边界层低空急流导致北京PM2.5迅速下降及其形成机制的个例分析

2015年3月17日18:00~23:00北京地区的PM_(2.5)质量浓度快速下降,在此期间并未出现与冷空气活动相伴的强偏北风.本研究分析了导致空气质量迅速改善的原因,结果表明边界层急流起着关键的作用.随着边界层内偏南风速增大,大气的通风量增大,污染物浓度降低.急流发展也加大了边界层内水平风的垂直切变,从而导致湍流增强和混合层增厚.此外,3月17日20:00在混合层顶附近出现气旋性地转涡度,Ekman抽吸的方向为垂直向上,于是底层的污染物就被带到高空并随强劲的西南风输送到下游.边界层急流的发展与惯性振荡和大气的斜压性有关.     

气溶胶激光雷达在大气环境监测中的应用

文章基于不同城市环境空气质量变化特征分析,对气溶胶激光雷达在大气边界层高度测定、重污染天气、烟花爆竹燃放和沙尘天气高空中气溶胶粒子特性及垂直时空演变等应用结果进行了分析.结果表明,气溶胶激光雷达能进行垂直/走航扫描、水平扫描、剖面扫描和锥形扫描,对垂直高空大气分析效果较好,消光系数、退偏振比能较好的表征其粒子特性.另外...     

基于CMAQ模式产品的福州市空气质量预报系统

利用CMAQ(Community Multiscale Air Quality Model)模式预报产品和福州市2007年1月至2010年6月大气污染物的观测资料以及常规地面气象观测资料,根据动力-统计相结合的预报方法,通过多元线性逐步回归,建立不同天气系统下CMAQ模式产品和多类预报因子相结合的日污染物浓度预报模型.结果表明,影响福州市的天气系统共分为大陆高压、副热带高压、切变、暖区辐合、高空槽、台风和热带辐合带7类天气型.在暖区辐合、高空槽和大陆高压控制下,福州市的空气质量较差,而副热带高压和台风系统影响时,福州市的空气质量最好.日污染物浓度预报方程置信度均为P=0.000,模型有统计学意义.利用模型对2010年7~12月福州市各污染物浓度进行预报效果回代检验,模型对PM10的污染指数等级预报正确率达到了71.3%,对SO2和NO2的级别预报正确率达到了100%,日预报综合评分平均达88.8分.     

系好安全带!气候变化加剧飞机颠簸

<正>《大气科学前沿》2017年4月6日根据刊登在国际期刊《大气科学前沿》上的一篇最新研究,由气候变化引起的大气湍流强大到足以将机组成员和乘客颠簸至离开座位。该项研究首次对飞机未来可能发生的严重颠簸进行了研究,气流会导致飞机随机地进行强于重力的上下运动。乘客被迫要一直     

基于微波辐射计和风廓线资料建立AQI预报

利用气象部门的常规和非常规(微波辐射计和风廓线)气象观测、环境监测中心站提供的空气质量监测,研究了空气质量指数(AQI)与气象要素的关系,在此基础上用多元线性逐步回归方法建立了AQI的统计模型,并结合气象预报的客观数值产品与主观订正产品,进行了苏州AQI预报。结果表明,常规和非常规气象要素与AQI有显著的相关性,其中微波辐射计和风廓线探测的大气垂直方向上的相对湿度、水平和垂直风速、上下层温差、以及物理量指数(A、I指数)与AQI显著负相关;建立的模型预报结果与AQI实况之间具有显著的正相关关系,模型预报在一定程度上改善了48 h主观预报效果,具有一定的参考意义。     

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.      

长江三角洲地区对流层臭氧的数值模拟研究

将NCAR的中尺度天气预报模式MM5和作者开发的化学模式相耦合,建立了一个中尺度区域空气质量模式.利用该模式选取了2个典型个例研究了长江三角洲地区的区域臭氧化学问题.本研究的目的是利用模式再现并描述长江三角洲地区的大气物理化学过程,结合地面观测资料进一步定量分析控制该地区臭氧浓度的物理和化学因子.通过个例模拟和分析表明,模式基本反应了长江三角洲地区的大气物理化学过程,进一步的因子分析解释了模拟区域内1999 06 18(个例2)臭氧浓度普遍比1999 08 07(个例1)的臭氧浓度高的原因.模拟结果表明天气条件决定的大气动力过程对区域空气质量起着至关重要的作用,这也是个例2区域臭氧浓度普遍偏高的最主要因素之一.分析表明,物理因子(平流输送,垂直湍流输送)的作用和化学因子的作用同样重要.同时还做了模式参数的敏感性实验研究,并对中尺度云雨化学模拟及其对臭氧化学的影响做了初步研究.     

