长江三角洲城市群霾的演变特征及影响因素研究

重建了长江三角洲1961~2007年霾气候数据序列,分析了霾日数的时空变化特征及城乡差异,并探讨了大气污染以及地面和近地层气象条件对霾发生的影响.结果表明,利用湿度—能见度指数参与霾气候序列重建的方法具有一定的合理性和科学性.过去47a间,长江三角洲霾日数总体上呈逐渐增多的趋势,并且四季霾日数都增加.空间上,整个长江三角洲霾日数基本上都呈增加趋势,并以杭州和南京增加最多.近30a来长江三角洲大城市、中等城市和城镇乡村站间霾日数变化具有明显差异.地面气象要素中风速和最长连续无降水日数与霾发生具有较好的对应关系.在霾天气过程和对应的清洁过程,近地层温度、位势高度和风场也都具有明显的差异.长江三角洲霾变化趋势与我国京津冀、珠江三角洲等地的变化一致.区域大气污染物排放量的增加,尤其是细颗粒物的增加是霾出现频率增加的可能原因,全球气候变化以及区域城市化造成的气象条件改变也有利于霾日的增加.     

1960~2013年华南地区霾污染的时空变化及其与关键气候因子的关系

利用线性回归、聚类分析及相关分析等统计方法对华南地区57个地面气象站的观测资料进行分析,探究近54年华南地区霾日数的时空变化特征及其气候成因.结果表明,年平均霾日数大值区主要分布在广东珠江三角洲(珠三角)地区和广西中东部.54年来霾日数呈现显著的上升趋势,而2008年后有所下降.霾日数的季节变化表现为冬季最多,其次是秋季和春季,夏季最少.2008年以后春、夏、秋3季霾日数有所下降,而冬季仍维持在较高水平.不同等级霾日数在近54年来均有不同程度的上升,霾污染不仅在日数上有明显的增加趋势,而且污染强度在加强.不同地区霾日数的快速增长时期不一样,污染严重和正常污染地区发生在20世纪90年代,而相对清洁地区发生在2000年以后.另外近10年污染严重和正常污染地区霾日数有所下降,但相对清洁地区仍维持快速的增长趋势.近54年华南地区年降水日数、年平均风速、大风日数和年小风日数等气候因子变化结果致使气溶胶粒子的湿沉降减弱,污染物扩散能力下降,霾天气生成概率增加.     

湖南省近43年雾霾气候变化特征分析

对湖南76个地面气象观测站1970―2012年逐日能见度、相对湿度数据分析,获取湖南各区域逐日雾、霾情况,利用线性趋势分析雾、霾历年变化特点,采用MK分析得到雾霾突变情况,结果表明:近43a湖南雾日减少而霾日增多,其变化趋势通过信度为0.01显著性检验。年雾日从2008年开始呈断崖式减少,突变点通过了MK检验,年霾日呈稳定增多,没有突变发生;年雾日数在1~20d/a的台站最多(75.0%),而有59.2%台站霾日数在21~50d/a之间,这也使得全省霾日分布范围较雾广,年均天数较雾日多,雾日数区域变化明显;四季中冬季雾、霾最严重,特别是冬霾日占全年近一半,夏季雾霾出现次数最少,在湘中有一个三角型分布的霾高发区域。     

近36a来四川盆地持续霾事件特征及环流分析

利用1981~2016年四川盆地102个气象观测站逐日霾日观测资料,对四川盆地持续霾事件（定义为连续3d及以上有烟幕或霾发生的天气）的时空分布特征、变化趋势进行分析,然后对冬季霾事件环流场特征进行研究.结果表明：1981~2016年四川盆地持续霾事件的年平均日数呈增加趋势,持续霾事件日数占霾总日数的百分比与霾总日数增加趋势较为一致,霾总日数的增加主要是由持续霾事件的增加引起的.四川盆地持续霾事件的空间分布不均匀,与霾日数的大值区的分布较为一致,主要集中在川东北城市群、成都平原城市群以及川南城市群.持续霾事件多发区的范围在1981~2010年呈年代际增大,在2011~2016年范围减少显著.通过分析盆地冬季霾事件的环流场发现,霾事件偏多（少）年时段,四川盆地处于暖（冷）高（低）压大值区域,乌拉尔山阻塞高压偏弱（强）,东亚大槽偏弱（强）,盆地上空为一定程度的辐合（辐散）,存在（不存在）明显逆温结构,垂直上升运动弱（强）,这些条件均有利于污染物颗粒聚集在浅薄的边界层内（利于污染物的扩散）,造成霾天气的维持（消散）.     

