京津冀和长三角地区一次重霾过程气象成因及传输特征

基于气象数据和空气质量数据,研究了2016年12月29日～2017年1月8日京津冀与长三角地区一次大范围重度污染过程的特征及成因.结果表明,均压场、低边界层高度、静小风是本次重污染过程的主要气象特征,重污染过程的结束得益于后期气压梯度变大,水平扩散条件转好.此外,基于WRF-CMAQ(气象研究与预报建模系统及区域多尺度...     

2014—2018年冬季长三角强霾事件及天气形势影响分析

利用2014-2018年环保部空气污染监测资料以及同期NCEP/NCAR再分析资料,统计分析了冬季长三角地区强霾污染过程中大尺度环流背景场及气象要素对强霾污染的影响.结果表明：2014-2018年冬季长三角地区共发生5次强霾污染过程,每年冬季的12月和1月是强霾污染事件发生的高频时期.当大气中相对湿度维持在较高的水平并且维持较小的风速时,更有利于污染物的累积从而导致强霾污染事件的发生.雾霾天气的发生发展与大气环流有着密切联系,在强霾污染过程发生初期,污染物大多伴随冷空气由北向南输送至长三角地区,对流层中层500 hPa的大尺度环流形势多以纬向环流为主.严重污染发生时,长三角地区受平直西风气流影响,对流层低层850 hPa等压线较为稀疏,长三角地区受均压场或高压控制频繁,稳定的大气层结使污染物更易在近地层累积,随后大风伴随冷锋过境将污染物快速清洁导致PM_2.5浓度迅速降低.     

2015年冬季京津冀两次重污染天气过程气象成因

为了分析京津冀地区2015年11月27日~12月1日和12月19日~25日这2次重污染过程,从环流形势、大气稳定度条件、动力条件、水汽条件、近地层风场输送等几个方面对重污染天气的形成机制展开分析,结果表明：这2次重污染天气过程均属于静稳型,津京冀各地重度以上污染时长均超过50%.在大范围静稳形势存在时,过程一期间边界层内的垂直扩散条件较过程二偏弱,过程一期间地面辐合线位置偏北且维持不动,过程二期间辐合线位置偏南且略微南北摆动,导致了2次过程重污染区域和污染增长速率的不同.对北京而言,过程一前期降雪融化提供了有利水汽条件,弱偏南风有利于污染物和水汽的输送,混合层高度持续异常偏低（京津冀平均混合层高度339m）、过程期间伴随弱下沉运动（0~2Pa/s）、多层逆温（且厚度大）造成日变化不明显,地面辐合线在北京中部维持等多重因素,使得污染浓度极高,北京地区PM_2.5峰值浓度达593mg/m³.过程二前期采取了减排措施,能见度和PM_2.5日变化大、污染发展较过程一前期平缓;后期不利气象条件叠加污染排放,导致了PM_2.5爆发式增长,其中邢台PM_2.5峰值浓度达70mg/m³,增长率超过7.2mg/（m³·h）.     

2020年春节期间京津冀及周边地区2次大气重污染过程分析

基于环境空气质量监测数据、天气实况资料、能源与主要大气污染物排放量数据,分析了2000年以来我国主要大气污染物的排放量和能源结构的演变,讨论了我国申请排污许可证企业主要污染物允许排放量空间分布,揭示了2020年1月下旬—2月中旬京津冀及周边地区发生的2次大气重度污染过程的形成原因。结果显示:全国取得排污许可证的企业中,73%的VOCs排放企业、62%的NO_x排放企业、48%的颗粒物排放企业聚集在京津冀及周边地区,密集的排放源为重污染形成提供了充分的污染物和前体物;气象条件对2次典型大气重度污染过程起着至关重要的作用,第一次(1月25—28日)是高压主导型的污染过程,高压抑制了污染物水平扩散,同时大气低层有逆温,抑制了污染物垂直扩散;第二次(2月9—13日)是低压前部型污染过程,由于地面伴有弱低压,并有较强逆温,抑制了污染物扩散;烟花爆竹燃放对PM_2.5浓度的影响基本只有5~10 h,对2次重度污染过程的影响有限。京津冀及周边地区改善环境空气质量任重道远,提出科学的大气污染防治政策,研发适宜的污染防治技术,采取可持续的措施与行动,完善相关标准体系等是真正实现大气环境质量改善的关键。     