大气消光系数垂直分布模型及其适用性研究

大气消光系数垂直分布模型是利用卫星反演近地面颗粒物质量浓度的关键技术环节,同时也是分析边界层湍流场结构的重要途径,但其适用性问题至今尚不清晰.基于Logistic曲线模拟大气消光系数廓线的初步研究成果,结合太阳光度计（CE-318）观测的大气光学厚度（AOD）资料以及近地面能见度数据,提出了大气消光系数垂直分布Logistic模型的参数计算方法.针对成都市2013年6月~2014年5月期间的实例应用结果表明,在不稳定和中性层结条件下,Logistic模型和目前通用的负指数模型对大气消光系数垂直分布的模拟效果总体相当;但在持续稳定层结条件下,Logistic模型的模拟效果则显著占优.进一步分析指出,大气消光系数垂直分布Logistic模型更优的适用性主要在于其对近地层大气消光的复杂垂直形态具有良好的表征能力.     

环珠江口近地面夜间臭氧上升现象：基于垂直观测的两个个例研究

利用广州塔的O₃观测资料、风廓线雷达和转动拉曼温廓线激光雷达探测的垂直环境气象等观测资料,结合ERA5的近地面风场,对2017年5月6—7日(Case I)和2019年10月1—2日(CaseⅡ)两个典型个例从垂直混合与水平输送的角度进行特征与成因分析.O₃的垂直观测结果表明,夜间残留层可储存日间混合层内的高浓度O₃气团.从垂直混合与水平输送的分析结果表明,残留层O₃的垂直混合及高浓度O₃气团的水平输送是夜间地表O₃的重要来源：夜间存在垂直风切变或边界层抬升,均可加强O₃的垂直混合;珠三角地区背景风表现为在早上偏北风和晚上转换为偏南风,广州与佛山地表O₃浓度上升最显著.此外,夜间O₃浓度上升事件可造成夜间及凌晨O₃ 8 h滑动平均值持续高值,对空气质量和大气氧化性造成一定影响.     

天津静稳指数建立及在环境气象预报和评估中的应用

基于2014—2015年NCEP再分析资料及天津地区PM_2.5质量浓度数据,构建天津地区静稳指数以期反映大气综合扩散能力,为天津霾、空气质量预报和大气环境气象条件评估提供支撑.研究结果表明：本文构建的静稳指数可作为评估天津地区细颗粒物大气扩散能力的重要指标参数,其建模产品与天津地区PM_2.5质量浓度相关系数为0.62,在评测期间（2016年6月1日—2018年5月31日）,基于EC模式的静稳指数24 h预报产品与天津地区PM_2.5质量浓度相关系数为0.67,1~7 d预报产品与PM_2.5质量浓度相关系数超过0.53,8~10 d预报产品随着时效增加指示能力有所下降,相关系数为0.4左右,但通过显著性检验.对比同期基于GFS资料和WRF/Chem构建的天津中长期环境气象数值模式,其相关系数接近,趋势预报效果相当.同时,由于静稳指数综合了水平风速、混合层高度、相对湿度等多项指标,可以综合反映一个地区大气扩散能力,在大气环境气象条件评估中可发挥积极作用,以同排放源不同气象条件的数值模拟为基准定义细颗粒物大气扩散条件,2013—2018年逐月大气扩散条件同比上年改善的占总样本41%,同比转差的占总样本59%,利用静稳指数对大气扩散条件月同比变化趋势进行判断,识别准确率可达80%.     

大气污染物扩散影响因素及影响程度探究

影响大气污染物扩散的因素很多,一般包括大气稳定度、垂直和水平温度梯度、低空风场引起的平流动力输送、地面粗糙度、湍流运动、雨雾等。这些因素都不同程度地影响大气污染物的扩散,以一定的传输和扩散规律决定大气污染水平的高低,并由此使各局部区域污染程度各不相同。     

