山谷地带城市冷热岛及其影响初探

本文利用华北某城市现场实测资料,对实测到的谷地上空“冷岛"的形成机制进行了研究,借助于二维数值模拟,分析了城市冷热岛对山谷地带坡风环流和污染物浓度分布的影响。结果表明:城市热岛在晚间出现则可以加速坡风环流,加之逆温层存在,不利于污染物输送;白天冷岛的出现,加强坡风环流,有利于污染物的扩散和输送。      

海风环流对上海一次臭氧污染过程影响的数值模拟研究

本文针对上海2017年夏季的一次臭氧污染过程,利用WRF-Chem模式模拟了海风环流在臭氧输送、聚集和消散过程中所起的作用.结果表明,白天的海风在沿海区域对500 m高度以下的近地面大气起到清洁作用,但海风环流上支离岸气流也会将海风辐合带的高浓度臭氧输送回到近海的边界层中上部,同时,海风环流和热岛环流的加强效应有助于臭氧前体物（VOC和NO₂）在辐合带和近海边界层中上部的聚集,从而加快生成臭氧的光化学反应,进一步地加剧臭氧高值区的臭氧污染.在此基础上设计的敏感性实验分析了城市化和海温的贡献.结果发现,城市化会加重上海地区边界层上部的臭氧污染,白天城市热岛环流对海风环流存在正向叠加作用,增强近地面的向岸风;而海温升高会削弱海风,对臭氧的分布产生很大的影响,进一步证明海风环流在臭氧分布的变化中起到了重要的作用.     

北京及华北平原边界层大气中污染物的汇聚系统--边界层输送汇

由地面、3个大气压风带(1000,925,850hPa)、气压场、温湿廓线、能见度、暖湿平流以及激光雷达,航测分析,提出太行山山前、燕山山前输送汇。输送汇及其摆动常造成华北平原及北京地区区域大气污染物汇聚,是形成重污染区的主要形式。输送汇配置各类风向风带区,冬秋季节多为区域性短而浅的边界层输送风带,夏季多为天气尺度型的、远而厚的边界层输送风带。弱气压场或均压场背景下地方性山风及山前串状城市热岛群形成的热力性、动力性低压环流,是输送汇形成的主要原因。      

珠江三角洲大气边界层特征及其概念模型

根据珠江三角洲地理环境、气候背景和边界层气象特征的分析,建立了珠江三角洲大气边界层概念模型.模拟结果表明,珠江三角洲大气边界层主要受来自南海暖湿气流和来自北方跨越南岭干冷气流相对强弱以及珠江三角洲上空下沉气流的控制此外,当大范围系统风较弱时,珠江三角洲大气边界层还受局地海陆风、城市热岛环流和山谷风的共同影响.     

海南岛地区大气输送和扩散特征的数值模拟

采用中尺度气象模式WRF及风场诊断模式CALMET,结合轨迹分析和拉格朗日随机游走模拟方法,分析了海南岛地区低层大气中尺度水平输送和扩散特性,并计算了各季平均大气扩散模态.结果表明,该区域大气污染物的扩散和输送主要受到大尺度背景环流、海陆风等局地环流及地形绕流等的影响.海陆风局地环流是沿海城市源排放的大气污染物向海南本岛输送和扩散的主要机制.北部城市海口的大气扩散对岛内影响最大,冬季平均影响范围可覆盖西北半部;春、秋季主要影响西北和北部区域;夏季对本岛的影响仅限于北部沿岸.南部城市三亚的大气扩散对岛内影响较小,秋季向西南海面的扩散对本岛几乎没有影响;冬、春季对三亚以西沿岸的影响有所增加;夏季扩散影响全面指向岛内,并因地形的作用而东、西向大角度扩展,影响海岛南部的大部分沿岸地区.西北部昌江的平均输送扩散方向与当地海岸线的走向基本一致,污染影响不易深入到岛内.其中,秋季扩散影响以偏西南方向为主,仅对昌江西南部分海岸有少量影响;冬、春季扩散形态类似但影响范围扩大到以东方市为代表的低山盆地地带;海岛西北部大部分沿海地带可受到昌江夏季扩散的影响,但平均扩散方向指向东北偏北的海面.     

