广州地区出现的一次持续时间长的重污染天气过程,基于地面观测资料、激光雷达、风廓线雷达和微波辐射计数据,从水平和垂直扩散条件2个方面分析了此次污染过程的形成和维持的原因.结果表明：（1）本次污染过程期间,广州地区地面风速基本为小于2m/s的偏北风,在300m高度以下普遍存在平均水平风速低于2.6m/s的小风层;污染前期640m高度内的各层回流指数廓线小于0.6,100m高度小于0.4,污染缓解后回流指数高于0.7.（2）地面PM_2.5浓度与逆温强度的相关系数为0.42,过程平均逆温厚度167m,平均逆温强度为1.08℃/100m;（3）PM_2.5浓度与边界层高度的相关系数为-0.56,清洁时段的平均边界层高度（876m）约为污染时段（620m）的1.4倍,过程最低边界层高度为267m;PM_2.5浓度与边界层通风量的相关系数为-0.61,清洁时段的平均边界层通风量（2538m²/s）约为污染时段（1136m²/s）的2.2倍,使用边界层通风量能更好表征大气污染的程度.     

A comparative study of prognostic MM5 meteorological modeling with aircraft, wind profiler, lidar, tethered balloon and RASS data over Philadelphia during a 1999 summer episode

This study presents a comparative evaluation of the prognostic meteorological Fifth Generation NCAR Pennsylvania State University Mesoscale Model (MM5) using data from the Northeast Oxidant and Particle Study (NE-OPS) research program collected over Philadelphia, PA during a summer episode in 1999. A set of model simulations utilizing a nested grid of 36 km, 12 km and 4 km horizontal resolutions with 21 layers in the vertical direction was performed for a period of 101 h from July 15, 1999; 12 UTC to July 19, 1999; 17 UTC. The model predictions obtained with 4 km horizontal grid resolution were compared with the NE-OPS observations. Comparisons of model temperature with aircraft data revealed that the model exhibited slight underestimation as noted by previous investigators. Comparisons of model temperature with aircraft and tethered balloon data indicate that the mean absolute error varied up to 1.5 °C. The comparisons of model relative humidity with aircraft and tethered balloon indicate that the mean relative error varied from –11% to –22% for the tethered balloon and from –5% to –30% for the aircraft data. The mean relative error for water vapor mixing ratio with respect to the lidar data exhibited a negative bias consistent with the humidity bias corresponding to aircraft and tethered balloon data. The tendency of MM5 to produce estimates of very low wind speeds, especially in the early-mid afternoon hours, as noted by earlier investigators, is seen in this study also. It is indeed true that the initial fields as well as the fields utilized in the data assimilation also contribute to some of the differences between the model and observations. Studies such as these which compare the grid averaged mean state variables with observations have inherent difficulties. Despite the above limitations, the results of the present study broadly conform to the general traits of MM5 as noted by earlier investigators.     

2016年冬季北京地区一次重污染天气过程边界层特征

利用中国气象局地面常规观测资料、微脉冲激光雷达（MINI-MPL）、风廓线雷达资料、生态环境部大气成分等资料,对2016年12月16~21日京津冀多地污染过程的生消特征、与气象条件的关系以及边界层的结构特点进行了分析.结果表明：大气处于静稳状态,低层大气盛行偏南气流,大气湿度持续增加,加之北京三面环山不利于污染物扩散的特殊地形是造成北京此次严重空气污染的重要因素.重污染期间,污染物主要聚集在800m高度以下,严重污染时,污染物高度甚至仅有400m左右.风廓线雷达反演风场显示：2次PM_2.5浓度快速上升阶段低层伴随持续偏南风或偏东风.污染过程期间,逆温结构明显,两次污染快速发展阶段恰好出现在两次逆温最强时段.此次污染天气过程,激光雷达退偏振比总体小于0.25,反映污染主要是人类活动产生气溶胶,前期以一次排放颗粒物为主,后期以二次转化颗粒物为主.退偏振比污染过程前期呈明显日变化特征,且白天退偏比比夜间高.     