1980~2012年江苏省城市霾日的时空分布及成因分析

利用1980~2012年江苏省气象观测资料,对江苏省城市霾时空分布及成因进行了分析.结果表明,1980~2012年江苏省霾日增加,重度和中度霾增加显著,苏北和沿海城市霾日增加显著.秋季和冬季霾日最多,夏季最少.秋、冬季霾主要在内陆,沿海略少.除苏南三城市,6月其他城市霾日都比较多.80年代霾日较为均匀,90年代苏南、苏西南增加,2000年代江淮之间和苏北增加,2010~2012年苏北霾日增加显著,苏南地区霾日略有减少.全省连续性霾日、区域性霾日及连续性区域霾都呈增加趋势.城市建成区面积逐年扩大、由工业及汽车尾气排放的污染物逐年增加,导致区域气温升高、空气相对湿度下降,形成城市热岛和干岛效应,加上污染物的增多,增强了霾形成和维持的条件,持续性霾、区域性霾和持续性区域霾也增加较为显著.     

东北地区近50年来霾天气气候特征

利用东北地区194个地面气象观测站的1961~2013年观测资料,对东北地区霾日及不同等级霾日的空间分布特征和时间演变规律进行分析.结果表明:东北地区霾日空间分布差异显著,辽宁中部和黑龙江中北部霾日相对较多,年平均霾日超过50d,吉林西部地区霾日最少,年平均霾日不超过2d,不同等级的霾日日数空间分布与总霾日日数基本一致;东北地区霾日主要集中在冬季,占全年霾日57.9%,秋季次之,春季最少;1961~2103年东北地区平均霾日呈显著增加趋势(2.9d/10a),其中1981~2000年时段增加最为显著,轻微霾日、轻度霾日、中度霾日和重度霾日均呈增加趋势,但轻度霾日、中度霾日和重度霾日21世纪以来较80年代略有减少.     

京津冀区域霾天气特征

汇总京津冀区域内107个地面站的气象资料,利用14时实测的气象要素和天气现象资料对霾日进行判别,统计出各个站点1980~2008年中逐年及各月的霾日数.结果表明,北京、天津、河北霾天气整体变化趋势和波动特征较为相似,且均呈增加趋势,非城区站点平均霾日数明显呈增加趋势,且与市区站点霾日数的差距越来越小.京津冀区域霾日数的月际变化呈明显的双峰特征,即夏季和冬季霾日数较高.空间分布表明,霾日数高值区主要位于北京、天津、保定、石家庄、邯郸和邢台等地.多数站点霾日14时平均风速比非霾日低了1.0m/s以上,14时平均相对湿度则比非霾日高出20%以上.     

不同标准下湖北省霾日分布特征及气候因子影响分析

利用1981-2013年湖北省地面气象观测数据,基于不同判识标准,探讨湖北省霾日数和气候因子的分布特征及变化趋势。结果表明,2000年左右是霾站日数变化的分界点,之前小幅度震荡,之后显著增加,并在2007年达到峰值。冬季霾日发生最为频繁,其次为秋季和春季。霾日整体呈现增加的趋势,气候趋势系数在0.60以上。2000年以后5 a以下短周期的转换比较频繁,受人为活动影响加剧。3个霾频发区主要位于鄂西北丹江口和襄阳、鄂西南当阳和宜都、鄂东南大冶等地。通过5种判识标准相关性分析发现,标准1更适合于在湖北省霾日的分析中使用。同时对气候因子的分析表明,随着气温的增加和相对湿度的降低,霾日数呈显著增加,相关系数达0.6。     

1960~2013年我国霾污染的时空变化

利用近54年（1960～2013年）我国霾日以及一些相关气象要素的观测资料,采用气候倾向估计、聚类分析、累积距平和突变检验等多种方法,分析了我国霾日数变化特征.结果表明：我国的霾污染主要发生在中东部和南部,尤以北京、山西中部和南部、河南局部地区、长江三角洲和珠江三角洲等地最为严重,我国西部和东北部地区相对较少.霾日发生的频率总体呈增加的趋势,而且与能源消耗总量有很好的正相关关系.我国霾日数的增加除了依赖于污染源排放加剧外,不利的气候条件加剧了霾天气的发生.近54年降水日数、平均风速、日照时数和相对湿度与霾日数的相关系数分别为-0.653、-0.635、-0.462和-0.699,远远超出了99.9%的信度检验标准.聚类分析表明,上升极显著、上升显著和上升明显的站点年平均霾日数近年来均有加速上升的趋势,其累积距平的变化趋势为下降-平缓-上升型.轻微上升站点上升时期为20世纪60年代至70年代末与2000年之后,累积距平为多波动型.轻微下降与下降明显的站点快速上升时期为60年代至70年代末,随后均有不同程度的下降,累积距平呈上升-平缓-下降型,且在1992～1993年间霾日数发生了由多到少的突变.     