内陆城市热岛与湖风环流耦合特性研究

为探究湖泊等大型水体对内陆城市大气环境的影响,本文运用数值模拟的方法,引入KRB坐标变换,建立内陆城市热岛与湖风环流的模型,对比水箱实验验证数值模型的精确性,探究不同内陆城市湖泊面积和城-湖中心距大小对城市热岛影响,模拟结果表明：湖泊面积越大,近地面城市热岛羽流的偏移量越大,而当城-湖中心距增大的时候,近地面城市热岛羽流的偏移量则减小.在湖泊靠近城市时,湖风与城市气流协同作用产生较强的环流,对城市热岛羽流产生偏转作用;在湖泊远离城市时,湖风与城市上空气流发生对抗作用,并绕过城市热岛羽流顶部,与城市上空的分散流协同,在背风面产生增益效果.     

基于地基遥感资料的厦门市污染边界层特征分析

城市大气边界层是影响城市环境气象的重要研究对象,本研究利用新型地基遥感数据针对城市颗粒物污染过程开展边界层特征分析,旨在利用风廓线雷达和微波辐射计等高时空分辨率的遥感数据探讨边界层内大气运动、温湿条件的变化与近地面污染累积的关系.结果表明:厦门地区颗粒物污染过程中,边界层内弱风层厚度较地面风速而言更能够代表边界层内扩散条件的变化,可以更好地表征和预测近地面污染的变化;在局地累积的污染过程中,边界层内存在较厚的弱风层,同时2 km以下的风场有明显的风向转变特征,导致边界层内不存在有效的传输和扩散,另外,污染时边界层垂直温差可以在一定程度上反映干季的垂直扩散条件,0～3 km温差与PM_(2.5)浓度有着密切的联系;冷空气过程有将上游污染物向本地区输送的可能,城市边界层在东北大风的条件下伴随着显著的垂直下沉运动,有利于上空污染向下扩散.多源地基遥感数据联合分析能够进一步解释城市边界层内气象条件对于城市大气污染变化的影响,集合各设备的探测优势开展城市宜居和污染气象条件研究具有较高的科学性和可行性.     

下垫面输入资料对深圳气象场及大气扩散能力模拟的影响

区域气象模式的输入资料更替相对城市化发展的实际态势存在滞后,使得空气质量预报模型受气象场模拟性能限制而难以准确预报污染事件.本文以深圳市的WRF模拟为例,对模式土地利用输入资料、城市冠层输入参数进行改进,通过提高气象场的模拟能力,探究下垫面输入资料对深圳气象场及大气扩散能力模拟的影响.结果表明,土地利用输入资料的更新使得城市建成区类型格点模拟温度在1月下降了0.05℃,在4、7和10月分别上升了1.1、0.4和0.5℃;风速在1、4、7和10月分别下降了2.3、1.8、1.9和1.8 m·s^-1;相对湿度分别下降了16.1%、9.0%、14.4%和6.5%;感热通量分别升高了85.3、73.6、134.8和65.6 W·m^-2;潜热通量分别下降了65.9、39.5、118.3和45.7 W·m^-2.土地利用输入资料更新后,深圳市扩散指数在空气质量为"优"、"良"、"轻度污染"时段内,分别下降了约25%、20%、30%,风向变化因子分别约有5%、5%的降低和20%的升高;输入城市冠层参数后,扩散指数分别下降了约25%、15%、5%,风向变化因子分别约有5%的降低、5%和5%的升高.土地利用输入资料的更替和城市冠层参数的输入带来模拟能力的改进,更好地重现了一些复杂的边界层热动力结构,包括典型污染日午后深圳市上空南侧上升、北侧下沉的城市热岛环流和近地面的海风局地环流.     

