确定大气扩散稳定度等级的时间序列问题

一、引言 目前大气扩散稳定度等级一般利用常规气象资料来确定,但是对所用的气象资料的时间序列却无统一的规定。在我们已进行过的工作中,有的根据十年的气象资料来确定,有的则用五年的,还有用三年的,甚至还碰到用一年的。目前对气象资料使用的时间序列并无一致的要求,往往是根据各自的意愿而提出使用气象资料的年限。利用气象资料确定大     

霾污染环境大气能见度参数化方案的改进

霾污染是高浓度大气气溶胶造成低能见度的大气现象,为了完善目前空气质量模式的大气能见度参数化方案,以准确地预报霾污染过程的能见度变化,基于已有的大气总消光系数与大气能见度的关系,依据Mie理论和大气分子的消光特性,计算颗粒物和NO₂的消光系数,提出一种改进的大气能见度参数化方案.为了验证这一改进的参数化方案的大气能见度预报性能,①利用空气质量模式WRF-Chem3.7模拟2013年12月南京地区两次霾污染个例,并且与实际观测数据对比,证实其能够准确地模拟大气颗粒物和NO₂的浓度变化;②利用模拟的大气颗粒物和NO₂的浓度数据,分别采用改进的能见度参数化方案及已有的IMPROVE方案和CHEN的能见度参数化等3个方案,计算两次霾污染个例的大气能见度变化;③与观测能见度比较,评估3个能见度参数化方案的模拟准确性。评估表明,改进的参数化方案模拟的两个霾污染个例能见度的平均标准化偏差和平均偏差分别为17.19%、3.18%和517、173 m,并且和观测能见度的相关系数分别提高到0.76、0.87,其能见度模拟的准确性优于其它两种已有的参数化方案,并在不同相对湿度（RH）和能见度范围内改进的参数化方案模拟的标准化平均误差均小于其它两种参数化方案,其中,在RH < 80%和能见度≥ 1 km范围内标准化平均误差均低于50%.研究显示,改进的大气能见度参数化方案能够有效地提高空气质量模式的霾污染环境大气能见度的预报准确性.      

上海霾与非霾期间大气颗粒物光学特性垂直分布特征和质量浓度对比研究

采用美国国家航空航天局的云-气溶胶激光雷达红外开拓者卫星搭载的正交极化云-气溶胶激光雷达数据产品,包括消光系数、光学厚度、总后向散射系数、体积退偏比和色比,结合地面监测的颗粒物质量浓度,分析上海大气相对湿度小于80%霾发生期间气溶胶光学属性的垂直分布特征和颗粒物质量浓度变化,并与非霾期间进行比较.结果表明:霾期间532 nm和1064 nm消光系数在垂直高度上(海拔:0~10 km)均大于非霾期间,且大多数霾期间颗粒物在整层大气的光学厚度大于非霾期间.在近地面,霾期间大气颗粒物散射能力大于非霾期间.各垂直高度层,霾与非霾期间小粒径和规则气溶胶占主导地位.霾期间近地面大粒径颗粒物在霾期间所占比例大于非霾期间;2.0~4.0 km高度层,霾和非霾期间细颗粒所占比例接近;4.0~10.0 km高度层,霾期间细颗粒气溶胶所占比例大于非霾期间.PM1、PM2.5和PM10质量浓度在霾期间均大于非霾期间,且霾期间细颗粒物所占比例明显增加.颗粒物质量浓度和比值PM1/PM2.5和PM2.5/PM10分别随霾污染程度的加重而升高.冬季颗粒物质量浓度最高,主要来自细颗粒物的贡献;而春季PM10质量浓度高于其它季节.     

成都一次霾过程中颗粒物消光作用的垂直变化

基于2017年1月4~7日成都地区一次重霾过程中,颗粒物粒径谱的垂直加密观测和激光雷达同步观测数据,利用Mie散射理论计算颗粒物消光系数并与激光雷达反演结果对比,计算了不同粒径谱颗粒物消光系数以及消光贡献率.分析表明：重霾期间,在不同边界层高度上颗粒物消光系数表现为PM₁ > PM_2.5~10 > PM_1~2.5 > PM _{> 10},其中PM₁的消光贡献率整体上维持在49.5%~69.4%,是本次重霾过程中影响颗粒物消光系数大小的主要因子.在大气边界层内,不同粒径谱颗粒物消光作用呈现出显著垂直变化和昼夜差异,白天在600m以下和700~1100m之间颗粒物消光系数出现高值区;夜间颗粒物消光系数整体上随高度呈现出明显递减趋势,在1100m处出现高值.此外,夜间在200m以下颗粒物消光系数明显大于白天,且PM_>1的消光贡献率也明显大于白天.整体上,PM₁消光贡献率随高度递增,而PM_>1消光贡献率随高度递减.     