京津冀一次重污染过程的成因和来源

2016年12月16~21日,京津冀地区经历了一次大范围重污染过程.本文基于空气质量监测资料及实况天气图分析了此次极端区域重污染事件的天气成因,并利用嵌套网格空气质量预报模式（NAQPMS）对京津冀主要城市PM_2.5污染来源进行定量解析.结果表明：污染前中期500hPa高空为偏西气流伴空中回暖,后期转槽前偏南气流增温增湿明显;对应地面气压逐渐降低,辐合不断增强;垂直方向上,逆温层不断抬升加厚,中低层暖平流明显,风垂直切变小;大气长时间处于极度静稳状态也是造成此次重污染过程的天气因素.污染期间,京津冀各主要城市PM_2.5污染本地贡献占40%~60%;北京市PM_2.5本地贡献为48%,其中16~17日北京市主要受沿太行山东侧的西南向输送通道（邯郸-邢台-石家庄-保定-北京）影响,其后风速减小,北京本地及周边城市贡献增大.     

新冠疫情防控期京津冀重污染气象成因分析

针对2020年2月8—13日新冠疫情防控期间京津冀地区一次持续的区域性重污染天气过程,利用地面、高空气象观测资料和欧洲中心ERA5数据,从环流背景、温度平流变化、地面气象要素和边界层风场分布等方面,分析了本次重污染天气过程的气象成因。结果表明:1)本次过程大气环流稳定,污染前期高空以西北气流为主,10日开始陆续有短波槽东移,850 hPa及以下转为偏南风,地面多次出现闭合低压,气压场整体较弱,天气形势静稳。2)中部地区冷空气活动不显著,大部分时段中低层为暖平流或弱冷平流。逆温出现次数明显偏多,且逆温层厚度和强度均大于南部,污染物不易扩散。3)中部地区地面风力较小,且边界层1 000 m以下风向较不稳定,通风性能差,加之南部污染物输送,导致该地区及周边重污染加强。4)重污染区域与地面辐合线分布相一致,出现在地面辐合线和湿区的北侧。5)对比2014年2月京津冀重污染天气过程,本次过程气象要素更加不利于污染物扩散,但防控减排在一定程度上减弱了污染程度。     

2013-2016年天气形势对北京秋季空气重污染过程的影响

我国北方秋冬季节的空气重污染过程已经成为影响人们生活的重大环境事件,不仅受到公众和科研工作者的广泛关注,也已成为各地各部门政策制订者最为重视的关键问题之一.针对众说纷纭的空气重污染过程的形成机理、治理方案、控制对策等,利用2013-2016年秋季（9-11月）中国环境监测总站公布的逐时空气质量监测数据,重点对北京奥体中心站的空气重污染过程的演变进行了分析.结合中国气象局发布的天气形势分析图,系统地分析了我国4 a来秋冬季节出现大范围空气重污染过程的气候背景.结果表明:秋季我国东北和华北地区出现持续时间长、影响范围广的空气重污染过程,除了排放源的影响之外,天气形势同样起着重要作用. 2013-2016年秋季北京奥体中心的PM_2.5污染状况仍以优良天气为主,其间中度及以上污染的持续时间虽然不长,但其影响[高ρ（PM_2.5）]也不容忽视.秋季北京奥体中心ρ（PM_2.5）日均值超标（二级）日数占25.8%,其中2014年最为严重,超标日数达44 d,占37.4%.通过对空气重污染过程与我国传统节气的对比分析发现,入秋后我国北方首次出现持续48 h以上的空气重污染过程分别是在秋分和寒露两个节气,而最严重的空气重污染过程则出现在寒露和霜降两个节气.从时间序列来看,4 a来北京奥体中心ρ（PM_2.5）没有特别显著的改善,优良时数占60%左右,而中度以上的污染时数则维持在25%左右,但严重污染事件[ρ（PM_2.5）≥ 250 μg/m3]的有效时数则有明显的变化.此外,白天污染物的浓度明显低于夜晚.研究还发现,西伯利亚高压指数的异常偏低往往会导致持续时间长、影响范围广和污染强度强的重度污染事件.      