北京市秋冬季大气环流型下的气象和污染特征

分析了北京市2013~2018年秋冬季（即当年11、12月和次年1、2月份）11种环流型的地面和垂直气象特征,归纳出5类大气环流条件,探讨了不同环流型下北京地区的大气传输规律以及环流型与北京PM_2.5污染之间的关系.在5类大气环流条件中,第I类（含北（N）、东北（NE）环流型,天数占比28%）和第Ⅱ类（含西北（NW）、反气旋（A）环流型,占33%）有利于传输扩散,以西北风为主,风向较稳定,风速大,边界层高度高;第Ⅲ类（含东（E）环流型,占7%）传输扩散条件居中,边界层内以东南风为主,风向变化大,风速中等;第IV类（含西南（SW）、西（W）、南（S）3种环流型,占12%）和第V类（含东南（SE）、均压（UM）、气旋（C）3种环流型,占20%）均不利于传输扩散,边界层内以偏南风为主,风速较小,边界层高度低,低层逆温较强,第IV类近地面风向较稳定,而第V类则风向变化大.不同环流型下气团传输至北京的路径存在差异,对北京空气质量产生潜在影响的周边地区随之发生变化.大气环流型与北京市秋冬季PM_2.5污染紧密关联,SW、UM、C、S和W是北京地区最易发生PM_2.5污染的环流型（平均污染发生频率>75%,平均重度以上污染发生频率>42%）,而在N、A、NE和NW环流型下污染发生频率最低.研究期间,PM_2.5污染极端严重的月份存在UM环流型占比显著增加的共同特点,而PM_2.5污染水平最低的月份N环流型占比增加近一倍.此外,PM_2.5污染变化相对于环流型变化存在一定的滞后性.     

北方某些城市秋季夜晚烟雾弥漫现象分析

主要对我国北方某些城市秋季夜晚烟雾弥漫现象的成因加以分析 ,即效区农民焚烧农作物秸秆和城市热岛环流现象和逆温现象的影响 ,并简单提及了相应的解决办法。     

城市边界层大气扩散规律的研究

在北京北郊气象铁塔(325m高)的160 m高度上释放平衡气球,用双经纬仪定位的方法得到拉格朗日表示法的风速脉动资料.分析了气球运行轨迹特征以及地形风与热岛环流叠合的复合环流.用相继释放的两个气球的轨迹计算了水平扩散参数σy.发现扩散曲线在一公里左右发生转折,这反映了城市和郊区两种边界层特征.以一公里为界,将所得湍流资料分成前后两段,每段资料用滑动平均方法计算σy.计算出来的属于城市和郊区边界层的两条σy随距离而变的曲线有明显的不同.若将两段资料合并则可计算一公里以远的σy.无论两段资料的个数相同或不相同,得到的σy随距离变化均具有一公里以远的边界层特征.这说明城郊区的非均匀性对湍流高频段影响显著.而低频部分则受大尺度非均匀性的影响.似乎是其发展趋势决定了扩散的特性.此外还发现Pasquill的大气稳定度分类方法中.用160m高度的风速比用地面风速得到的高空扩散规律更符合实际.     

北方某些城市秋季夜晚烟雾弥漫现象分析

主要对我国北方某些城市秋季夜晚烟雾弥漫现象的成因加以分析，即效区农民焚烧农作物秸秆和城市热岛环流现象和逆温现象的影响，并简单提及了相应的解决办法。     

垂直切变风场中大气污染物输送扩散的分层模式

应用分层处理法,将大气边界层中水平流场有明显转折的层次定为分界层,建立了污染物输送扩散的分层模式。研究结果表明,当上、下层流场一致时,本模式的解与传统模式基本一致。而当上、下层风向不一致时,污染物的横向散布范围被加大,地面污染轴线将随着距离增加逐渐向下层风的下风向偏移。     

上海市某厂烟羽扩散参数研究

对高架源浮升烟流的抬升及大气扩散参数的研究是探讨污染物在大气中输送扩散所必不可少的依据。上海市下垫面的复杂性及其明显的城市热岛及海陆风效应,严重影响着市区上空大气的热力和动力湍流状况。因此,实测市区大气湍流扩散特征具有重要意义。我们用红宝石激光测烟雷达对市区某厂58米高的烟囱烟羽进行     

基于遥感的北京市城市化发展与城市热岛效应变化关系研究

下垫面改变、大量人为热排放及城市区域本身的温室气体排放是导致城市热岛产生的主要原因,城市规模则决定了城市区域热岛效应的影响规模与强度,进而影响区域空气中污染物的扩散.利用1978年以来不同时段的遥感影像对北京城市用地、绿地、归一化植被指数、城市热岛区面积进行了监测,分析了北京市20余年来城市规模的变化及空间布局特征、城市绿地变化、城市热岛效应及其相关关系,旨在为城市合理布局,改善环境状况提供基本信息.结果表明,北京市20余年来城市热岛区面积增长明显,2000年以来四环内由于绿地面积增长、城市结构日趋合理,城市热岛有减缓的趋势.      