河南省北部区域霾污染过程中城市和农村点位PM2.5组分差异

近年来,我国京津冀及其周边地区暴发了多次霾污染过程,受观测仪器等因素的限制,尚未有对河南省北部城市和农村霾污染的对比研究.利用一系列在线高时间分辨率的观测仪器在河南省2个城市点位和3个农村点位对一次区域重污染过程(2018年1月12～25日)进行综合观测.结果表明SO₄^2-、 NO^-₃和NH⁺₄(SNA)是此次区域污染过程中5个点位PM_2.5中占比最高的组分,位于53%～63%之间,以NO^-₃为主24%～32%,其次为SO₄^2-(13%～17%).相较于城市点位,农村点位PM_2.5中有机物的占比更高,尤其是夜间.随着污染的加重,SNA的占比上升,重污染时段可达67%.此外,当区域受南部气团的传输影响时,5个点位PM_2.5中NO^-₃的占比增大;受北和东北部气团的传...     

大气污染物多时间分辨率的小波分析

利用Modet小波函数进行小波变换,利用Daubechies小波函数进行分解及滤波,以乌鲁木齐市的大气污染物时间序列为例,分析了当地单个大气监测站点NO2的多分辨率的演变特性,并对NO2的时间序列进行了滤波消噪.研究结果显示,NO2年际变化和季节性变化的时间尺度在尺度空间中分布不均匀,具有较明显的局部化特征;除了季节性变化的时间尺度和变化趋势之外,还存在大气污染物中、长期变化趋势.基于滤波消噪后的时间序列建立的预测模型可用于有效地提高大气污染物的预测预报精度.     

南京2007年12月持续雾霾过程的大气消光特性

2007年南京冬季雾外场综合试验期间,雾、霾交替持续的最长时间达100 h以上。利用大气气溶胶粒子和雾滴数浓度尺度谱分布、能见度、相对湿度等同步观测资料,从Mie散射理论出发,研究了雾、霾不同阶段大气消光特征,重点分析了大气气溶胶粒子和雾滴在雾、霾持续和转化过程中的消光作用。结果表明,雾、霾过程不同阶段平均能见度的大小关系为：雾<湿霾<霾~轻雾。平均而言,雾阶段雾滴和气溶胶粒子的消光作用相当,其中,雾滴消光波动幅度大于气溶胶粒子消光,能见度的变化趋势主要由雾滴的消光决定。湿霾、霾和轻雾阶段的消光主要由气溶胶粒子造成。湿霾阶段的低能见度是由于大量积聚模态的气溶胶粒子在较高相对湿度环境中吸湿增长所致。霾阶段气溶胶粒子数浓度达到最大,核模态粒子占总数浓度的80%左右,是导致该阶段能见度较低的主要原因。轻雾阶段气溶胶粒子的消光系数最小,但雾滴可提供10%~15%的消光贡献,导致能见度与霾阶段相当。     