1980~2016年陕西省冬季霾日数时空变化及增多成因初探

利用陕西省地面气象观测站观测资料、中国国家统计局统计资料、美国NASA的MODIS气溶胶光学厚度（AOD）资料以及NCEP/NCAR月平均再分析资料,对1980~2016年陕西省冬季霾日数的时空变化特征及可能原因进行了分析,结果表明：（1）1980~2016年冬季陕西省平均霾日数为12d左右,并且伴有明显的年代际变化;其中1980~2012年冬季霾日数波动明显,1980~1993年偏多,1994~2012年偏少,2013年之后霾日数增加明显.（2）1980~2016年冬季陕西的霾日数有显著的区域差异.关中地区的霾日数最多,平均每年大于18d;陕南地区次之,年平均霾日数为10d左右;陕北地区最少,平均霾日数仅3d左右.陕北、关中、陕南3大区域冬季的霾日数均在2013年后出现了明显的增多.（3）2000~2016年冬季MODIS卫星监测的陕西AOD在关中咸阳、西安、渭南以及汉中南部和安康南部存在明显的高值区,大于0.4,其中关中气溶胶高值区域与关中地区霾日数大值区域有很好的对应关系.（4）2013~2016年冬季我国中东部的对流层低层的东风异常是向陕西关中地区输送气溶胶的有利条件,是霾天气的产生原因之一;2013~2016年陕西冬季对流层低层存在一个明显的位温梯度增大的区域,是不利于霾向高空扩散的大气层结条件,是霾日数明显增加的另一个原因.     

Spatial and temporal variation of haze in China from 1961 to 2012

The purpose of this study is to analyze the climatic characteristics and long-term spatial and temporal variations of haze occurrence in China. The impact factors of haze trends are also discussed. Meteorological data from 1961 to 2012 and daily PM₁₀ concentrations from 2003 to 2012 were employed in this study. The results indicate that the annual-average hazy days at all stations have been increasing rapidly from 4 days in 1961 to 18 days in 2012. The maximum number of haze days occur in winter (41.1%) while the minimum occur in summer (10.4%). During 1961-2012, the high occurrence areas of haze shifted from central to south and east regions of China. The Beijing-Tianjin-Hebei (Jing-Jin-Ji) region, Shanxi, Shaanxi, and Henan Province are the high occurrence areas for haze, while the Yangtze River Delta (YRD) and the Pearl River Delta (PRD) have become regions with high haze occurrences in the last 25 years. Temperature and pressure are positively correlated with the number of haze days. However, wind, relative humidity, precipitation, and sunshine duration are negatively correlated with the number of haze days. The key meteorological factors affecting the formation and dissipation of haze vary for high and low altitudes, and are closely related to anthropogenic activities. In recent years, anthropogenic activities have played a more important role in haze occurrences compared with meteorological factors.     