建筑扰动条件下大气流动与扩散的CFD模拟

用FLUENT模式对中性大气、单个建筑的气流扰动情况进行模拟,并以风洞试验数据检验模拟效果;将模拟方法应用于类似城市建筑阵列条件的大气污染扩散问题,并且与现场示踪试验比较. 结果表明:FLUENT对建筑扰动条件的平均风场模拟效果良好,FAC2(模拟值与试验值之比在0.5~2之间的比例)在水平与垂直风速下分别达到77.9%与61.0%;对湍流特征量的模拟偏差稍大,K(湍流动能)虽总体偏小,但FAC2仍达到了54.6%. 选择湍流闭合的标准K-ε(ε为湍流动能耗散率)方案、重整化群K-ε方案和雷诺应力模型方案对结果的影响均不大. 采用FLUENT模拟了类似城市街区建筑阵列条件的大气扩散个例, 模拟结果反映了建筑扰动导致的扩散烟流轴线相对于平均风向的非常规偏移,并且扩散浓度与示踪试验结果相符较好,下风向32与63m处的侧向模拟浓度峰值的相对误差分别为72.5%与36.9%. 相比于高斯模式ISC3,FLUENT对复杂建筑阵列条件的扩散模拟结果更符合实际,如污染物向上风向扩散以及在建筑物周围堆积与绕流的现象. FLUENT扩散模拟还显示:近源处相邻建筑街道峡谷中的最大浓度沿下风向“阶跃”式减小,排放源所在街道峡谷中的最大浓度可比相邻街谷中的高几倍甚至1个数量级以上.      

2014—2016年四川盆地重污染大气环流形势特征分析

利用2014—2016年四川盆地7个主要城市国家环境空气监测子站资料,结合2015—2016年MICAPS常规气象数据、NECP和ERA Interim再分析资料,统计分析四川盆地细颗粒物（PM_2.5）浓度时间分布特征及重污染期间的气象要素和环流背景.结果发现,2014—2016年四川盆地大气重污染主要发生在冬季,重污染日数分别为41、30和16 d,呈逐年降低的趋势.大气重污染期间,温度廓线出现多层逆温,逆温层大多出现在近地面925 hPa以下和700~600 hPa之间.四川盆地大气重污染主要对应两种环流形势,一种为500 hPa高空盛行西风气流,850 hPa高空等值线稀疏,另一种为四川盆地受到500 hPa高空槽后西北气流控制,地面为弱高压.以上两种环流形势下,四川盆地850 hPa高空附近气压梯度小,污染物不易扩散,导致重污染天气发生.本研究结论可为四川盆地大气重污染预报预警提供科学依据.     

风廓线雷达在北京地区一次强沙尘天气分析中的应用

基于北京地区逐小时风廓线雷达数据、大气成分观测数据以及地面常规观测资料对2017年5月3~7日一次沙尘天气过程进行了研究.结果表明：受蒙古气旋影响,全国多地出现空气质量严重污染,其中北京PM₁₀浓度达到严重污染级别时间超过30h.通过对边界层内水平风场、垂直速度以及大气折射率结构常数等要素进行分析,研究发现沙尘爆发前,边界层内出现平均风速达到14.8m/s的西北急流核,该急流核的建立有利于将高层沙尘粒子向近地面传输,而沙尘爆发阶段边界层通风量较前期增加31.6%,中低层的通风量逐渐占据主导地位,使近地面PM₁₀浓度出现爆发性增长.此外,整个沙尘天气过程中,以弱下沉运动为主,垂直速度在1m/s以下,而沙尘天气爆发前,边界层内出现强烈垂直下沉运动,达到5.3m/s.同时,大气折射率结构常数出现1.0×10^-16的高值中心.二者均先于地面污染物浓度的变化,预报时间提前量为8~9h,可为今后沙尘预报提供一定参考.     

大气气溶胶多层结构的激光雷达探测

目的探测大气气溶胶的垂直分布,表征气溶胶的垂直结构和各层气溶胶的性质。方法使用金华站点激光雷达观测数据进行个例分析,用梯度法对边界层进行反演,利用退偏振比、颜色比和光学厚度对大气中不同高度的气溶胶层进行分析。结果大气垂直结构会出现多层不同性质的气溶胶层,激光雷达可以准确地探测气溶胶随时间变化的垂直结构特征。选取0点至8点进行分析表明,在1.5km高度上下出现两层气溶胶层,上下两层气溶胶层呈现出不同的性质,且其性质会随时间变化而改变。结论大气边界层以外气溶胶分布较为复杂,利用激光雷达探测的气溶胶消光系数、退偏振比、颜色比和光学厚度等参数能够较好地表征气溶胶的垂直结构和各层气溶胶的性质。     

广东西部地区的湍流强度及大气扩散参数探讨

在广东省西部的茂名市石油化工公司所在地区采用追踪平衡球的双经纬仪观测和美制三轴风速仪观测．分别测定了该地区拉格朗日系统和欧拉系统的湍流脉动量。然后根据不同参照系的泰勒公式，分别计算出水平及垂直湍流强度和大气扩散参数σy、σz并与PG法之计算值和BNL实验结果比较，得出一些有实用意义的结果。     