基于风廓线雷达对成都地区典型持续性重污染天气的研究

基于风廓线雷达数据、大气污染数据及气象数据对2017年12月17日—2018年1月3日成都地区的一次持续性重污染天气过程进行研究,并对两次污染物浓度爆发式增长阶段的污染原因及污染物来源进行了分析.结果表明:①在这次重污染天气过程中,风廓线雷达高精度的风场资料(包括水平风速、风向、垂直风速、大气折射率结构常数C■)配合其他气象要素在分析两个污染阶段污染物的累积及扩散、输送中可以发挥重要的作用,即当成都地区水平风场风速较小且风向多变时,此时受静稳型天气控制,污染物浓度会快速累积增长,而当出现较强的东北风时,可能会有沙尘污染物的输入,应注意沙尘天气的提前预警.垂直风场中垂直速度和大气折射率结构常数C■的变化往往影响着污染物浓度的变化,由于风廓线雷达具有较高的时间分辨率,因此,对污染天气过程的变化有一定的指示意义.②结合局地环流指数和边界层通风量,重新定义了一种适合成都地区风场特征的通风指数:有效通风量(EVI),从而表明第一阶段污染的主要原因是成都地区由静稳型天气控制,边界层内风场对污染物的稀释扩散能力差,导致污染物累积.③通过后向轨迹模拟并结合PM_(2.5)浓度数据进行聚类分析,认为第二阶段污染主要是东北方向携带有大量沙尘污染物的气团输送到成都地区导致的,与源于西北地区沙尘天气的沙尘输送密切相关.     

石家庄市一次大气重污染过程的边界层特征和成因分析

针对石家庄市2015年12月5—14日出现的重污染过程,利用石家庄市逐日地基微波辐射计、风廓线雷达、地面气象观测资料以及同期的污染物观测资料,分析了重污染过程期间大气边界层温度、湿度、风变化特征及对PM_(2.5)的影响,采用Hysplit后向气团轨迹模式对污染来源进行分析。此次重污染以局地排放为主要形成源,期间冷空气势力弱,地面日平均风速均在1.5 m/s以下,日平均相对湿度均在70%以上,风速小、湿度大,稳定的大气环流形势为重污染提供了持续稳定的大气环境背景。逆温形成及快速增厚导致重污染开始,逆温层平均厚度为683 m,逆温层厚、强、不易消散,导致重污染持续时间长、污染重。近地面小风层厚(平均700 m左右),通风能力弱,导致污染物难以稀释扩散。同时近地层湿度大、厚度厚,使得PM_(2.5)更容易形成和积累,对重污染加重起到了促进作用。     

River Habitat Quality from River Velocities Measured Using Acoustic Doppler Current Profiler

Prior research has demonstrated the utility of metrics based on spatial velocity gradients to characterize and describe stream habitat, with higher gradients generally indicative of higher levels of physical heterogeneity and thus habitat quality. However, detailed velocity data needed to compute these metrics are difficult to obtain. Acoustic Doppler current profilers (ADCP) may be used to rapidly collect detailed representations of river velocity fields. Herein we demonstrate use of ADCP to obtain ecologically relevant data and compute associated metrics. Data were collected from four reaches of the Little Tallahatchie River in northern Mississippi. Sampled reaches were selected to observe velocity regimes associated with three distinctly different conditions: downstream from a major flow obstruction (a low weir), downstream from the apices of each of two bends, and within an extremely long, straight reach created by channelization. Three-dimensional velocity data sets from each site were used to compute metrics of habitat quality proposed by others. A habitat metric based on the presence of rotational flow in the vertical plane proved to be the best discriminator among conditions within the sampled reaches. Two of four habitat quality metrics computed from these measured velocities were greatest for the sharpest meander bend. ADCP hold great potential for study of riverine physical aquatic habitats, particularly at the reach scale. Additional work is needed to develop generally applicable field protocols and data reduction tools. Specifically, guidelines for ADCP settings and configuration appropriate for a range of riverine site conditions must be developed. Advances in instrumentation are needed to allow collection of information in closer proximity to the free surface and solid boundaries.     

