海岸热边界层熏烟模式的应用研究

在海风和陆地热边界层条件下，水陆边界处高架点源可能发生熏烟污染，通常可以应用熏烟扩散模式进行模拟。但是，常用熏烟模式中假设烟流进入边界层内后立即在垂直方向均匀分布，导致算出不合理的高浓度区。假设烟流进入边界层后．主要受到因为大气稳定度变化扩散条件因此变化的影响，改进了计算公式。把原有模式和改进模式分别应用于某滨海区的一个电厂高架点源，结果表明，改进后模式的计算结果更加合理。因此建议类似工作采用改进后的模式。     

低层大气湍流度的参数化估算

水平和垂直风向的标准差是划分大气扩散类型的有效参数.本文提出了一种合理估算σ_θ和σ_(?)的参数化方法.在分析中无因次湍流速度的标准差σ_v/u_*和σ_w/u_*按近年来边界层大气湍流研究所得到的规律确定,无因次风速u/u_*依高度的高低分别接近地面层的风速廓线规律和幂次律推论.结果表明σ_θ和σ_(?)同时依赖于大气稳定度类型、边界层厚度、地面粗糙度和高度.在实用中地面粗糙度可按常规经验确定,大气边界层的稳定度性质和L可按P—T稳定度分类推论,但是边界层高度必须通过与温度廓线有关的信息确定.     

320米塔上测量的湍流统计特征量的初步分析

应用320米塔上第一次获得的垂直风速脉动量的垂直分布资料,根据湍流扩散统计理论并结合半经验近似,讨论由欧拉参数估算边界层下层扩散参数的主要方法,得到了湍流统计特征量K_(?)、σ_w及ε随高度和稳定度变化的经验关系,为北京地区大气扩散规律研究及污染模式的建立提供实验基础.     

上海早晨边界层的稳定度特征及其对PM2.5峰值浓度的影响

PM_2.5的峰值浓度一般出现在早晨,这是早晨高排放和低边界层共同作用的结果.早晨的边界层结构对PM_2.5峰值浓度及演变具有重要影响,但准确反演早晨较低的边界层高度存在很大困难.基于此,本文以上海为例,采用8：00的L波段气象探空数据,利用高分辨率的垂直风温资料计算总体理查逊数（Rf）来判定早晨边界层的稳定度.研究发现,上海早晨边界层的稳定度具有明显的季节差异,其中,11月、12月和1月基本为稳定边界层结构（SBL）,5—8月为对流边界层结构（CBL）.通过分析风温廓线发现,上海冬季早晨SBL存在明显逆温,高度约为100~200 m,平均逆温强度为2.4℃/100 m;而夏季早晨的CBL可发展至400~500 m.早晨PM_2.5峰值浓度随Rf的升高明显上升,SBL条件下的PM_2.5峰值浓度较CBL条件下偏高约20 μg·m^-3.2013—2017年上海早晨边界层的稳定度在春季和冬季呈波动上升的趋势,其中,2016和2017年的上升幅度尤其明显.2016、2017年春季的SBL频数较2013—2015年同期分别偏多12.5%、17.0%,冬季分别偏多10.8%、9.0%,而2016、2017年春季的PM_2.5浓度却分别下降11.00%、23.00%,冬季分别下降27.94%和34.38%,表明近几年上海早晨的PM_2.5排放强度明显下降.     

烟塔合一项目烟气抬升影响因素分析

以德国空气清洁标准(VDI3784标准)所规定的冷却塔排烟抬升高度的计算方法(S/P模式)为基础,分别针对气象参数及源排放参数对烟塔合一项目烟气抬升高度的影响进行比较分析.气象参数中大气稳定度的变化对烟气抬升的平均影响大于环境风速的影响.随着稳定度从强不稳定(A类)到强稳定(F类)变化,烟气抬升高度呈逐渐降低趋势,平均...     

通过测量氡的放射性来监测大气稳定度的新方法

介绍了一种通过测量氡和其短周期衰变产物的自然放射性来监测大气稳定度的新方法,该指标反映了低层大气边界层的混合特性,能够反映一次污染物的稀释扩散特征.将这种方法测量的大气稳定度与通用的帕斯奎尔分类法计算的稳定度进行对比,该方法不仅能准确反映大气稳定度长期趋势和昼夜变化,还能反映大气稳定度的瞬时变化,是解析环境污染数据,特别是一次污染物的有利工具.2007年在兰州市的观测结果显示PM10与大气稳定度的观测数值有很好的一致性趋势,表明低层大气的混合特性是决定一次污染物浓度的关键因素.     

