湖北省近年11次典型霾过程的气象要素和大气环流特征分析

利用湖北省85个气象台站2004~2013年逐日能见度资料,结合站点比例和持续天数,确定冬季典型霾过程。利用地面气象要素资料和美国国家环境预测中心及国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料数据,采用合成、相关和t检验方法,分析了霾过程发生时的气象要素和对流层中低层大气环流特征。结果表明,地面气象要素中相对湿度和最高气温与霾现象关联最佳;东亚大陆海平面气压降低、季节性北风的减弱和中国东部500hPa的高压异常等因子为霾过程的维持提供了气象条件。线性回归结果表明,地面气象要素和大气环流对霾天气都具有重要的影响。典型霾过程超过3/4的方差可以由这两种气象条件解释。     

1970~2009年安徽省大雾气候特征分析

为了弄清安徽省大雾时空演变规律,利用安徽地面气象站1970~2009年40a的气象观测资料,对安徽省大雾的气候特征进行了系统的分析。研究发现安徽省大雾具有显著的年代际、季节性和区域性变化特征,结果表明:(1)年代际变化,安徽省雾日数在80年代达到最高,由于城市发展和气候变化的影响,雾日数不断减少。同时,雾生时间年代际变化不大,而雾消时间则不断后延,直接导致雾的持续时间不断增加,40a间雾的持续时间增加将近1h;(2)安徽省大雾四季特征分明,空间分布不均。冬季是安徽大雾的高发期,大雾日数最多,持续时间最长,雾中最小能见度最低,雾的影响最为严重。在夏季,大雾日数最少,持续时间最短,雾中最小能见度最大,雾的影响最弱;(3)空间分布上,皖北和皖南山区雾日数和雾的持续时间都较长,雾中最小能见度都较低。而在中部地区则相反,雾的影响较弱。     

气象因子与地理因子对长江三峡库区雾的影响

为研究长江三峡库区气象因子与地理因子对雾情(能见度)的影响程度,定量描述以厘定影响雾发生的主要气象因子和地理因子,为能见度监测预报提供科学依据。选用2011~2012年长江三峡航道湖北宜昌至重庆宜宾段29个人工观测雾情台站资料和12个能见度观测仪资料,首先采用判别分析法寻找不同月份对雾情等级影响较大的气象因子,进一步采用通径分析法对量化的雾情资料分析地形地貌及气象因子对其的直接、间接影响程度。结果表明:常规气象要素对判断站点中雾和大雾的符合率在50%以上。风速、温度和湿度是影响秋末和冬季雾情等级的最主要气象因子。气象要素中的1 000 hPa湿度对能见度值的直接作用最大,通径系数为-0.518 2,而地理要素中山体与河面的落差对雾的滋生有间接作用。     

济南市雾霾特征分析

利用1961-2013年济南市6个地面气象观测站的气象观测资料,分析了济南市雾霾的变化规律和分布特征。结果表明:全市大雾日数随年代变化总体上都呈波动下降的趋势,全市霾日数随年代变化呈"升-降-升"的趋势;全市各站大雾日数最多出现在冬季,其次是秋季,最少出现在春季;全市各站霾日数最多出现在冬季,其次是秋季,最少出现在夏季;大雾最多出现在黄河以北的济阳,最少出现在东部章丘;霾最多出现在市区,最少出现在黄河以北的济阳。     

武汉地区夏季和秋冬季大气污染的天气概念模型

利用2013～2019年武汉市生态环境局监测数据、L波段雷达探空资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料,对夏季和秋冬季武汉地区污染日的大气污染特征、边界层结构、环流形势、物理量场进行研究,建立了武汉地区大气污染的天气概念模型.主要结论如下:(1)武汉市空气质量具有季节性变化特征,大气污染程度四季分布表现为冬＞秋＞春＞夏.夏季首要污染物是臭氧,冬季首要污染物是PM2.5.(2)比较挑选出的夏季清洁日和污染日的气象要素特征,污染日逆温的平均强度约为清洁日的一倍,逆温底高一般在600 m以下,空气质量一般为轻度-中度污染;静风频率(37.1％)明显高于清洁日的静风频率(2.9％);污染日平均风速小(0.8 m/s),边界层内相对湿度较低.同样比较秋冬季两类天气的气象要素特征,污染日逆温底高低、厚度小,不及清洁日的一半,不利于污染物的扩散,易出现重度污染天气.静风频率(20％)高于清洁日的静风频率(7.5％),风速小(1.6 m/s),污染日边界层内呈明显上千下湿的格局.(3)建立了夏季大气污染的天气概念模型,污染日副高偏弱位置偏东,长江流域易少雨干旱;地面我国东部大范围地区处于均压场中,武汉地区为偏东北异常小风,不利于大气污染物的扩散.(4)建立了秋冬季大气污染的天气概念模型,长江流域环流平直少波动,配合地面弱低压的天气形势和较强的逆温使得大气污染物聚集在近地面.蒙古冷高压强度偏弱,使得入侵我国的冷空气强度偏弱;武汉地区为偏北小风,对雾霾的移除和稀释扩散作用差.该研究结论可供大气污染预测预警研究和环境管理部门大气污染的联防联控参考.     

