关于确定大气混合层高度的几种方法

本文阐述了大气混合层高度研究在环境保护中的作用，论述了大气混合层高度确定的几种方法，分析了各种方法的特点及应用前景，同时也讨论了目前我国大气混合层高度研究中提出的一些新方法。     

确定大气混合层高度方法的研究

本文介绍一种,用ADAS探空资料,直接确定大气混合层高度的方法。它是根据ADAS探空得到的温度、风、位温、混合比随高度的分布,以及上述各气象要素在混合层内和混合层以上变化的差异,来确定大气混合层的高度。并将由这种方法得到的结果与 Nozaki〔1〕等人提出的用地面气象资料估算混合层高度,所得到的结果进行比较,得到了较为一致的结果。认为在大气边界层内,对于能够直接得到温度、风、位温等气象要素随高度变化的观测点,用这种方法来确定大气混合层高度是可信的,而且方法也比较简单。      

贵阳市混合层高度的研究

根据风速、温度的低探资料，直接估算了大气混合层高度。通过分析贵阳市冬、夏两季混合层高度与大气稳定度的关系及逆温、地面气温和风速等气象因子对混合层高度的影响，得到以下几点结论：（１）贵阳市夏季混合层高度大于冬季。（２）不同稳定度下，混合层高度不同；大所越不稳定，混合层高度越大。（３）逆温频率与混合层高度随时间呈反向变化趋势，而地面气温和风速与混合层高度有较好的正相关性。     

成都市混合层高度与气溶胶层高度关系的研究

混合层高度(MLH)和气溶胶层高度(ALH)作为表征污染物在大气垂直结构上的最大高度,两者在某些情况下可近似相等,为探究成都市MLH和ALH是否可以等价替换使用,该文利用2017-2019年四川省环保厅超级监测站(西南交通大学站)以及同期成都温江探空站的监测数据,对成都市MLH和ALH的相关性和差异性进行分析研究。结果表明,MLH和ALH在数据分布上具有较大差异性,且MLH和ALH两者在数据上具有较弱的负相关关系。对成都市ALH和MLH的时间变化规律进行分析和研究表明,ALH在一般情况下明显高于MLH,但在白天,温度和辐射较强的时间段,ALH会低于MLH。因此在使用成都市MLH数据时,不能简单地将MLH用ALH进行替换。     

铜陵市空气污染物浓度与大气混合层高度的关系

以长三角地区典型工业城市为研究对象,利用气象探空站观测数据,采用干绝热曲线法计算代表大气垂直方向上大气混合能力的最大混合层高度,并与地面观测的空气污染物浓度观测结果进行对比分析。分析结果表明,2-4月和7-10月是月均最大混合层高度较高的2个时期;在季节变化上呈现出春季到冬季依次下降的特征,东亚季风气候是造成这些特征的主要原因之一。总体而言,随着最大混合层高度的增大,各污染物的最大可能浓度呈现出不同的降低趋势。最大混合层高度对颗粒态污染物(PM_(10),PM_(2.5))日均浓度的影响最为显著,主要原因是颗粒态污染物相对稳定、且生命周期长。对于气态污染物而言,化学性质稳定的CO的最大日均浓度与最大混合层厚度之间关系最好,其次为SO_2和NO_2。O_3由于化学性质不稳定且受太阳辐射影响显著,其最大日均浓度与最大混合层高度之间关系相对较差,但也存在着-0.692的负相关。     

贵阳市中心城区混合层高度变化特征与环境空气质量关系研究

根据2017年至2021年贵阳市中心城区的10个国控站点环境空气质量变化趋势,运用L波段雷达探空秒级数据,计算得出贵阳近5年混合层高度随时间序列变化特征,分析表明：(1)贵阳市四季混合层高度具有明显的季节变化,夏高冬低,日变化特征为07时至18时高,19时至06时低;(2)贵阳市混合层高度与污染天气的环境容量有直接相关性;(3)冬季大气以中性层结主导,低风速,混合层厚度低于200m是造成贵阳市主城区冬季轻度污染的主要因素。     

京津冀冬季大气混合层高度与大气污染的关系

大气混合层高度(MLH)是影响大气扩散的主要因子之一,其对大气质量评估和污染物的存储量及分布起着重要作用.本实验利用云高仪对2014年污染严重的2月京津冀区域4个站点(北京、天津、石家庄和秦皇岛)MLH进行了同步连续观测,分析了其各自及其区域总体变化特性.结果表明,秦皇岛MLH月均值最高,达到865 m±268 m;石家庄最低,为568 m±207 m;北京和天津介于这两城市之间,分别为818 m±319 m和834 m±334 m;结合气象数据分析发现,辐射和风速是影响混合层高度的主要因素;对4个站点颗粒物浓度与混合层高度的关系研究表明,混合层低于800 m,4个站点细颗粒物浓度均会超过国家二级标准(GB 3095-2012,75μg·m-3),观测期间北京、天津、石家庄和秦皇岛这4个站点混合层高度低于800 m天数所占比例分别为50%、43%、80%和36%.石家庄虽然近地层污染物浓度较高,但是大气混合层以内污染物负荷并不高,不利的大气垂直扩散条件是石家庄近地面长时间高浓度污染的主要原因.研究结果对于认知京津冀区域污染分布现状具有重要意义,并可为区域内污染源合理分布提供科学参考.     