基于卫星和地面观测的中国典型城市群对流层内臭氧时空变化特征

为了探明近年来中国典型城市群(京津冀城市群、长三角城市群和珠三角城市群)臭氧(O₃)污染的发生规律,利用2005—2020年OMI-MLS (臭氧监测仪-微波临边探测器)对流层O₃柱总量探测数据以及2015—2020年地面O₃浓度监测数据分析我国三大城市群O₃的时空分布特征及其演变趋势,结果表明:①对流层O₃柱总量月峰值和年均值均呈京津冀城市群>长三角城市群>珠三角城市群的特征,京津冀和长三角城市群对流层O₃柱总量均在夏季〔分别为50.0和44.4 DU (dobson unit)〕最高,而珠三角城市群在春季(42.2 DU)最高. ②三大城市群对流层O₃柱总量在空间分布上具有不同的特征,京津冀城市群对流层O₃柱总量呈东南高于西北的特征,长三角城市群对流层O₃柱总量随纬度升高而增大,珠三角城市群对流层O₃柱总量南北局地差异较小;海拔对对流层O₃柱总量的空间分布有一定影响,海拔越高,对流层O₃柱总量越低. ③京津冀、长三角和珠三角城市群对流层O₃柱总量均呈逐年显著升高的趋势,年均增长量分别为0.25、0.28和0.27 DU,其中,京津冀城市群在对流层O₃柱总量较低的秋冬季年均增长(0.29 DU)最快,而长三角和珠三角城市群分别在对流层O₃柱总量最高的夏季和春季增长最快,均为0.39 DU. ④卫星探测的对流层O₃柱总量与地面监测的O₃日最大8 h滑动平均浓度(简称“O₃-8 h浓度”)在京津冀和长三角城市群相关性明显,而在珠三角城市群相关性较差. ⑤O₃-8 h浓度呈京津冀城市群>长三角城市群>珠三角城市群的特征,其中,京津冀城市群O₃-8 h浓度在2018年(110.9 μg/m3)最高,空间上由2016年之前的北高南低转变为南高北低,多数城市O₃污染较重且达标率较低;长三角城市群2017年O₃-8 h浓度(106.7 μg/m3)最高,2016年起O₃-8 h高浓度中心由东北逐渐向西部内陆迁移,沿海城市达标率增加;珠三角城市群O₃污染程度最轻,达标城市较多,但O₃-8 h浓度呈逐年上升趋势,并在2019年达最高值(100.4 μg/m3),且中心城市上升速率远大于外围城市. 研究显示,中国三大城市群对流层O₃柱总量和O₃-8 h浓度的时空分布特征存在显著差异,造成差异的因素也不同.      

沈阳地区霾与雾的观测研究

利用2009年6月1日-2010年5月31日沈阳大气成分站能见度和大气细粒子的小时观测数据,结合沈阳自动气象站相对湿度的小时观测数据以及天气现象资料,根据<霾的观测和预报等级>和雾的定义,从沈阳1年的资料中判识出霾与雾的出现时次,对沈阳霾与雾的时间变化特征进行初步探讨.结果表明:沈阳全年霾和雾的出现时次分别占总观测时次...     

1960~2016年江西省霾日变化特征及气候成因分析

利用江西省1960~2016年82个气象站水平能见度、相对湿度和天气现象等资料,重建了江西省霾日序列,分析了江西省霾日数的年际变化特征,并通过霾日数与降水日数、大风日数和静风日数的相关关系,探讨了不同季节霾日数年际变化的气候成因.结果表明：1960~2016年江西省霾日数表现为在1970s有明显偏高、1980年后显著增加趋势（0.53d/a）,赣北地区霾日多且增加速率快.四季霾日数均有增加,其中秋季贡献最大（0.21d/a,P<0.001）,春季其次（0.12d/a,P<0.001）,冬季霾日数最多,但年际趋势并不显著（0.10d/a,P>0.05）,夏季年均霾日数较低,增加幅度最小（0.09d/a,P<0.001）.过去几十年降水日数减少（-0.26d/a,P>0.05）导致大气湿沉降能力减弱,以及大风日数减少（-0.33d/a,P<0.01）和静风日数增加（1.73d/a,P<0.01）导致大气扩散能力降低,为江西省霾日增加提供了有利气候背景.但主要气候成因因季节不同：春季霾日数增加的主要气候成因是大风日数减少（r=-0.48,P<0.01）,与其他要素的关系不显著;夏季亦与大风日数减少显著相关（r=-0.50,P<0.01）,同时与静风日数增加显著相关（r=0.37,P<0.05）;秋季受大风日数减少、静风日数增加以及降水日数减少共同影响,导致秋季霾日增加速率最快;冬季霾日数仅与降水日数显著相关（r=-0.36,P<0.05）,但由于冬季降水日数变化趋势不明显（-0.26d/a,P>0.05）,冬季霾日数变化不显著.     