上海崇明岛近三年PM_(2.5)浓度变化特征与气象条件的关系

利用2011年1月~2014年2月上海崇明岛地区颗粒物(PM_(2.5)、PM_(10))的连续监测资料,研究了PM_(2.5)总体分布、季节变化、日变化及浓度频率分布规律,初步分析了逆温、相对湿度、风向风速等气象要素对颗粒物浓度的影响。结果表明:2011~2013年该地区PM_(2.5)平均值分别为24.7,33.6和28.3μg/m~3,均低于PM2.5的年平均浓度限值35μg/m~3,细粒子污染程度较轻。PM_(2.5)浓度日变化幅度不大,呈微弱的单峰型分布,9∶00左右达到一天中的最大值,15∶00左右达到最小值。PM_(2.5)浓度的季节分布特征明显,呈现出冬季春季秋季夏季,一般情况下5月份PM_(2.5)月均浓度值最高,8月份浓度最低。PM_(2.5)日平均浓度有57.9%达到国家空气质量一级标准,有93.4%达到国家空气质量二级标准,超标率为6.6%。对PM_(2.5)与各气象要素进行分析后发现:PM_(2.5)质量浓度在逆温层结稳定、风速小、高湿以及近地面盛行西北到西风这样的静稳天气条件配合高空西北方向上的外来污染物输送,容易造成高浓度的PM_(2.5)污染。     

重庆市主城区空气污染天气特征研究

利用2003～2008年重庆市主城区大气污染监测资料,分析了轻度污染以上天气的变化特征。结果表明重庆主城区的主要污染物为PM10,PM10浓度具有独特的“双峰双谷”日变化特征;污染天气具有明显的季节特征,主要污染期为秋末到初春;污染天气具有连续性特征,污染天气持续时间尺度主要集中在2～7 d;污染天气过程具有典型的大气环流和天气特征,本地地面天气类型主要以低压或均压场为主,中高纬度高空以纬向环流或西北气流为主,天气以阴天或阴晴相间为主;污染天气过程中本地气象要素变化呈现规律性,地面24 h气压变化总趋势为负变压,24 h变温为正变温,平均相对湿度维持在72%～85%,风速的变化趋势不大,基本维持在1～2 m/s,低层逆温明显。污染天气过程结束时气压明显回升,温度显著下降,相对湿度显著增加。     

苏南地区连续霾及重度霾的边界层气候特征

利用无锡国家基本观测站1981~2011年地面观测资料及南京、上海和杭州3个探空站的温度廓线资料,对苏南地区连续霾和重度霾的地面形势和边界层气候特征进行了分析。结果表明：苏南地区霾日地面形势主要为均压区型、高压底部或入海高压后部型、冷锋前部型、低压倒槽型和鞍型场;根据地面形势场的变化,连续9 d以上霾分4种类型,这4种类型具有不同的边界层结构变化：Ⅰ型苏南地区受两次大陆高压系统的南压（冷空气的过境）,随后分别处于均压区中,该类型逆温层底较低,中层出现逆湿区;Ⅱ型苏南地区受大陆高压底部影响,随着冷空气的南下消退,大陆高压东移入海,苏南处于均压区中,该类型主要以等温层的形势出现,高湿区主要在底层;Ⅲ型随着长江中上游低压倒槽的发展,大陆高压入海后,苏南地区处于低压倒槽顶部,随着冷空气的南下,苏南地区先后受到均压区、高压底部影响,该类型总体逆温强度较弱,逆温层厚度较薄,低层高湿区贯穿于整个连续霾日过程;Ⅳ型主要受西太平洋暖高压、东北冷涡以及西伯利亚冷空气的共同作用,苏南地区随后处于冷锋前部,待冷空气过境后苏南又位于均压区中,该类型逆温强度较强,逆温层顶有逆湿区,逆温层高度越低,地面能见度越低,逆温层强度越强,地面能见度越低;重度霾出现的地面形势主要为均压区、冷锋前部和低压倒槽,重度霾大部分过程逆温层底在近地面,由于本地污染源的排放和外地污染源的侵入,加上逆温或等温层的存在,不利于污染物的扩散,以及底层大湿区,颗粒物的吸湿增长膨大,从而降低地面能见度,形成重度霾     

