GC-MS和GC-ECD同时在线观测本底大气中的HCFC-142b

2010年5月～2011年5月,利用自组装气相色谱-质谱联用法(GC-MS)和气相色谱-电子捕获检测法(GC-ECD)在线观测系统,在北京上甸子区域大气本底站开展了二氟一氯乙烷(HCFC-142b)在线观测对比实验,GC-MS和GC-ECD系统分析精度分别为0.23%和0.88%.观测期间HCFC-142b浓度变化范围约为21×10-12～355×10-12;通过独立样本T检验P>0.05,表明两种方法获得的HCFC-142b浓度数据无显著性差异;对两套系统观测浓度数据的差值分析表明,造成两套系统观测浓度间微小差别的主要因素是空气样品时间分辨率和观测精度.利用局部近似回归法进行本底值筛分,GC-MS和GC-ECD法获得的本底浓度均值差、中值差、25和75百分位数值差均优于系统观测精度.两种方法捕获HCFC-142b污染过程一致,污染浓度均具有夏秋高冬低的特点;两种方法观测HCFC-142b污染浓度的年变化趋势一致.     

辽宁中部地区大气能见度器测与目测数据的对比分析

以辽宁中部地区沈阳、鞍山、本溪3个城市为研究对象,利用2010年全年的高精度仪器观测与人工定时观测能见度资料,对这2种观测方法进行了对比分析,研究了二者的差异与相关性. 结果表明,从辽宁中部地区全年总体来看,虽然平均器测能见度大于平均目测能见度,但目测能见度在一年中的大部分时间大于器测能见度(所占日数比例为59.5%). 各城市之间器测能见度的相关系数比目测能见度高,2种方法的观测结果较为一致地反映出能见度在午后会达到高值. 2种方法观测的能见度均与大气相对湿度和可吸入颗粒物质量浓度表现为负相关关系,其中目测能见度与相对湿度的负相关性更为显著,而器测能见度与颗粒物质量浓度的相关性更为显著.      

基于人工与自动观测对比分析的霾日重建

以杭州、宁波、衢州、温州气象观测站为代表站,基于浙江省2012~2014年人工与自动能见度、相对湿度观测资料,对比分析并建立拟合方程,对历史能见度及相对湿度进行修正,再利用《霾的观测与预报等级》标准对浙江历史霾日进行重建.研究表明,自动观测能见度与人工能见度线性相关性较好,但自动较人工明显偏低,人工能见度较好的沿海地区偏低更明显,全省自动能见度较人工平均偏低28.6%;自2004年开展相对湿度自动观测以来,相对湿度明显下降,根据人工与自动相对湿度对比观测数据,两种观测数据线性相关性较好,自动观测平均值小于人工平均值3%~6%;在对能见度与相对湿度采取线性回归方法进行均一性修正后,重建了霾日序列,结果表明重建后的霾曰序列消除人工与自动观测资料的误差,比原观测霾日气候序列质量有明显提高,重建的霾日变化趋势稳定,各站判定标准统一,更加合理.通过与各站2013年PM_(2.5)达到轻微污染日数与重建霾日数比较,二者的重合率大部分地区达到50%以上.利用修正重建的霾日对浙江1971年以来的霾日进行评估,20世纪70年代霾日较少,80年代逐步增加,本世纪以来增加明显,中心区域逐步由浙江中北部向浙北区域及沿海发展,尤其是一些中心城市霾日数最多.     

运用能见度因子对大气稳定度参数的计算及和国标分类法的对比

分析了国际分类法的不足，引入能见度因子对大气稳定度参数进行计算，分别利用两种分类计算方法计算上海市市某气象站１９９６年逐时气象资料，再对比分析不同分类结果后，得出能见度因子对大气稳定度数的计算比国际分类法更接近实际情况。     

沈阳地区霾与雾的观测研究

利用2009年6月1日-2010年5月31日沈阳大气成分站能见度和大气细粒子的小时观测数据,结合沈阳自动气象站相对湿度的小时观测数据以及天气现象资料,根据<霾的观测和预报等级>和雾的定义,从沈阳1年的资料中判识出霾与雾的出现时次,对沈阳霾与雾的时间变化特征进行初步探讨.结果表明:沈阳全年霾和雾的出现时次分别占总观测时次...     