不同判别方法下四川霾日的气候变化特征

根据近34年(1981—2014年)156个四川地面站的地面观测资料,对比分析了在3种霾日判别方法下霾日的空间分布、季节变化、年代际变化特征以及气候趋势系数的分布特征.利用Morlet小波分析法比较了霾日的周期变化特点.结果表明:1原始观测霾日集中于四川盆地的北部;方法一霾日集中于盆地中南部和东部;方法二霾日集中于盆地地区,无代表高值区;方法三分布类似于方法一.2在季节变化上:不同判别方法下霾日的季节变化类似,秋冬霾日多于春夏.3霾日年代际变化明显.原始观测霾日2013年始出现突增;方法二霾日从2001年始有明显增长;方法一与方法三的年代际变化特征相似.4气候趋势系数上:原始观测变化特征不明显;方法一的系数呈现出南北反向变化;方法二与方法一的分布相似;方法三中系数的正负值区较为集中.5小波变化上:原始观测中霾日无明显周期变化,判别方法一、二、三均有各自的周期变化特点.     

城市化对长三角地区极端气温影响的时空分异研究

论文利用长三角地区65个气象站1960—2014年日最高、最低气温资料,分析并比较了大城市站、一般城市站和乡村站极端气温指数变化趋势以及城市化对大城市站和一般城市站各极端气温指数趋势变化的影响。结果表明：极端气温暖指日数明显增加,冷指日数明显减少,极值指数呈微弱上升趋势。暖指数城市站比乡村站增加趋势明显,冷指数城市站比乡村站减少趋势明显。除月最低气温极小值外,其他极值指数变化趋势在城市、乡村间差异较小。大城市站冰冻日数、霜冻日数、冷（暖）昼日数和月最低气温极小（大）值城市化影响显著,一般城市站冰冻日数、霜冻日数和月最低气温极小值城市化影响显著,城市化对极端气温影响明显的是长三角北部、江苏南部和浙东南的部分城市站点。冷昼日数城市化效应在冬季较明显,暖昼（夜）日数城市化效应在夏季较明显,春季、夏季、冬季城市化对极值指数的影响显著。     

1981-2014年四川不同强度霾时空特征及气候成因研究

利用四川156个气象观测站1981-2014年霾日观测资料,对区域内不同强度霾日的时空分布特征及变化趋势进行分析.结果发现：不同强度霾日数呈现轻霾和重霾显著上升、中霾下降的趋势,20世纪90年代后霾日整体偏多,其中,秋、冬季发生频率偏高,12月和1月是多发时段;不同强度年均霾日高值区集中在盆地中部、东部地区,低值区主要位于盆地西南地区,并呈现盆地中北部霾日逐年减少,盆地南部逐年增多的变化趋势.结合季节特征探讨霾日形成机理发现,春、夏季欧亚中高纬度呈现两槽一脊的环流形势,印缅槽较强,利于降水,盆地相对湿度为85%以上,高原东侧上升气流较明显,大气对流层中下层为"上冷下暖"的递减层结,利于大气污染排放物垂直交换及其对外扩散;秋、冬季高纬度以纬向环流为主,经向环流偏弱,冷空气被阻挡在盆地以北以西区域,盆地东部为下沉气流,850 hPa以下的偏东气流使东部污染物向西蔓延,青藏高原以东地区上空为显著的"上暖下冷"逆温层结,相对湿度为80%左右,地面气温增加,相对湿度下降,使霾不易向雾转换,加重霾日高频状况的发生.     

基于走航观测的长江三角洲地区大气污染特征及来源追踪

为了加强对长江三角洲地区大气污染分布特征和输送规律的认识,利用移动车载设备开展了不定期的走航观测,重点研究了2016-2018年冬季灰霾污染和春季光化学污染条件下长江三角洲地区的大气污染特征.结果表明,走航观测期间长江三角洲地区PM_2.5日均浓度为60~122 μg/m³,东部的常州、无锡一带,西部的合肥、芜湖地区,北部蚌埠、滁州一带,南部湖州、杭州地区的PM_2.5浓度较高,比其他地区高出20%~40%.O₃日均浓度水平为9~52 μg/m³,苏州、盐城、宣城与湖州地区浓度相对较高.运用FLEXPART_WRF模式,结合PM_2.5排放清单,分析了走航观测期间长江三角洲地区及沿线城市PM_2.5的潜在来源.结果发现,东风条件下,南通及上海地区为PM_2.5的潜在源区,北风条件下,连云港、盐城等地区贡献较大.运用FLEXPART前向轨迹计算模块,对一次污染个例过程进行了模拟,并利用走航观测结果进行了验证,发现模拟结果与走航观测结果的相关系数达到0.9.可见,长江三角洲地区存在区域性的PM_2.5和O₃污染,走航观测结合轨迹分析是追踪污染气团输送的有效手段.