基于综合立体观测网的京津冀地区污染过程分析

为揭示大气污染的演变规律,推动京津冀及周边地区空气质量的持续改善,针对大气重污染发生—演变—消散全过程的核心科学问题,在京津冀及其周边地区建立大气污染传输通道立体观测网,围绕2017年秋冬季和2018年春、秋、冬三季开展重污染时段和重污染过程的地基和车载走航观测,评估区域大气污染输送和城市间大气污染的相互传输量.结果表明:北京市污染呈明显的区域性特征,春季主要受区域不利扩散条件及沙尘传输影响,秋季主要受西南通道传输影响,冬季主要受西南、南部、东南通道混合层内传输与区域扩散条件不利的共同影响.秋冬季京津冀地区NO₂、SO₂污染物垂直柱浓度整体低于西南、东南和南部输送通道区域,当弱南风静稳天气条件主导时,北京市易受到污染物输送的影响,形成局域污染过程.研究显示,北京市重污染时段外来污染物各类尺度输送通道中,西南通道污染传输为主导,部分时段还受到东南和东部通道污染传输的影响.      

京津冀地区雾霾污染生态补偿标准研究

以京津冀地区雾霾污染作为研究对象,采用京津冀地区2006—2015年雾霾污染的空间面板数据,引入大气污染物减排成本模型,比较了京津冀各地区雾霾污染治理成本高低;继而基于机会成本法,核算了京津冀地区雾霾污染生态补偿标准.结果表明:河北省雾霾治理成本显著低于北京市和天津市,由河北省承担更多的雾霾污染治理任务,能使京津冀地区雾霾污染治理成本达到最小化;在京津冀地区联合治理雾霾污染过程中,河北省因限制工业增长对其经济发展带来负面影响,因此,北京市和天津市应给予河北省相应的生态补偿.最后依据研究结论提出完善区域联防联控机制的政策建议,如成立跨区域联合治理机构,健全雾霾污染生态补偿立法,设立雾霾污染生态补偿专项基金等,以此来促进京津冀地区雾霾污染生态补偿方案顺利实施.     

京津冀地区畜禽养殖业抗生素污染现状分析

为了解京津冀地区畜禽养殖业的抗生素污染情况,对京津冀地区畜禽养殖粪便产生量和抗生素使用量进行估算,结果表明:京津冀地区畜禽养殖粪便产生量在空间上呈西北低、东南高的趋势,这主要由地理原因与地区发展规划造成的;京津冀地区畜禽养殖抗生素使用总量为四环素类>大环内酯类>双萜烯类>磺胺类>β-内酰胺类>氨基糖苷类>氟喹诺酮类,其中四环素类用量远高于其他几类抗生素。通过文献调研分析了京津冀地区畜禽养殖粪便及农田土壤中抗生素的暴露水平,发现畜禽粪便及废水中抗生素的检出率及检出浓度均较高,特别是四环素类检出浓度明显高于磺胺类和β-内酰胺类。在京津冀地区使用畜禽粪肥的农田土壤中已检出抗生素,并且浓度明显高于其他未施用畜禽粪肥的农田。鉴于京津冀地区的抗生素污染状况,建议通过控制抗生素使用,推广堆肥技术提高抗生素的去除率;通过优化京津冀地区畜禽养殖场规划布局等措施,实现畜禽养殖行业抗生素污染的有效控制。     