不同源汇信息提取方法对区域CO2源汇估算及其季节变化的影响评估

从大气二氧化碳(CO2)浓度观测资料中准确提取源汇或本底信息对区域及全球碳源汇及大气CO2浓度长期变化趋势的定量估计至关重要.本研究以瓦里关大气CO2浓度观测资料为例,探讨了同期地面风和同期一氧化碳(CO)浓度观测资料作为源汇信息提取或本底值筛选因子的有效性.结果表明,地面风和同期CO浓度在冬季可作为筛选因子,但是夏季将其作为筛选因子不是十分有效.采用局部近似回归法(robust estimation of background signal,REBS)、傅里叶变换法(Fourier transform algorithm,FTA)和新发展的平均移动过滤法(moving average filtering,MAF)进行大气CO2浓度源汇及本底信息提取.结果表明,MAF法因其以每2周为一个拟合窗口,采用不断变化和调整的过滤标准,避免了在局部将抬升浓度或吸收浓度百分比过高或者过低估计,优于另外两种方法.3种方法对因区域排放源导致的大气CO2的抬升量的结果无显著差异,但对因区域吸收汇导致的大气CO2降低量差异明显.结果表明,3种方法均可以对受到人类活动排放源影响的CO2抬升浓度合理地筛分,但只有MAF法可对夏季吸收浓度较好地判别.MAF法获得的1995~2008年瓦里关大气CO2多年平均季振幅为约10.3×10-6(摩尔分数,下同),与前期观测结果一致;而REBS法得到的大气CO2逐年季振幅约为9.1×10-6,将会导致低估区域或全球CO2通量值.     

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.      

光腔衰荡光谱法走航连续观测海表大气中氧化亚氮

基于最新型Picarro G5101i型光腔衰荡光谱仪,自行设计并集成了适用于海表大气氧化亚氮的船基走航连续观测系统.实验室测试结果显示,该系统准确度优于1.4×10-9mol·mol-1,精密度优于0.2×10-9mol·mol-1.通过搭载2017年春季黄海和东海综合调查航次,首次在我国开展了海表大气中氧化亚氮的船载走航式连续观测研究.实践证明,该系统操作简便,运行稳定可靠,可获取高频率高精度的海表大气氧化亚氮摩尔分数数据.同时,基于实际观测工作,初步优化建立了相应的数据质量控制和处理方法,为获取具有国际可比性的观测数据奠定了基础.观测结果显示,春季黄海和东海海表大气中氧化亚氮的摩尔分数范围为(331.0~345.1)×10-9mol·mol-1,平均值为(333.5±1.4)×10-9mol·mol-1.     

黑碳气溶胶的测量方法对比研究

大气黑碳气溶胶主要有光学分析法、热学分析法以及热光结合分析法。利用苏州南门国控子站的碳分析数据,对三种黑碳浓度测量方法进行对比并分析其差异来源。主要得出以下结论:黑碳仪衰减系数无普适标准,热学分析法使有机碳碳化、元素碳不完全分离,TOT法协议设置存在争议是三种方法存在差异的主要原因。     

本底大气CO2观测分析过程中QA/QC方法的建立与评估

建立科学规范的本底大气CO2采样观测分析过程中的质量保证与质量控制方法,是实现该数据资源同化和共享的基础.本研究以中国气象局温室气体网络化采样观测经验为基础,以便携式采样观测、波长扫描-光腔衰荡(WS-CRDS)分析技术为例,系统介绍了我国青海瓦里关全球本底站大气中CO2采样观测过程中的质量保证措施,样品分析过程中的玻璃瓶质量保证措施和样品分析过程中的系统质量控制方法、数据处理过程中的校正方法、数据分级质量标记和数据拟合插补方法等;并重点对该方法中几个关键步骤进行了评估验证;最后,应用本研究方法,对我国3个区域大气本底站CO2的采样观测数据进行了处理和浓度变化特征分析,说明本研究方法也可以较好地捕捉区域和局地环境因素影响对观测结果的影响,并客观、准确地反映该区域的自然和人为活动特征.     