Comparison of mixing layer height inversion algorithms using lidar and a pollution case study in Baoding, China

Beijing–Tianjin–Hebei area is suffering from atmospheric pollution from a long time. The understanding of the air pollution mechanism is of great importance for officials to design strategies for the environmental governance. Mixing layer height(MLH) is a key factor influencing the diffusion of air pollutants. It plays an important role on the evolution of heavy pollution events. Light detection and ranging(lidar), is an effective remote-sensing tool, which can retrieve high spatial and temporal evolution process within mixing layer(ML), especially the variation of MLH. There are many methods to retrieve MLH, but each method has its own applicable limitations. The Mie-lidar data in Beijing was firstly used to compare three different algorithms which are widely used under different pollution levels.We find that the multi-layer structure near surface may cause errors in the detection of mixing layer. The MLH retrieved based on image edge detection was better than another two methods especially under heavy polluted episode. Then we applied this method to investigate the evolution of the mixing layer height during a pollution episode in December2016. MLH at Gucheng county showed the positive correlation with the concentration of particulate matters during the start of this pollution episode. The elevated pollution level in Gucheng was not associated with MLH's decrease, and the significantly increased particulate matters raised the boundary layer, which trapped the pollutants near the surface.     

春季黄海边界层内海盐细粒子氯亏损及混合状态研究

为了解海盐气溶胶和亚洲出流污染物的相互影响,对2001年春季黄海边界层内观测的气溶胶细粒子可溶离子浓度(AGE-Asia中NCAR C-130飞机航测)进行了研究.所分析的6个航段(航段1～航段6)都位于黄海中部(124.0°E～125.1°E,34.3°N～36.4°N)的大气边界层内.离子摩尔比和相关分析表明,在所...     

海水中^110Ag化学形态和测定方法的研究

描述了海水中     

桨叶埋深与液面高度对JBR内气-液混合影响的数值模拟

为了获得软锰矿浆烟气脱硫工艺的最佳运行工况,应用计算流体动力学(CFD)方法对其吸收设备——喷射鼓泡反应器(JBR)内气液两相流动进行了三维数值模拟.在FLUENT软件中采用标准k-ε湍流模型与Eulerian多相流模型模拟了喷射鼓泡反应器内流场和气液分散特性,并应用气含率方差的概念定量描述气相的分散程度.着重考虑了上桨埋深和液面高度对整体气含率与气含率方差的影响,并对气含率方差与上桨上下含气区高度比R的关系进行了分析.结果表明,流场的重要特征与前人的类似实验结果和数值模拟结果一致.上桨埋深与液面高度对JBR内整体气含率和气相的分布具有显著影响.整体气含率随上桨埋深的增加而减小,而随着液面高度的增加,整体气含率先增大后减小.气含率方差随上桨埋深的增加而增大,随高度比R的增大而减小.综合分析认为液面高度取260～280 mm为宜,以R约为2确定上桨埋深.     

广州地区典型灰霾过程及不同天气类型下边界层高度研究

利用2013年9月—2014年11月广州地区激光雷达观测结果,使用小波分析反演边界层高度(PBLH),通过归一化后向散射信号(NRB)的小波分解对小波分析中直接影响PBLH识别的尺度因子a进行了选取.并以2014年1月发生的一次灰霾过程为例,对灰霾过程的PBLH等边界层特征进行了分析,并对边界层垂直结构进行了初步探究.同时,利用自组织映射神经网络(SOM)进行了天气分型,对整个观测时段激光雷达反演的PBLH与天气型之间的关系进行了统计.结果表明,通过对NRB廓线的小波分解,小波分析尺度因子a取300较为合适.灰霾过程中PBLH均存在日变化.从平均结果来看,PBLH最高值出现在13:00,为850 m;最低值出现在5:00,为483 m.灰霾过程PBLH与PM_(2.5)之间呈显著负相关(r=-0.62,p0.01),风速与PM_(2.5)之间也呈显著负相关(r=-0.39,p0.01).对流边界层平均高度约为稳定边界层的1.5倍,峰值高度约为稳定边界层的3倍.低压天气系统控制下灰霾天气出现的概率较低,对应的PBLH明显较高,峰值高度在1200～1600 m,日间边界层发展极为明显.而高压天气系统控制下边界层发展容易受到抑制,峰值高度均低于1000 m.     