2014年2月下旬京津冀持续重污染过程的静稳天气及传输条件分析

利用常规气象观测资料、空气质量监测资料、再分析资料和数值模式资料,分析了2014年2月20-26日京津冀地区持续重污染天气过程的环流背景、气象要素特征、静稳天气条件和传输条件.结果表明：2月20-26日,亚洲东部受弱高压脊控制,京津冀及周边地区位于地面高压后部,等压线较为稀疏,气压梯度小,造成地面风速较小;与此同时,混合层高度低,通风系数小和逆温存在,构成重污染天气出现和维持的气象条件,均不利于大气中污染物和水汽的垂直和水平扩散.静稳天气指数对于重污染天气有一定的指示意义,高静稳天气指数通常对应高PM_2.5浓度,且二者变化趋势一致性高;2月20-26日静稳天气指数总体上大于2014年1-3月其他几次污染过程,且在高位长时间维持,造成此次污染过程更严重.此外,传输条件也是京津冀重污染天气的主要成因：地面高压西侧的偏南或偏东气流有助于污染物和水汽向京津冀地区输送和聚集,使能见度进一步降低、污染物浓度进一步升高.     

北京一次重污染过程的天气成因及来源分析

采用天气学分析和GRAPES-CUACE气溶胶伴随模式相结合的方式,探讨了北京市2016年2月29日~3月6日一次PM_2.5重污染过程的大气环流特征、污染形成和消散原因,并利用伴随模式追踪了造成此次重污染过程的关键排放源区及敏感排放时段.结果表明：此次重污染过程北京市PM_2.5浓度存在明显日变化,在3月4日20：00达到污染峰值,观测数据显示海淀站PM_2.5浓度达到506.4μg/m³.形成此次重污染过程的主要天气学原因是北京站地面处于低压中心,且无冷空气影响,风速较弱,逆温较强,大气层结稳定,混合层高度较低,500hPa西风急流较弱,污染物水平和垂直扩散条件差,大气污染物易堆积;此次过程中,500hPa短波槽过境、边界层偏南风急流和冷空气不完全渗透导致了本次严重污染PM_2.5浓度的短暂下降.伴随模式模拟结果表明,此次污染过程目标时刻的污染浓度受到来自河北东北部和南部、天津、山西东部、以及山东西北部污染物的共同影响,目标时刻PM_2.5峰值浓度对北京本地源响应最为迅速,山西响应速度最慢;北京、天津、河北及山西排放源对目标时刻前72h内的累积贡献比例分别为31.1%、11.7%、52.6%和4.7%.北京本地排放源占总累积贡献的1/3左右,河北排放源累积贡献占一半以上,天津和山西分别占1/10和1/20,河北源贡献占主导地位,天津和山西贡献较小;目标时刻前3h内,北京本地源贡献占主导地位,贡献比例为49.3%,目标时刻前4~50h内,河北源贡献占主导地位,贡献比例为48.6%,目标时刻前50~80h,山西源贡献占主导地位,贡献比例在50%以上.     

兰州市大气重污染气象成因分析

兰州市曾经是全国乃至全世界空气污染最严重的城市之一,重度空气污染特征明显.根据兰州市环境保护局公布的大气污染数据及气象局的气象观测数据,采用时间序列法和相关统计方法对兰州市2002—2011年空气污染指数(Air Pollution Index,API)大于200的大气重污染特征进行研究,并探析了其气象学成因.结果表明,静稳型重污染发生天数约占重污染发生总天数的77%,而沙尘型重污染只占23%.静稳型重污染是兰州市最主要的大气重污染类型,它往往存在PM10、SO2和NO2三种污染物同步累积的过程,持续时间长,主要发生在冬季;而沙尘型重污染持续时间短,由于外来高浓度沙尘输送的影响,PM10浓度会急剧升高,而SO2和NO2浓度则会明显下降(SO2、NO2浓度明显低于静稳型重污染),几乎都发生在春季.对它们的成因分析表明:静稳型重污染的气象学成因主要是风速小,稳定能量大,大气环境稳定度大,不利于湍流扩散,本地源污染物持续积累造成;沙尘型重污染气象学成因主要是春季气候干燥,相对湿度低,造成大风沙尘天气,给兰州市输送大量沙尘颗粒形成大气重污染.此研究结果可为兰州市大气重污染的防治提供科学依据.     