长江三峡库区极端大雾天气的气候变化特征

为了进一步认识长江三峡库区大雾天气特征,采用线性趋势估计和Molet小波分析方法,研究了库区持续12 h以上和连续3 d以上极端大雾天气气候变化特征,探讨了库区蓄水后大雾天气气候变化的原因。结果表明：三峡库区年平均雾日数呈弱的下降趋势,存在准8、18、32 a的年代际周期振荡。持续12 h以上和连续3 d以上大雾天气有明显增加趋势,分别存在准10、17、32 a和准12、32 a的年代际周期振荡。在蓄水后,库区西段年平均雾日数明显减少、东段略有增加,持续12 h以上大雾年平均日数变化不大,连续3 d以上大雾年平均日数明显减少。库区年平均雾日数的总体减少在很大程度上是受全球气候变暖以及城市化共同影响的结果,没有证据说明三峡库区蓄水对大雾天气有明显影响。     

三峡水库小江夏初水华暴发特征及原因分析

2013年5月对三峡水库小江回水区的水华发生过程进行了连续的动态监测与分析,以期了解水华过程中浮游植物群落结构的变化情况、小江夏初水华暴发特征及其主要的影响因素。期间共鉴定出浮游植物8门80属136种(含变种),以绿藻类为主(35属48种),蓝藻类(10属31种)和硅藻类(18属30种)次之,水华发生后期浮游植物及其蓝藻类的种类数少于初期和中期。浮游植物群落组成表现为蓝藻-绿藻型,且蓝藻门微囊藻占绝对优势,细胞丰度最高可达90%以上。浮游植物数量最高达10⁷cells/L以上,表层水体大于中层和底层水体。水华过程中,总氮处于重富营养水平,总磷处于轻-中富营养水平,不同水层的流速变化规律不同,其中中层与底层水体理化因子的变化特征基本一致,与表层水体有显著差异。冗余分析结果表明,浮游植物细胞总数与蓝藻数量及其微囊藻数量密切相关,与溶解氧、氮磷比等呈正相关,与总磷、流速等呈负相关,氮磷比及流速是水华发生的主要环境影响因素。     

长江山区航道雾的时空分布特征分析

利用长江航道局布设在长江航道沿线重庆段39个人工雾情信号台近3 a的雾情观测资料,详细分析了重庆段航道雾的时空分布特征,并基于以上雾情及整个长江山区航道（宜宾到宜昌）逐里程的经度、纬度、水道宽度、河面弯曲度、河道变化剧烈度、河道支流岔道等6类地理信息因子,采用神经网络方法模拟了长江山区航道雾情综合指数的地域精细化分布。统计结果显示：长江山区航道雾总体上呈现冬多夏少的季节特点,但也有冬少夏多或四季比较平均的情况存在;大多数雾情形成于0～8时,结束于8～12时,其中大雾开始早、结束晚、持续时间长;重庆段航道雾空间分布差异较大,涪陵的蔺市到丰都段、万州的黄花城分布最多,年均大雾30～50次,最少的安坪至夔峡段年均不到5次。模拟结果表明,利用地理信息因子及神经网络法基本可以模拟出重庆段航道雾情分布状况,此方法推广应用,可获取整个长江山区航道雾情的精细化分布,输出结果与航道雾情资料分析及实地考察调研结果在分布趋势上比较接近,但由于试验存在局部误差收敛及因子选择局限性问题,因此模拟结果还不能完全代表航道雾情的实际分布状况,模拟试验还需更多资料及影响因子加入     

1644~1949年长江三角洲地区五种洪涝致灾因子组合特征分析

为研究洪涝灾害中不同洪涝致灾因子组合特征对灾害的决定作用,基于历史文献资料,对长江三角洲地区1644~1949年五种洪涝致灾因子(简称洪涝因子)——连续降水、台风、潮灾、上游洪水以及强降水——分类辨识并逐年赋值统计,得到1644~1949年长江三角洲逐年洪涝因子总值序列。结果表明:(1)影响洪涝的因子平均为1.66个,依据洪涝因子总值序列变化趋势,研究时段可划分为三阶段:阶段一,1644~1718年,三因子与四因子洪涝年多集中于这一阶段,该阶段均值高于全段均值与其它两阶段;阶段二,1719~1864年,该段波动较大,单一因子与二因子洪涝年发生频次较高,该段均值最低,其中单一因子洪涝年以强降水因子的影响为最多;阶段三,1865~1949年,大多出现单一因子与二因子洪涝年,整体波动较小,为较平稳的时段。(2)单一因子洪涝年发生频率最大,以强降水因子出现最多,二因子洪涝年发生频率次之,以连续降水-强降水比例最高,三因子洪涝年以连续降水-台风-强降水为最多,四因子洪涝年出现最多的为连续降水—台风—上游洪水—强降水的因子组合,未出现五因子洪涝年。(3)按灾情影响范围辨识了长江三角洲地区1644~1949年6个极端洪涝灾害年和7个极端台风灾害年,发现极端洪涝灾害年主要集中于阶段一中期和阶段二后半期,包括2个四因子年、3个三因子年和1个二因子年,都与连续降水和强降水有关;而极端台风灾害年多发生于阶段二前半期,多为台风与潮灾共同致灾。     