基于MOS的杭州秋冬季空气污染预报和霾诊断

利用由数值预报模式WRF和辨识理论实时迭代统计方法RTIM组成的MOS方法对杭州市2013年2~3月和11~12月期间的空气污染物日平均浓度做预报,预报值与实测值之间相关系数都超过0.75 ,PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 24h平均浓度和O3 8h平均浓度分类预报临界成功指数(CSI)分别为89%、87%、100%、93%、100%和100%,命中率(POD)分别为93%、95%、100%、100%、100%和100%.分析表明,研究期间杭州地区气溶胶以细颗粒为主.根据PM2.5浓度、相对湿度及能见度预报值做霾日分类预报,临界成功指数为89%,命中率为93%.说明该MOS系统对污染物浓度及霾天气预报性能良好,可以为业务化预报提供参考.     

大气自净能力指数的气候特征与应用研究

为了定量地评估污染气象条件对空气污染的作用并实现对空气污染潜势的预报,本文在城市大气污染数值预报系统（CAPPS）预报原理的基础上,定义了大气自净能力指数,并分别给出了采用气象站观测资料和通过数值模拟计算大气自净能力指数的方法.基于气象站观测资料的全国大气自净能力指数分析计算表明,全国大气自净能力最差的地区分布在四川盆地和新疆塔里木盆地,大气自净能力最强的地区分布在青藏高原、蒙古高原、云贵高原、以及东北平原和三江平原、山东半岛和海南岛;1961~2017年,京津冀、长三角和珠三角地区的大气自净能力指数呈下降的变化趋势,全年低自净能力日数呈上升的变化趋势.采用大气自净能力指数评估2014年北京APEC会议期间大气污染防控效果,表明在11月8~10日极端不利扩散气象条件发生时,减排措施使北京市空气质量AQI平均降低77%,使京津冀平原地区11个城市的空气质量AQI平均降低37%.基于国家气候中心月动力延伸气候预测模式（DERF2.0）的预报产品和中尺度模式（WRF）,建立了可以预测全国未来40d逐日大气自净能力指数的延伸期-月尺度大气污染潜势预测系统,回报实验表明,在大多数情况下可以提前15d预报出大气重污染过程;月尺度的大气重污染过程预报效果更大程度上取决于月动力延伸气候预测模式（DERF2.0）的预报准确率.     

基于GRAPES模式佛山市臭氧污染气象指数的构建和预报

选取2017—2018年佛山市空气质量监测资料、地面气象观测资料和ECMWF再分析资料,得到对臭氧污染天气具有指示意义的气象因子,从GRAPES模式可预报性出发构建适用于佛山市干季和湿季的臭氧污染气象指数（OWI）,并对OWI进行预报评估检验.结果表明：干季地面气象要素对区分佛山市臭氧污染和清洁天气的能力更强,出现臭氧污染时往往气温高、地面为弱北风;850 hPa风速较小,高空主要受副热带高压影响.湿季高空气象要素区分臭氧污染和清洁天气的能力更强,出现臭氧污染时往往850 hPa风速较小,850 hPa与地面风场垂直切变较小,多数情况下500 hPa呈辐散形势或700 hPa为下沉运动.综合考虑上述要素构建的臭氧污染气象指数可较好地反映臭氧浓度变化趋势,当OWI超过阈值（干季12.0、湿季10.8）时,出现臭氧污染事件的可能性较大,在湿季该指数区分臭氧清洁天气和污染天气的差异性较干季更显著.基于GRAPES模式预报的OWI与臭氧浓度实况呈正相关关系,相关系数在0.5～0.6之间,能较为有效地预判臭氧污染过程发生、发展和消散的不同阶段;其阈值具有较高的预报参考性,24 h预报性能尤为理想...     

环境空气动力学

X169 200100687山区盆地大气湍流特征与污染扩散的数值试验/吴涧(南京大学人飞科学系)…//环境科学学报/中科院生态环境研究中心一2000,20(5)一554-557环图X一9 运用三维非挣力大气动力学数值模式,模拟了稳定、中性和不称定3种层结下山区盆地的大气湍流和污染扩散待征。通过模拟认为,在山区复杂地形条件下,由风切变引起的机械湍流是湍流运动的主要形式之一,它主要受风速的影响。同时,在非中性层结下,热力湍流也是湍流运动的主要形式之一。由于地形复杂和层结变化,使得污染扩散与平原地区有较大差异,在稳定层结条件下可以产生高浓度的污染。…