街道峡谷对近地层风场影响的观测和模拟分析

城市街道峡谷结构对近地面边界层的风场环流等气象要素具有重要影响,可导致城市局地空气污染分布发生变化.随着城市化发展及城市空气质量变化,街道峡谷的城市空气污染影响日益突出,分析街道峡谷内部风场成为认识和治理我国城市空气污染的一条重要途径.鉴于目前我国鲜有城市街道尺度大气边界层精细气象观测研究,本文分析了美国俄克拉荷马大学的街道峡谷精细气象观测数据及其FLUENT模拟.结果表明:街道峡谷内风场结构变化依赖大气背景风向,当背景风向平行于街道峡谷走向时,街谷两岸风速几乎没有差异,而在背景风向垂直于街道峡谷走向时,由于高空风进入街谷形成的涡旋气流对街道峡谷风场有补充作用,峡谷两侧中层高度风场差异变大,风速差值大约为0.5 m·s~(-1),且街道峡谷两岸风速差异得到了FLUENT模式的验证,但模式对迎风岸的风速模拟存在高估,模拟的中层高度处两岸风速差值为1.6 m·s~(-1).观测资料分析揭示大气边界层稳定度条件对街道峡谷内风场分布也有很大影响,中性稳定条件下街道峡谷两岸近地层风速差异最大,输送进入峡谷空间的风速增量比原峡谷内风速大约高1倍,其它稳定度条件下街谷两岸风速差异被削弱.     

天津地区污染天气分析中垂直扩散指标构建及运用

基于255 m气象塔风、温和PM_(2.5)质量浓度数据获取天津地区大气稳定度特征,利用中尺度大气化学模式构建垂直扩散指数β和φ,开展天津地区污染天气预报中垂直扩散分析方法的研究,以期提高天津地区重污染天气预报预警准确率.结果表明,综合运用大气稳定度、基于边界层平均PM_(2.5)质量浓度与近地面PM_(2.5)质量浓度比值构建的垂直扩散指数β,基于数值模式chemdiag功能(以CO为示踪物)构建的垂直扩散指数φ,可以在污染天气预报中较好的进行大气污染物垂直扩散能力分析.当07:00~08:00和18:00~20:00大气稳定度为D及以上时,相比大气稳定为C及以下时,出现重污染天气的概率成10倍的增加;使用垂直扩散指数β和风速双重指标判断重污染天气,比单一的风速指标判断准确率提升67%;垂直扩散指数φ与近地面PM_(2.5)质量浓度相关系数达到0.8,当垂直扩散指数φ小于0.52时,重污染天气概率75%,可识别59%的重污染天气.     

WRF模式对污染天气下边界层高度的模拟研究

大气边界层高度是影响大气污染物浓度的重要因素之一,但数值模式中选择不同边界层参数化方案模拟的边界层高度有很大差异.利用WRF模式中5种边界层参数化方案及2006~2007年春、秋、冬3季河北香河地区激光雷达观测资料,对比分析了污染天气下,不同边界层方案对边界层高度的模拟效果,并分析了误差产生的可能原因.结果表明：5种参数化方案均能模拟出3季污染天气下边界层高度的变化特征,但各方案模拟的边界层高度与观测之间均存在较大误差.模拟的最大边界层高度月变化特征显示,秋冬季的模拟结果与观测值匹配较好,春季偏差较大;模拟的边界层高度日变化显示,均方根误差：春季 > 秋季 > 冬季,且误差在午后（14：00~18：00）更加明显;对该地区而言,非局地YSU方案能较好地模拟污染天气下的边界层高度;各参数化方案中边界层高度计算方法的不同及对大气廓线、湍流动能的模拟差异,可能是造成模拟边界层高度产生误差的主要原因.     

采石场大气污染物源强分析研究

采石场环境影响评价的关键在于生产过程中产生的大气污染。TSP、PM10的影响，而TSP、PM10的影响又取决于其产生的源强的大小及扩散模式。以襄樊市襄阳城南岘山两处采石场为例，采用模拟实验、实测法对采石场大气污染物扩散模式、扩散参数及源强的确定进行分析研究。结果表明：在通常气象(平均风速)条件下，各类稳定度的TSP小时平均浓度在下风向距离800m以上均较低。基本上与实测值的。TSP值相吻合。在D类稳定度情况下，距离污染源800～900mTSP最大小时平均浓度为0．13～0．11mg／hm^3。     