兰州市沙尘天气与痤疮门诊量的时间序列

研究沙尘天气、非沙尘天气下颗粒物（PM_2.5、PM_C、PM₁₀）对痤疮门诊量的影响,并进行性别、年龄分层研究,筛选敏感人群.收集了2013~2017年兰州市沙尘期与非沙尘期3家三甲医院痤疮门诊量资料、大气颗粒物及气象数据,采用基于泊松分布的分布滞后非线性模型（DLNM）,控制气象因素、季节性和长期趋势、星期几效应等混杂因素,分析沙尘期与非沙尘期颗粒物对痤疮门诊量的影响及滞后效应.结果表明：沙尘期时,兰州市3家三甲医院痤疮日均门诊量为26人次,范围3~54人次.非沙尘期时痤疮日均门诊量为37人次,范围1~89人次;单污染物模型显示,PM_2.5、PM_C、PM₁₀均在滞后第6d （lag6）时效应量达到最大值,其浓度每增加10μg/m³,痤疮门诊量的超额危险度（ER）及95%可信区间（95% CI）分别为1.065（95% CI：0.260~1.877）、0.355（95% CI：0.018~0.693）、0.310（95% CI：0.054~0.567）,PM_2.5对痤疮门诊量的影响最为显著;性别及年龄分层发现,性别分层中PM_2.5对女性的影响有统计学意义,其浓度每增加10μg/m³,痤疮门诊量增加1.077（95% CI：0.124~2.039）;年龄分层中,0~18岁组受PM_C、PM₁₀影响显著,19~24岁组受PM_2.5、PM₁₀影响显著,各颗粒物对25~34岁组及≥35岁组效应无统计学意义.在非沙尘期时,PM_2.5、PM_C、PM₁₀不引起痤疮门诊量增加.双/多污染物模型显示,分别调整其他污染物后,PM_2.5、PM_C、PM₁₀对痤疮门诊量的影响与单污染物模型类似,仍具有统计学意义.兰州市沙尘天气下大气颗粒物（PM_2.5、PM_C、PM₁₀）可使痤疮门诊量增加,对女性及青少年影响显著.     

兰州市沙尘天气与痤疮门诊量的时间序列

研究沙尘天气、非沙尘天气下颗粒物（PM_2.5、PM_C、PM₁₀）对痤疮门诊量的影响,并进行性别、年龄分层研究,筛选敏感人群.收集了2013~2017年兰州市沙尘期与非沙尘期3家三甲医院痤疮门诊量资料、大气颗粒物及气象数据,采用基于泊松分布的分布滞后非线性模型（DLNM）,控制气象因素、季节性和长期趋势、星期几效应等混杂因素,分析沙尘期与非沙尘期颗粒物对痤疮门诊量的影响及滞后效应.结果表明：沙尘期时,兰州市3家三甲医院痤疮日均门诊量为26人次,范围3~54人次.非沙尘期时痤疮日均门诊量为37人次,范围1~89人次;单污染物模型显示,PM_2.5、PM_C、PM₁₀均在滞后第6d （lag6）时效应量达到最大值,其浓度每增加10μg/m³,痤疮门诊量的超额危险度（ER）及95%可信区间（95% CI）分别为1.065（95% CI：0.260~1.877）、0.355（95% CI：0.018~0.693）、0.310（95% CI：0.054~0.567）,PM_2.5对痤疮门诊量的影响最为显著;性别及年龄分层发现,性别分层中PM_2.5对女性的影响有统计学意义,其浓度每增加10μg/m³,痤疮门诊量增加1.077（95% CI：0.124~2.039）;年龄分层中,0~18岁组受PM_C、PM₁₀影响显著,19~24岁组受PM_2.5、PM₁₀影响显著,各颗粒物对25~34岁组及≥35岁组效应无统计学意义.在非沙尘期时,PM_2.5、PM_C、PM₁₀不引起痤疮门诊量增加.双/多污染物模型显示,分别调整其他污染物后,PM_2.5、PM_C、PM₁₀对痤疮门诊量的影响与单污染物模型类似,仍具有统计学意义.兰州市沙尘天气下大气颗粒物（PM_2.5、PM_C、PM₁₀）可使痤疮门诊量增加,对女性及青少年影响显著.     

基于星地同步观测的华北平原中部背景地区冬季霾污染过程

利用地基观测结果和多源卫星遥感观测,结合气象数据及HYSPLIT4后向轨迹模式,对华北平原中部背景地区(河南省郑州市中牟县东南郊)冬季霾事件的污染物特征和形成过程进行分析.综合观测时间为2014年12月13日~2015年1月16日,共有5次霾过程,占观测总天数的82%.地面监测结果显示,不同的污染过程污染物浓度变化曲线相似,O₃浓度在清洁天浓度较高;NO_x、SO₂、PM₁₀、PM_2.5呈较强正相关性,NO_x、SO₂与 PM₁₀相关系数0.64、0.57,与PM_2.5相关系数0.56、0.45;近地面污染物以细粒子污染物为主,其中又以气态污染物二次生成的细粒子为主.AMPLE地基激光雷达和CALIPSO数据表明,华北平原霾层中上部受浮尘影响,以粗粒子污染物为主.气象探空数据表明该地区冬季大气对流层稳定利于霾的维持,假相当位温垂直差、K指数、露点差与能见度相关系数分别为0.52、0.56和 0.38.分析近地面风速风向对霾过程的影响表明,该地区冬季以南方向静小风为主,风速与能见度相关系数为0.32 ,PM₁受东北方向污染源影响,PM_1~2.5及PM_2.5~10受西北方向污染源影响;结合高空风场分析,霾过程1受西北浮尘影响,霾过程5受南来水汽影响.通过后向轨迹分析,该地区冬季的低空污染传输主要来自东北和西北方向,其中东北方向区域传输来自河北与山东,占来源比例的14%,近距离污染传输主要来自站点以西的郑州、洛阳,约占来源比例的33%.     