基于风廓线仪等资料的珠江三角洲污染气象条件研究

利用珠江三角洲区域空气质量资料和珠海、南沙、增城的逐30 min风廓仪观测资料,以及清远探空站每天08时和20时的温度探空资料等,研究了2012年10月珠江三角洲出现的大范围持续性污染天气期间的大气边界层特征.结果表明:2012年10月珠江三角洲出现的大范围持续性污染天气主要是受到弱冷空气南下和台风外围下沉气流天气形势的影响;在污染日,增城、南沙和珠海低层风速普遍小于3 m·s-1,300m高度以下风速甚至小于2 m·s-1,增城和珠海观测站的通风量普遍小于5000~6000 m2·s-1;非污染日的通风量则远远大于污染日;在近海的南沙站和珠海站,海陆风等局地环流的的作用不利于污染物的扩散,海风约出现于下午6时,最大影响高度约600~800 m;逆温层是导致重污染的天气的重要原因,清远探空站频繁出现逆温层,甚至出现多层低空逆温,污染日的逆温层平均厚度和平均强度都较大.     

吉阳核电厂址气象铁塔塔层风频规律及风速分布拟合研究

通过安徽吉阳核电厂址气象塔观测系统获取观测数据,研究了该地区的风频规律性,并按南沿江流、北沿江流对塔层风速分布进行幂函数近似拟合,估算了地表粗糙度。结果表明：本区主导风向多集中在偏东北风上,而且频率很高,次主导风向则略有差异;塔层风廓线分布基本符合幂函数关系,由廓线求出的n指数推荐值为：A类0.165,B类0.167,C类0.192,D类0.313,E类0.406,F类0.463;南沿江流方向的地表粗糙度为1.547 063 m,北沿江流方向的地表粗糙度为1.738 45 m。     

基于风廓线雷达的广州边界层局地回流指数廓线对污染物浓度的影响

利用2016—2019年广州增城风廓线雷达资料、地面气象站资料及附近广州九龙镇污染物浓度数据,研究了广州边界层局地回流指数R廓线对污染物浓度变化的影响,并综合分析了造成污染日或污染过程的R廓线及其阈值.结果表明,污染物浓度变化与局地回流指数R呈负相关及负滞后相关,负相关系数随高度的升高而下降.污染物NO₂浓度变化与局地回流指数R的负相关性最高,污染物O₃浓度变化与局地回流指数R的负相关性最低.不同季节、不同污染物浓度与局地回流指数R的负相关性有差异.当局地回流指数R（平均）<0.3的厚度大于400 m或至少3个高度层（每层高度差60 m）R<0.28时,发生复合型污染过程的可能性增大,同时可能出现超过7 d的长时间污染过程.     

佛山春季两次典型臭氧污染过程分析

近地层臭氧污染与气象条件密切相关,为了解珠三角地区春季臭氧（O₃）污染的气象成因,选取了2020年4月9日和28日佛山地区春季两次典型O₃污染过程进行对比分析.结果表明：（1）小风、低湿和高温是造成佛山春季O₃污染发生的气象成因.（2）两次过程各站点O₃峰值浓度大致出现在16:00—18:00,较年均统计偏晚1 h左右,最高气温明显低于夏、秋季;大多数站点日变化以单峰型为主,部分站点受局地风场和城市下风向传输影响呈现“倒U型”和“双峰型”.（3）垂直探测分析表明,4月9日O₃污染过程主要由局地反应生成,垂直方向下沉气流主导,污染主要积聚在1000 m以下的近地面层;28日受局地生成和垂直交换作用影响,O₃污染自下而上扩展,且早间残留层下传影响显著.（4）与长距离和高层输送相比,短途和低层传输对局地O₃污染发生的作用更为明显（输送频率可达60%以上）.春季佛山地区O₃污染的主要传输源为珠三角东部和南部地区,污染防控...