不同尺度大气系统对污染边界层的影响及其水平流场输送

大气边界层不仅受地面的影响,也受不同尺度大气系统的直接影响。根据在北京市沿南北方向分布的3台激光雷达阵和地面同步的粒子观测数据,选择一次重污染过程进行情景分析,研究不同尺度大气系统对该过程粒子边界层的影响,分析边界层内粒子浓度输送的动态变化。提出北京地区重污染形势的形成原因。对区域性大气污染边界层研究,将有助于对区域及城市污染形成机制的进一步认识。      

车载激光雷达对北京地区边界层污染监测研究

介绍了自行研制的车载差分激光雷达AML-2探测原理及技术参数,于2006-08、2006-09在不同天气因素条件下对北京西南郊榆垡地区大气边界层污染物O3、NO2、SO2进行了实时监测,对比分析了3种污染物浓度垂直分布及日变化特征.结果表明,无外来污染输送时,3种污染物在阴雨天气总体浓度较小,O3和NO2浓度随高度升高而减小,SO2浓度垂直分布少见此特征,但在近地面0.6 km左右有较强SO2污染层.南部气流输送对北京地区大气环境影响明显,2006-08-23～2006-08-25这次强污染气流输送高度约1～1.5 km,3种污染物浓度垂直分布及日变化特征受到干扰,北京榆垡地区边界层O3、NO2、SO2总体浓度明显上升.     

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.     

大气边界层环境影响效应的仿真试验

研究利用动力模拟与气候统计相结合的方法建立典型大气边界层环境基本要素(风速、温度、气压和密度)场仿真模型,以低空飞行器为仿真算例,在实现大气边界层环境仿真模型与飞行动力学仿真模型耦合的基础上,开展大气边界层环境影响效应的仿真试验,分析大气边界层环境对低空飞行器飞行轨迹和姿态特性的影响.通过探索大气边界层环境模型建立的可行性及其对低空飞行器影响的基本规律,为进一步开展大气环境对武器系统影响评估研究提供思路.     

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。      

基于天气分型的上甸子大气本底站臭氧污染气象条件

对流层臭氧作为典型二次污染物已成为北京春夏季首要污染物,气象因素是影响其浓度变化的主要因子之一.本研究基于2008~2017年大气成分和气象观测数据,利用Lamb-Jenkinson天气分型法结合Mann-Whitney U检验方法将影响北京地区天气型分为6类,其中SWW和C型上甸子臭氧浓度均值和极值分别最高,在4~9月出现频率最高,合计出现47.4%,并通过多元逐步回归方程确定两种型的主要贡献权重.SWW和C型下54%盛行西南风,新排放的污染物和二次老化气团经西南气流持续输送,850 hPa附近出现垂直速度零层,水平和垂直气象条件均有利于臭氧的输送、生成和聚积;AN和ESN型下64.7%盛行东北风或北风,气团来源清洁,1000 hPa以上盛行一致的下沉运动和气流辐散,新排放的污染物也能很快被稀释扩散,臭氧浓度处于较低值.以NW型2015年5月3日为例,虽然地面盛行西北气流,来源清洁,但大气通过垂直下沉运动将边界层以上的高浓度残留臭氧向近地面输送,导致某些天数中出现臭氧浓度高值.     

北京地区夏冬季颗粒物污染边界层的激光雷达观测

在对激光雷达测量数据处理方法讨论的基础上,根据"北京空气污染物垂直结构测量试验"(BAPIE)冬季和夏季测量的数据,对北京地区气溶胶高度分布及近地面气溶胶污染边界层指标、气溶胶污染边界层统计特征、气溶胶输送南北通量高度分布、API-Ⅰ级优质大气和Ⅴ级重度污染个例等,进行了讨论。      

北京市区夏季O3生成过程分析

采用三维空气质量模型CMAQ-MADRID对北京地区夏季O3进行模拟,利用过程分析模块IPR和IRR研究北京市区大气O3的生成过程,重点分析自由基循环和NOx循环的量化特征.结果表明,市区整个边界层具有较强的大气氧化性,O3生成呈现VOC控制的特征.边界层内O3大气化学过程存在垂直差异,O3生成高值区在200～800m之间,近地层O3浓度升高主要依赖边界层内高层大气O3的垂直输送.NOx排放集中在近地层,新NO注入量较高,NOx循环次数仅为1.3,O3生成量很低.边界层上层大气从低层获得NOx,由于新NO注入量较低,同时上层大气保持了较强的大气氧化性,NOx循环次数达到5.0,O3生成量较高.