中国春季北方大气气溶胶浓度特征

采用2008年和2009年春季10个气溶胶观测站资料,分析了我国北方3个代表区域的气溶胶浓度特征与空间分布特点以及气溶胶粒子粒径的异同,并结合一次典型的沙尘天气过程,利用气溶胶和气象资料,讨论了沙尘天气对ρ（TSP）的影响以及各观测站点ρ（TSP）的变化特点. 结果表明:西北区域站点ρ（TSP）最高,达到0.488 mg/m3,其中以沙尘和土壤等粗模态粒子为主,占ρ（TSP）的50.7%;北部区域站点ρ（TSP）为0.350 mg/m3,主要由PM_2.5及沙尘、土壤等粗模态粒子组成,它们分别占ρ（TSP）的55.7%和30.9%;北京地区ρ（TSP）最低,平均值为0.252 mg/m3,ρ（PM_10）占ρ（TSP）比例较高,达到94.4%,其中ρ（PM_2.5）占ρ（TSP）的54.7%;沙尘天气强度和发生次数对气溶胶浓度年际变化影响明显,而天气形势对沙尘天气的发生发挥重要作用.      

正交与斜交旋转主成分分析法在气象因子影响细颗粒物研究中的应用

基于cost733模型及大量再分析资料、观测资料,对2013—2019年冬季海平面气压及近地面风场进行正交和斜交旋转主成分分析,讨论这两种分型方法及不同分型数量下我国天气形势、降水及细颗粒物（PM_2.5）的差异.结果表明,斜交旋转主成分分析法相比于正交方法,划分的天气形势更具代表性,其中,划分为4类天气形势最具代表性,即西伯利亚冷高压影响范围最广、出现频率最高的Type1;西伯利亚冷高压强度最弱、出现频率最低、重度污染站点比例最大、污染最重的Type2;京津冀等地容易出现锋面天气、降水强度最大、清洁站点比例最大、污染最轻的Type3;受东北部深厚冷低压影响、重污染较少的Type 4.     

自动气象站非规范算法对风观测数据质量的影响

目的弄清非规范算法对风观测数据质量的影响程度。方法采用规范方法和二种非规范方法同时统计长期正常采集的风向风速数据,统计每月16位风向的极大风速及其对应的风向和时间、最大风速及其对应的风向和时间、2 min平均风速、10 min平均风速、含静风的风向频率等参数,并绘制相应参数的风玫瑰图,比较不同算法、相同参数的风玫瑰图,探讨算法间的误差。结果风速简单滑动平均法、风向矢量滑动平均法对16位风向上极大风速、最大风速、10 min平均风速的统计结果与规范方法很接近,而风向、风速简单滑动平均法对上述5种参数的统计结果与规范方法都有很大差异。结论自动气象站非规范算法会降低风观测数据质量,加强自动气象站供货商资质管理是提高气象观测数据质量的基本保障。     

