沙尘天气对北京市空气质量的影响及其预测预报

概述了北京市沙尘天气的分类、特征、判别方法,总结了2000—2002年沙尘天气对北京市空气质量的影响情况,提出了沙尘天气影响空气质量的短期(1～2d)预报方法。利用该方法预报了2002年4次主要沙尘天气过程,预报结果都比较准确。研究发现沙尘天气年际变化主要是受气候条件年际变化影响,提出根据气候条件年际变化预测来进行沙尘天气年际变化预测的初步方法。      

中国西北地区一次典型沙尘过程分析

基于卫星遥感资料、再分析数据、数值模式和中国环境监测数据,分析了2018年4月1～4日中国西北地区一次典型的沙尘爆发、输送过程,并探讨了该次沙尘事件对空气质量的影响。结果表明,该次沙尘事件主要是由冷锋和大风引起的,分为两个阶段:4月1～3日,翻越天山和绕流而至的冷空气与该地暖空气交汇形成冷锋,引起塔克拉玛干沙漠起沙,这些沙尘随西风向东输送,使得哈密、嘉峪关、张掖、武威和兰州等城市PM10、PM2.5质量浓度自西向东依次升高,空气污染加重;4月4日,西北风在地形的作用下风力加大,强风掠过植被稀疏地表产生较强的起沙,西北地区多个城市的PM10、PM2.5质量浓度几乎同时剧增,引发了严重的空气污染。其中,PM10是该次沙尘过程中的主要的大气污染物,是导致空气质量下降的主要原因。     

塔里木盆地空中蓄尘库效应对空气质量的影响

利用WRF中尺度天气预报模式耦合GOCART大气化学气溶胶辐射传输模式,对2011年4月27日~5月2日源于我国西北沙尘源区的一次大范围沙尘天气过程进行了数值模拟,并结合MODIS卫星观测资料,发现了塔里木盆地对沙尘气溶胶分布的空中蓄尘库效应.为了对该效应及其对下风向城市空气质量的影响进行验证,期间在兰州大学监测点开展了1h分辨率PM₁₀中水溶性Ca²⁺浓度监测,并结合CALIPSO气溶胶类型垂直分布产品和HYSPLIT气团轨迹模型,利用PSCF方法分析了期间监测点的48h气团后向轨迹.模拟,遥感和监测结果共同表明,塔里木盆地的空中蓄尘库效应会对进入其内部的沙尘气溶胶产生限制-积累作用,若在限制-积累过程中盆地内部近地面风场改变,空中蓄尘库会二次释放沙尘气溶胶,对下风向城市空气质量产生影响.     

沙尘天气过程对北京空气质量的影响

利用气象、沙尘暴特种观测以及环境监测等多种资料,对2010年3月19─22日沙尘天气过程的大气结构、沙尘源地和垂直水平输送条件以及北京近地层气象要素、空气质量的变化特征进行了分析. 结果表明:这次强沙尘暴天气过程是由冷空气短波槽快速东移南下、地面冷锋明显发展东移造成的;前期沙尘源地土壤湿度的减小为起沙提供了有利条件,同时低层存在的较强西北气流将从源地卷起的沙尘输送到下游地区;沙尘发生时,20 m气层内风速迅速增大,气层内垂直方向风速梯度也逐渐增大,相对湿度急剧降至20%～30%之间;受这次沙尘天气影响,北京地区ρ(TSP)以及10个区县的ρ(PM10)均迅速增加,空气质量达到重污染.      

2021年3月14—16日中国北方地区沙尘暴天气过程诊断及沙尘污染输送分析

2021年3月14—16日发生在北方地区的沙尘暴天气过程被认为是近10年来我国出现的最强过程.本文在对此次沙尘暴过程天气学特征分析的基础上,利用 HYSPLIT 模式和 GDAS 资料,运用潜在源贡献因子分析法（PSCF）和浓度权重轨迹分析法（CWT）,探讨了气候变化背景下沙尘输送源与天气系统的配置关系及本次过程中沙尘污染物PM₁₀质量浓度的潜在源区分布及贡献.结果表明,此次过程由强烈发展的蒙古气旋及冷锋过境,高空槽后冷空气持续补充引起,中高层强斜压性使地面蒙古气旋强烈发展,大风卷扬起的沙尘随上升气流输送到高空,并在偏北大风引导下,影响了我国大范围地区.内蒙古东北部至河套地区的强涡度梯度带、500、700 hPa较高的强冷平流中心与下层的温度平流差异以及交替的上升下沉运动为本次北方地区大范围沙尘暴过程提供了动力、热力及不稳定度条件.本次沙尘天气过程中,影响呼和浩特、北京的沙尘传输通道主要为北偏东路,影响银川的沙尘传输通道为西北路和北路,过程受多沙源传输通道影响.萨彦岭、蒙古国南部戈壁沙漠为本次沙尘天气PM₁₀的主要潜在源区,传输过程中混合内蒙古沙源地沙尘.总体来说,蒙古国南部戈壁沙漠对本次过程PM₁₀质量浓度的贡献最大.     

长江三角洲地区大气污染过程分析

针对2015年和2016年12月2个月的4次污染过程,利用中分辨率成像光谱仪（MODIS）Terra卫星的气溶胶光学厚度（AOD）,Angstrom波长指数（AE）气溶胶数据,并结合PM_2.5和PM₁₀的浓度以及比值变化分析,发现以PM_2.5为代表的人为因素产生的细颗粒物是造成研究地区污染发生的重要因素.并且利用MODIS火点数据以及美国海军气溶胶分析与预测系统（NAAPS）模拟分析污染物成分,发现2015年12月12~16日和19~27日2次污染都以人为因素产生的细粒子污染物为主,沙尘以及生物质燃烧产生的烟粒对研究地区影响较小.2016年12月6~10日和15~18日2次污染过程产生的原因不同,利用潜在源贡献因子分析法（PSCF）分析发现6~10日污染天气的产生主要是由西北方向含有大量沙尘粒子气流以及南方生物质燃烧产生的大量烟粒共同输送到研究地区,加之研究地区大量人为污染细粒子的产生,导致了此次混合型污染天气发生.15~18日污染过程与2015年2次污染过程相似,主要原因都在于人为因素产生的细颗粒污染物的影响,沙尘以及烟粒对污染过程起到了加剧的作用.     