长江山区航道雾情等级插值方法研究

根据长江山区航道相邻的5个观测站雾情等级及临近地区的气象要素,采用判别分析法,分季节、不同情景建立中间站雾情等级与其余4站雾情等级的判别方程,实现航道上任意地点雾情等级插值。结果表明：当周边2个站及以上观测到雾情时,目标站大多数实际雾的等级能准确推算出;当周边3个站及以上站没有观测到雾情时,目标站雾情插值基本依赖气象要素判断;春季和冬季雾情等级与气象要素高度相关,判别符合率高,而夏季和秋季空报有雾的概率较大。判别分析法也有一定的局限性,雾情等级空间插值还有待进一步研究     

武汉市一次污染过程的局地流场和边界层结构的数值模拟

利用2013年11月武汉市逐日空气质量资料、地面气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和L波段雷达探空资料,通过WRF模式模拟空气污染生消过程中的局地气象条件变化,探讨特殊地形条件下边界层结构变化和局地环流在污染物生消过程中的作用和影响。结果表明：（1）武汉地区当背景环流场强的时候,由地形引起的局地流场对污染物扩散的影响就弱,反之当背景环流场弱的时候, 地形对流场影响明显:夜间为山风,白天为谷风。夜间山风与偏西北气流及偏东气流在武汉及周边地区辐合,形成气流汇聚带,在武汉地区形成一个反复污染带,即由地形引起的局地流场对污染物扩散的贡献就大;（2）武汉地区发生空气污染时,地面湿度较高,边界层呈上干下湿状态,其特征为暖而干且有偏东小风,这导致污染物不断堆积和重污染过程的形成。     

安徽省热对流短时强降水的判别与特征分析

对安徽省2008~2012年5~9月的降水以及气温、地温、日照等要素进行了统计分析,发现午后降水频率明显高于其它时次,在对降水及其他要素进行分类统计的基础上,提出了基于降水特征、午后13时地温、午后13时地温和早上08时的地温差、日照时数的热对流短时强降水的判别方法。基于融合了多重观测资料的LAPS再分析系统得到的中尺度再分析场资料,对2008~2011年5~9月热对流局地强降水进行了比湿、回波、稳定度和能量指标特征统计分析,并对一个典型个例的降水特征、降水成因进行了具体分析,总结了此类降水过程在降水特征、天气形势、湿度条件、大气层结稳定度的特点:维持时间短、强度大,范围小,地面温度高,午后和早上的地温差明显,降水发生前大气不稳定能量较强,中低层风场切变辐合明显。     

恩施州气象站雾日变化趋势及原因分析

选取恩施州8个国家气象站1960~2015年地面气象观测资料,利用相关、线性倾向估计、M-K突变检验等方法对该地雾日变化趋势进行分析,并对雾日变化原因进行初步探寻。结果表明:2000~2015年恩施州各站雾日空间分布较1960~1999年发生了较大变化,SW-NE向带状大值中心被切断,出现了NW-SE向的雾日小值分布带;近56年除宣恩年雾日持续减少外,各站年雾日均在20世纪60、70年代突变后增多,20世纪末期减少并于2012年再次突变,州西南部最先增减、西北部其次、东部最慢,特别是近16年来年雾日显著减少,州北部站点(–40~–20 d·(10 a)~(–1))减少比南部(约–4 d·(10 a)~(–1))快;各站雾日变化和风速均呈负相关,和相对湿度均呈正相关,而气温和降水对不同站点雾日变化的影响则存在差异;近16年恩施州低山山地(恩施、来凤、宣恩、建始)雾日减少主要和气温升高、风速增加有关,中山山地(咸丰、利川)雾日减少主要与相对湿度减少有关。     

A whole-plant mathematical model for the phytoextraction of lead (Pb) by maize

Phytoextraction is a technology that uses plants to remove heavy metals from contaminated soils. Although it is economically attractive compared to other methods, little attention has been paid to the mathematical modeling of the mechanisms involved. In this work, we simulate the phytoextraction of Pb using a mechanistic system dynamics modelling approach and the physiology model of maize (Zea mays) as a model system as it is a good Pb accumulator and translocator. Simulation results showed that precipitation is the most important mechanism related to the uptake of Pb from the ground. The most important model parameters have been identified through sensitivity analysis.