机场典型霾过程大气消光特性及能见度预测模型

大气能见度是机场运行的重要指标之一,探究机场低能见度天气形成机理、准确预测能见度变化趋势对保障航空交通安全高效运行至关重要。选取天津机场为研究对象,开展大气光学参数、污染物浓度及气象条件监测,研究了2020年12月08—23日一次典型霾天气过程中机场大气消光特性,并基于广义加性模型(generalized additive model, GAM)和梯度提升回归树模型(gradient boost regression tree, GBRT)分别构建机场能见度预测模型,对比并确定最优模型。结果表明,在天津机场冬季一次典型霾污染引起的低能见度过程中,大气总消光系数B_ext为37.4～891.7 Mm^-1,平均值为346.0 Mm^-1。其中,B_sp、B_ap、B_ag、B_sg对B_ext的贡献占比分别为73.7%、11.7%、5.9%和8.7%,气溶胶污染是造成能见度降低的主要因素,GBRT分析显示1μm以下粒子对总消光的相...     

中山市旱季霾特征及数值模拟分析

利用观测数据、Hysplit后向轨迹模式以及WRF-CMAQ模式对中山市旱季霾特征进行模拟分析.中山市霾污染的天气形势以大陆高压型为主.当相对湿度在71%~90%时,气溶胶浓度和能见度的负相关性最显著,且当能见度减小到5 km以下时,PM_(2.5)浓度的大幅减小才能使能见度略有好转.最有可能引起中山发生霾天气的两条污染带,一条是沿中山至湖南南部,另一条是沿中山到粤东地区.WRF-CMAQ模式能较好地模拟出2014年1月份中山PM_(2.5)浓度、能见度的变化趋势以及广东省区域内灰霾的污染过程.在气溶胶质量权重及消光贡献中,硫酸盐的比重最高,在高相对湿度下,二次气溶胶的消光权重超过80%.通过中山PM_(2.5)过程分析发现,在霾过程,无冷空气时PM_(2.5)主要来自气溶胶反应、排放源和水平平流,贡献率分别为35%、15%和10%,有冷空气时水平平流的贡献最大,达37%;在清洁过程,无冷空气时气溶胶主要靠水平平流和干沉降清除,贡献率分别为-39%和-14%,有冷空气时清除以水平平流和垂直对流、扩散为主,贡献率分别为-29%和-25%,说明不同天气条件下霾的污染和清洁机制有着明显差别.     

全国大气润湿时间分布分析软件开发

软件以小方块在地图上标注全国195个地区的实际位置,按ISO 9223标准对各地区的年润湿时间进行分级,并以不同的颜色对应不同的等级。使用软件可查询1991年至2000年全国195个地区大气润湿时间的分布状况;不同临界相对湿度的润湿时间;各年润湿时间的变化规律情况,包括10年润湿时间的平均值和标准差;年润湿时间在各温度段所占的比例。     

青岛冬季霾-沙尘重污染过程PM1理化特征及来源分析

对2018年11月21日～12月2日期间青岛市大气PM1的质量浓度、化学组分和数浓度进行连续观测,结合国控站点监测数据和气象条件,分析青岛市秋末冬初一次典型霾-沙尘重污染过程的特征及污染物来源.结果表明:本次污染过程可分为霾前(11月21～23日)、霾期(11月24～25日)、霾-沙尘叠加期(11月26日)、沙尘期(11月27～29日)、沙尘后(11月30日～12月2日)5个发展阶段,观测期间PM₁质量浓度为(40±20)μg/m³,霾期PM₁为沙尘期的2.03倍.冷锋锋前以人为污染物气团为主,锋后以冷干沙尘气团为主,并在长距离传输中保持干燥,受沙尘传输过程中经过区域的影响较小,导致沙尘阶段PM_2.5和PM₁₀错峰12h出现.霾期PM₁中SO₄^2-、NO₃^-质量浓度比霾前分别升高73%、111%,SOR、NOR分别升高28%、67%,表明霾期NO₃...     