基于OMI数据中国大气边界层SO2空间格局

利用OMISO₂遥感数据,在常见的0.125°、0.25°、0.4°3种不同精度下进行普通克里金插值,采用归一化的方法与地基数据进行相关性比较,择优选择0.125°插值精度,分析中国区域SO₂空间分布及影响SO₂变化敏感因子.结果表明：①全国范围内存在1个五级SO₂柱量值区域和4个四级SO₂柱量值区域,在空间上呈现聚集状分布;②在我国季风区,夏季风对二、三级SO₂柱量值区域面积减少贡献显著,四、五级SO₂柱量值区域基本不受夏季风影响;非季风区,冬季风是SO₂柱量值全面升高的主要原因.③影响因子方面,季风区四、五级柱量值区域,平均相对湿度对降低SO₂柱量值更明显,干沉降是SO₂柱量值降低的主要途径;三级柱量值区域,平均气温与SO₂柱量值高度负相关,冬季采暖和随中纬度环流地面流向低纬风速扩散形成三级柱量值区域;非季风区,平均气温和随降水湿沉降是主要影响因子.     

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.     

Thermodynamic features of the atmospheric boundary layer during the summer monsoon

Characteristic variations in the thermodynamic parameters of the boundary layer at Pune (18°32′N, 73°51′E, 559m a.s.l.) have been studied using the aerological observations collected during the summer monsoon seasons of 1980 and 1981, and the temperature observations from aircraft during the summer monsoons of 1976, 1979–1981. This study showed suppression of the mixed layer, absence of inversion/stable layers and decreased convective instability in the lower layers during the period of active monsoon conditions. The reverse was observed during the periods of weak/break monsoon conditions. Temperature stratification of sub-cloud layer has been classified into four different categories depending on the extent of the mixed layer and the gradient of potential temperature in the overlying stable layer. It was observed that these categories cover all types of weather, conditions which prevailed during the monsoon season. The results are discussed with the possible association of the weather conditions prevailed during the active and break monsoon periods.     

颗粒物分界层Mie散射激光雷达识别的sigmoid算法

基于成都市2013年6月~2015年5月期间由Mie散射激光雷达探测的大气消光系数廓线资料,发现混合层以上在颗粒物消光和分子消光之间一致存在一个S型的过渡区,利用sigmoid函数对此分布形态进行模拟,通过计算该函数上下曲率最大点所在的高度,据此提出了颗粒物分界层Mie散射激光雷达识别的sigmoid算法.针对该算法模拟效果的分析表明,颗粒物分界层过渡区附近大气消光系数理论廓线和实测廓线保持了高度的相关性,二者在春夏秋冬四季的相关系数（R）分别为0.9971±0.0052、0.9935±0.0167、0.9979±0.0038和0.9990±0.0021（均通过α=0.05的显著性检验）.基于sigmoid算法计算的颗粒物分界层过渡区与成都市温江站探空资料得到的逆温层之间存在很好的对应关系.     

降雨-径流过程中土壤表层磷迁移过程的模拟研究

以人工降雨的方法，对巢湖边旱作表层土壤在降雨后所产生的磷迁移过程进行了研究，结果表明：在两种雨强植（70mm和35mm）90min内模拟的降雨过程中，供试的土壤产生两种径流模式：表面径流和土壤内部培中流，降雨强度大，表面径流和壤中流始流时间早，水流量和深度相应高，累积输出也多，相同雨强下，农田作物的覆盖作用胡促进壤中流，减缓表面流，但对始流时间的影响不大，4种模拟土类型的表面径流累积输出的大小顺序为：BN70（降雨量70mm，盖度为0）＞BC70（降雨量70mm，盖度为80％）＞BN35（降雨量35mm，盖度为０）＞ＢＣ３５（降雨量７０mm，盖度为０）＞ＢＣ７０（降雨量７０mm，盖度为８０％）＞ＢＮ３５（降雨量３５mm，盖度为０）＞ＢＣ３５（降雨量35mm,盖度为８０％），培中流的量序为：ＹＣ７０＞ＹＮ７０＞ＹＣ３５＞ＹＮ３５，裸露土壤的总磷浓度曲线呈波浪状递减，作物覆盖土壤则呈均匀缓慢的递减趋势，土壤物理结构和作特特征对溶解性总磷的变化趋势起主导作用，在中到大雨条件下，壤中累积输出的径流量都低于表面流，差幅决定于土培表层界面特征，表面径流中的磷迁移量是土壤中流的３－４倍。