长江三角洲地区霾判别方法的对比分析

为对比霾判别方法的差异,探讨霾观测标准的再完善性,文中从空间分布与单点时间序列两方面分别分析研究了4种霾判别方法的特征与适用性.选取中国长江三角洲地区1980~2009年38个地面观测站的气象资料,根据使用日均值的方法 1、2和使用14:00观测值的方法 3分别统计各站点的霾日,分析3种方法的异同.发现这些方法都能够反映出霾的长期变化趋势,但存在差异,这种差异随着年代际变化逐渐减小.由方法 1得到的霾日数最多,方法 3考虑了天气现象,比方法 1和2更合理.依据南京北郊2012年5月~2013年4月的逐时PM2.5浓度、相对湿度和能见度等资料,分析比较了方法 4(霾的观测和等级预报,QX/T 113-2010)与方法 1、2、3的不同.结果表明,由方法 3统计出的霾日少于其他方法,由方法 4统计出的霾日数介于方法 1与方法 3的结果;方法 3不能分辨出霾的严重程度,而其他方法能较好地分辨出霾的严重程度.     

SWAT模型融雪模块的改进与应用研究

融雪是水文过程的重要影响因素,为了对天山北坡气候极端高寒地区进行长期洪水预报预警,该研究以SWAT （土壤和水评估工具）模型为基本框架对其融雪模块进行修改,将基于物理过程的分布式融雪径流模型耦合入SWAT模型,并基于高程带对改进前后的模型进行了对比验证。通过对新疆天山北坡军塘湖河流域进行模拟、参数率定与验证后发现,原SWAT 模型在参数率定期间（2000 年1 月1 日至2004 年12 月31 日）的Nash-Stucliffe 效率系数（NSE）略低于基于物理过程的模型SWAT-JTH,但在验证期（2006 年1 月1 日至2010 年12 月31 日）,SWAT原模型NSE高于改进后的SWAT-JTH 模型。两种方法模拟效果均可以满足实际融雪模拟精度的需求。研究发现,温度因子方法（SWAT融雪模块）虽较基于物理过程的模型结构更简单,但在合理率定参数后却可以得到较好的效果。虽然现今观测和实验手段还不能满足物理过程模型精度要求,以及物理模型本身的错误叠加现象对目前的研究带来了诸多不确定性,但由于物理模型对于极端条件下的模拟及物理过程的模拟具有很大优势,未来随数据精度的提高,将继续深入该物理模型的改进研究。该研究将对高寒山区分布式融雪径流预报预警的发展起到一定的促进作用。     

降雨对城市道路交通行驶速度的影响分析

天气状况是影响城市道路交通行驶效率的重要因素。本研究的目的是结合浮动车GPS数据和气象站降雨量检测数据,分析降雨对城市道路交通行驶速度的影响。应用t检验比较了广州市降雨天和非降雨天的城市路段交通行驶速度的差异性,分别用Spearman相关系数和Pearson相关系数描述了降雨量和速度变化的关系。结果表明:降雨天和非降雨天的交通行驶速度的差异比较显著;持续性降雨造成交通行驶速度的较大波动,同时造成部分路段交通行驶速度的下降,快速路和主干道的速度下降比较明显;降雨量和速度变化量之间的相关性不明显。     

卫星遥感AOD反演地面细颗粒物浓度方法与效果

使用2015~2018年MODIS AOD产品融合地表气象资料反演了地面细颗粒物（PM_2.5）浓度,并以反演的PM_2.5浓度为依据,比较了地面PM_2.5观测资料的各种空间插值方法.结果表明：2015~2018年反演的PM_2.5平均浓度与地基观测平均浓度的R²达0.94;干季反演效果好于湿季,珠江三角洲反演效果好于非珠江三角洲地区,原因是湿季天气系统较不稳定,非珠江三角洲地区多山脉和秸秆燃烧,导致气溶胶标高、质量消光效率等假设误差较大.使用4种插值方法对地基观测的PM_2.5浓度进行插值,插值结果大致相当,反距离加权插值法较好,站点分布不均、部分区域站点密度小影响插值效果,建议在站点稀疏地区增加地面PM_2.5观测站点.     