用三维平流扩散模式预测滇池地区氟化物污染

根据包含有PBL湍流统计量的三维物质连续方程,作者设计了一个同时考虑大气参数的时空(三维)变化、多个连续污染源、线性的化学转化和迁移以及复杂地形影响的三维平流扩散模式,并将滇池地区整个PBL内连续实测的湍流统计量、拉氏时间尺度、中尺度流场和混合层厚度直接输入模式,对山谷风、湖陆风和城市热岛(昆明市)中尺度局地环流控制下的氟化氢浓度的日变化作了预测。结果表明,在输入同一资料情况下,预测的结果与实测值大体上一致。     

城市地区空气污染的数值模拟

本文运用电像法,把一个求解输送扩散方程的二维伪请模式发展成三维模式,尝试把高斯模式和数值计算模式结合起来运用于数值模拟。本文对水平风场内插方法进行了发展。摸拟结果表明:本文建立的一套模式是有效的,能够成功地摸拟污染物在城市地区的输送扩散行为。      

基于无人机探空和数值模拟天津一次重污染过程分析

污染发生在边界层中,边界层热力和动力垂直结构对重污染天气形成有显著影响.本文基于无人机探空、地基遥感观测和数值模式,开展天津地区2019年1月10~15日重污染过程期间边界层垂直结构及污染成因分析,以期加强北方沿海城市边界层过程对重污染影响规律认知,提升重污染天气预报预警准确率.结果表明：大气温度层结对重污染天气形成、持续和消散有显著影响,此次过程伴随逆温层的发展和消散,PM_2.5高浓度区白天向大气上层发展,高度可达300 m以上,夜间向近地面压缩,高度在100 m左右;雾天气出现并在白天维持,改变了边界层垂直结构特征,雾顶逆温的持续存在抑制了污染物向大气上层扩散,使得白天湍流垂直混合过程贡献明显下降,导致近地面重污染天气维持和发展;过程期间区域输送贡献率为66.6%,边界层垂直结构与重污染天气区域输送密切相关,区域污染物输送高度主要出现在边界层顶部以及雾顶逆温层以上的大风速层处,且随着边界层和雾顶抬升高度的变化,通过下沉运动影响地面,形成北部弱高压天气控制下静稳天气区域输送;边界层垂直结构影响冷空气对空气质量的改善效果,S3阶段雾顶的强逆温导致冷空气无法通过湍流切应力传导到地面,在高低空存在明显的风速差,冷空气影响地面时间延后,作用减弱,重污染天气无法彻底缓解.     

复杂地形上流场和浓度场的数值模拟应用于环境空气影响评价

利用数值积分方法求解复杂地形上三维大气热力－－动力学方程组以及扩散方程，模拟复杂地形上的流场和污染物浓度场情况，并与现场污染物和污染气象测试结果比较分析，模式计算结果与观测结果基本相符。将该模式应用于扩建工程环境空气影响评价，使评价结果更趋合理，准确，该模式能够反映复杂地形上不同大气稳定度下的污染物输送，扩散规律，因此可作为解决复杂地形上空气污染物扩散的实用方法。     

谈谈城市低空风的一般规律

掌握城市上空风的分布与变化的一般规律,既可以为建筑部门提供风压数据资料,又能给有关工厂计划调配燃料,减少有害物质和有毒气体的排放提供依据.对于环境保护部门制订控制污染物排放标准来说,也是一个很有现实意义的问题.气象学中通常把地面到1000米这一高度层,叫做大气边界层.就城市上空而论,由于受到工业与交通运输的发展,人口稠密集中的影响,加上成群耸立的建筑物形成的地表下垫面结构,使得这一层呈现出许多特殊的性质,我们称它为城市边界层.众所周知,城市中风对于污染物质的稀释和扩散起着重要作用.风速的大小决定污染物的水平输送和迁移速度,而不同的风向则影响了污染物的飘移传送方向,因而,世界各国都很重视城市边界层内低空风