小波分析应用于大气污染物浓度的预报

在分析了国内外大气污染预报模式存在的不足的基础上,提出将小波分析应用于大气污染物时间序列的预报;利用小波分析可以将时间序列通过小波分解一层一层分解到不同的频率通道上,分解后序列的平稳性比原始序列好得多。其小波分解后的序列用时间序列模型来预报,最后再合成得到原时间序列的预报值。     

大气细颗粒物的污染特征及对人体健康的影响

采集兰州市2005年1月1日至2007年12月31日的大气颗粒物(TSP、PM10、PM2.5、PM1.0),分析不同粒径颗粒物的污染特征及其与气象因素的相关关系,并采用时间序列半参数广义相加模型(GAM)分析了可吸入颗粒物与呼吸系统疾病和心脑血管疾病日入院人次的暴露-反应关系.结果显示,TSP和PM10的质量浓度在春季较高,PM2.5和PM1.0在冬季较高;气象因子与大气颗粒物有显著的相关关系;对于呼吸系统疾病来说,PM10、PM2.5和PM1.0每升高10μg·m-3或10粒子数·m-3,入院危险分别增加0.052%、0.604%和0.652%;对于心脑血管疾病来说,PM10、PM2.5和PM1.0每升高10μg·m-3或10粒子数·m-3入院危险分别增加0.046%、0.697%和0.935%.由此可见,兰州市不同粒径大气颗粒物均有不同程度的污染,PM10、PM2.5和PM1.0对呼吸系统疾病和心脑血管疾病入院人次均有一定影响,且PM10对呼吸系统疾病的影响较心脑血管疾病明显,而PM2.5和PM1.0则正好相反.     

苏州市空气质量的时间序列变化过程研究

城市空气质量水平是以空气质量指数(API)来表征的,API的时空变化可以反映城市空气质量的变化过程。文章以苏州市2002～2007年各月API值为研究对象,将其构成一组时间序列,采用时间序列理论中的小波分析原理和差分自回归滑动平均模型(ARIMA)原理对这组API序列进行趋势的辨识和数值预测,结果表明(1)苏州市近年来的空气质量水平不断提高,并将稳定保持在一个良好的水平上;(2)差分自回归滑动平均模型ARIMA(2,2,2)在拟合该地区API值时间尺度上的变化趋势效果较好,能够较好的预测苏州市月空气质量水平。     

基于时间序列分析的渐变性水源水质预测研究

针对引黄水库水质渐变性特点,运用时间序列分析理论建立了水质分析模型并对山东省某市某水库的水质变化趋势进行模拟和预测。选取温度、pH、氨氮、浊度、化学耗氧量、亚硝酸盐作为预测变量。水库水质的模拟结果表明除浊度外其余项准确率均达到了80%以上,所建立的水质模型能够合理地反映渐变性水库中水质的动态变化趋势,预测结果较好。     

中国4个城市大气臭氧对呼吸系统疾病住院人数影响的时间序列分析

臭氧已成为影响中国空气质量最重要的污染物之一,为探究其对呼吸系统疾病住院人数的影响,收集保定、盐城、自贡和广州4个城市2019—2022年逐日因呼吸疾病住院人数、臭氧日最大8 h平均浓度（O₃-8h）和气象因素数据,采用广义相加模型在城市水平分析大气O₃-8h与呼吸系统疾病日住院人数的关联性,并采用随机效应Meta分析整合城市水平分析结果。结果表明：大气臭氧浓度升高可增加呼吸系统疾病日住院人数,并存在滞后效应;城市合并分析结果显示,O₃-8h每升高10 μg∙m⁻³,总呼吸系统疾病、慢性阻塞性肺病（COPD）和肺炎日住院人数分别增加0.49%（95%置信区间（CI）：0.30%—0.68%,滞后3 d）、0.86%（95% CI：0.54%—1.18%,滞后2 d）和0.74%（95% CI：0.31%—1.17%,滞后4 d）。不同城市的效应强度以及最佳滞后时间存在较大差异;总体上,儿童和≥60岁老年人群对臭氧的呼吸系统效应更为敏感,不同性别间敏感性无显著差异。