基于天气背景天津地区重污染天气特征分析

以天津地区长序列观测PM_(2.5)质量浓度资料为依托,基于天气背景对2014—2016年天津地区重污染天气特征进行分析,并以此为基础评估天津环境气象数值模式(WRF/Chem)在不同天气条件下的模拟效果.结果显示:2009—2016年天津地区重污染天气为341 d,约占全部天数的11.7%,重污染天气主要出现在每年的10月—次年3月,约占全年的82%,重污染天气出现的地面形势主要为锋前低压区、低压槽前、均压场和高压后,4类天气类型占所有重污染天气的73%.同一天气背景下,PM_(2.5)质量浓度模拟值与实况值之间的误差有相似之处,低压槽天气时细颗粒污染浓度模拟明显偏低;冷锋前低压区、华北地形槽和低压过程模拟值略有偏低;高压前和高压底天气模拟值略微偏高;数值模式天津地区重污染TS(Threat score)评分为0.68,漏报与低压槽辐合线模拟位置偏差、冷空气受污染反馈作用影响、小尺度闭合低压区未准确模拟3个因素密切相关;空报主要与冷空气过程影响时间模拟偏差、高压中心位置偏差及其输送通道建立时间影响密切相关.     

珠三角秋季典型气象条件对空气污染过程的影响分析

利用空气质量指数(AQI)、主要大气污染物浓度和气象要素、天气图等数据资料,结合中尺度数值天气预报模式WRF,对2014年10月珠三角地区污染期间的天气形势及气象特征进行了分析.结果表明,WRF模式可以较好地反映珠三角地区主要城市地面和高空气象要素的时空变化,9个城市平均地表的温度、相对湿度和风速的模拟值与观测值的相关系数分别为0.90、0.87和0.78.对2014年10月3次污染过程的分析表明,造成该时段珠三角地区空气污染的天气形势主要是高压底部型和均压场型.静风或小风(2 m·s~(-1))及稳定的大气层结均不利于污染物的扩散,同时由于偏北气流输送周边污染物到珠三角地区,导致污染物浓度不断增加.相对湿度低于65%时,珠三角地区首要污染物以O_3为主;相对湿度高于70%时,PM_(2.5)浓度逐渐增加,成为主要污染物.高温等气象条件会影响光化学反应,加重珠江三角洲的空气污染,表现了该地区大气复合污染的特性.     

京津冀区域重污染天气过程数值预报评估新方法

利用区域空气质量监测数据、空气质量模式数值预报产品及天气图资料,建立了一种适用于区域重污染天气过程预报的评估方法,将其用于评估NAQPMS模式系统对2013年和2014年京津冀地区静稳型、沙尘型和特殊型3类重污染天气过程的预报能力,并探讨了重污染天气过程早报、晚报及漏报的可能气象条件原因,以提高预报准确率.结果表明:数值模式系统提前3 d预报重污染天气过程的预报准确率可达57%,秋冬季预报效果好于其他季节,静稳型预报效果好于沙尘型和特殊型.对模式AQI预报结果统计发现,当预报AQI值达到150以上时,实际发生重污染天气过程的概率较大,如定义AQI等于150作为重污染天气预警临界值,模式预报准确率可提高至70%以上.天气系统对污染过程预报有重要影响,WRF气象模式对中低层天气系统位置及强度预报偏差是导致静稳型污染过程早报和晚报的一个重要原因.