天津市夏季灰霾与非灰霾天气下颗粒物污染特征与来源解析

年6—8月在天津市区进行的连续灰霾观测发现,灰霾发生的天数占观测时段的1/3. 灰霾日与非灰霾日颗粒物质量浓度存在显著差异,灰霾日ρ(PM_2.5)与ρ(PM₁₀)的平均值分别是非灰霾日的1.64和1.55倍. 灰霾日S含量高于非灰霾日近50%;灰霾日ρ(SO₄2-)和ρ(NO₃-)明显高于非灰霾日,其中灰霾日ρ(NO₃-)增幅最高可达251.02%;灰霾日PM_2.5和PM₁₀中的ρ(OC)、ρ(EC)均是非灰霾日的1.25倍以上. 灰霾日与非灰霾日的气象条件相近,表明此次观测期间天津市区夏季灰霾天气发生与气象条件的关系不大. 使用CMB模型(化学质量平衡模型)对PM_2.5来源进行的解析表明,二次硝酸盐和二次硫酸盐对灰霾日ρ(PM_2.5)的贡献率分别是非灰霾日的2.17和1.34倍,而其他源类在灰霾日和非灰霾日的贡献差异不明显,说明二次离子可能是造成天津市区夏季灰霾最主要的颗粒物源类.      

河北省边界层气象要素与PM2.5关系的统计特征

为了研究河北省边界层气象要素与PM_2.5的关系,综合利用常规气象探测资料、逐小时地面自动站气象观测资料、环境监测站逐小时AQI及ρ(PM_2.5)资料等进行了统计分析.结果表明:①冬季海平面气压低于1 030 hPa、24 h变压为-3.0~-2.0 hPa、地面相对湿度高于60%、露点温度高于-10 ℃时发生全省性重污染天气的可能性较大;而海平面气压高于1 040 hPa、24 h变压在4.0 hPa以上、地面相对湿度低于40%、露点温度低于-10 ℃时,有利于清洁天气的出现.清洁天气下边界层的盛行风向多与冷空气活动有关;污染天气下盛行风向有区域性差别,边界层小风(<3.0 m/s)的风速频率高于90%. ②过程雨量达到中雨及以上量级的降水对PM_2.5具有较明显的清除作用,中雨量级降水对PM_2.5清除速率约为2 h,但优良空气质量持续时间短,平均为15 h;大雨及以上量级的降水对PM_2.5清除率达67.8%,并且优良空气质量可以持续27 h. ③与降水相比,风对PM_2.5的清除作用更为显著.较强偏南风对空气质量有一定改善,但优良空气质量仅持续16 h;大于3.0 m/s的系统性偏北风对PM_2.5清除率高达85.1%,优良空气质量持续长达32 h,空气质量的改善最为彻底.研究显示,PM_2.5与边界层气象要素关系紧密,不同级别的风和降水对PM_2.5的清除程度存在显著差异.      

2012年广州典型灰霾过程个例分析

针对2012年珠江三角洲地区出现的2个典型灰霾个例(3月18~21日,10月13~15日),利用广州番禺大气成分综合观测基地的同期观测资料集,包括:能见度(VIS)、大气颗粒物质量浓度(PM10/PM2.5/PM1)、黑碳浓度(BC)等观测数据,分析过程中的气溶胶物理光学特征;配合过程的天气类型,气象要素和后向气流轨迹等对过程的成因进行综合分析.结果表明:在两个典型灰霾过程中,番禺日均能见度低至5.3km,黑碳浓度小时均值最高达19.0μg/m3、PM2.5浓度小时均值最高达163.0μg/m3,细粒子与黑碳粒子污染特征较为明显.两次典型灰霾过程分别受到冷锋前-均压场-冷锋前天气形势和台风外围-准均压场-冷锋前天气类型等不利于污染物输送扩散的气象条件影响.珠江三角洲地区低能见度的霾天气主要发生在高相对湿度的条件下,并可推断在珠江三角洲地区湿季的气溶胶吸湿能力明显高于干季.