珠三角地区典型城市重污染天气案例分析

本文利用天气后报网站的2014年空气质量指数资料、香港科技大学网站的气象要素资料以及利用HYSPLIT-WEB模式,对广州、肇庆、珠海3个典型城市两次重污染天气过程和一次清洁过程进行对比分析,探讨了空气污染与气象要素的关系,结果表明:空气污染与气象条件有着密切的关系:1月的重污染天气过程主要由大陆冷高压变性出海引起,7月的污染过程主要受台风外围下沉气流影响;与清洁过程的气象条件相比,污染过程风速小,且存在逆温,不利于污染物的输送和扩散。后向轨迹的分析进一步证明了珠三角城市间空气污染的相互影响,下风向的珠海受污染情况相比广州、肇庆有一定的延迟。     

2015年春季北京市一次沙尘天气过程分析

采用观测数据与轨迹模拟相结合的方法,综合分析了2015年3月26日-4月1日北京市一次沙尘天气过程中沙尘输送路径、天气形势、污染物浓度的变化特征,结果发现:此次外来沙尘路径为西北路径,沙尘源地位于蒙古国南部的戈壁地区;沙尘在冷空气和地面低压系统作用下快速移动,造成延庆、奥体中心、永乐店3站点PM_(10)2 h左右浓度维持1 000μg/m~3,能见度低于1 km,空气质量急剧恶化;沙尘过境时PM_(10)浓度明显上升,PM_(2.5)浓度受到的影响相对较小,SO_2、NO_2、CO浓度变化不明显;沙尘回流时携带区域污染物进入北京,各项污染物及颗粒物组分浓度出现一定程度的上升;受沙尘影响,Mg~(2+)、Ca~(2+)、Na~+浓度明显上升,峰值浓度分别为0.13、1.29、0.70μg/m~3,分别是年均浓度的1.86倍、2.80倍、2.06倍;沙尘天气过后,扩散条件转差,沙尘与污染天气相继共造成北京市空气质量连续4 d维持中度污染级别。     

基于风廓线雷达对成都地区典型持续性重污染天气的研究

基于风廓线雷达数据、大气污染数据及气象数据对2017年12月17日—2018年1月3日成都地区的一次持续性重污染天气过程进行研究,并对两次污染物浓度爆发式增长阶段的污染原因及污染物来源进行了分析.结果表明:①在这次重污染天气过程中,风廓线雷达高精度的风场资料(包括水平风速、风向、垂直风速、大气折射率结构常数C■)配合其他气象要素在分析两个污染阶段污染物的累积及扩散、输送中可以发挥重要的作用,即当成都地区水平风场风速较小且风向多变时,此时受静稳型天气控制,污染物浓度会快速累积增长,而当出现较强的东北风时,可能会有沙尘污染物的输入,应注意沙尘天气的提前预警.垂直风场中垂直速度和大气折射率结构常数C■的变化往往影响着污染物浓度的变化,由于风廓线雷达具有较高的时间分辨率,因此,对污染天气过程的变化有一定的指示意义.②结合局地环流指数和边界层通风量,重新定义了一种适合成都地区风场特征的通风指数:有效通风量(EVI),从而表明第一阶段污染的主要原因是成都地区由静稳型天气控制,边界层内风场对污染物的稀释扩散能力差,导致污染物累积.③通过后向轨迹模拟并结合PM_(2.5)浓度数据进行聚类分析,认为第二阶段污染主要是东北方向携带有大量沙尘污染物的气团输送到成都地区导致的,与源于西北地区沙尘天气的沙尘输送密切相关.     

近三年乌兰察布市空气污染气象条件分析

利用2015～2017年乌兰察布市空气质量日报数据,分析主要大气污染物及其时间序列变化,并研究气象条件与主要大气污染物之间的相关性。结果表明:当空气质量指数级别达到Ⅲ级(轻度污染)或以上时,首要污染物以PM2.5、PM10和O_3为主。PM2.5污染多发生在冷高压控制下的冬季,大气层结稳定、降水少不利于污染物的清除;PM10污染多发生在春季,此时冷暖空气活动频繁,蒙古气旋多发,易形成大风、扬沙、空气干燥的气象条件;O_3污染主要出现在夏季,较高气温和强烈日照造成光化学作用,催化O_3的大量产生。不同季节的气候特征对空气质量影响显著,天气系统和各个气象要素也与污染的形成有密切关系。     

深圳市一次典型污染天气污染特征分析研究——以2016年3月空气质量为例

2016年3月31日,深圳市及其周边地区出现典型的区域性空气污染事件,多数地区的AQI超过了100.主要污染物浓度和气象要素的逐小时变化表明,该次污染天气主要是在不利气象条件下,由污染物区域传输和二次污染物生成共同导致的.进一步的后向轨迹分析表明,污染日抵达深圳市的气团可能从东莞、广州和佛山等地区携带了大量污染物,并且移动速度缓慢,造成了深圳较为严重的污染天气,而污染日前和污染日后抵达深圳市的气团有利于污染物的稀释扩散,因此空气质量较好.     

2021年中国北方首次沙尘天气的多源遥感分析

利用多源遥感数据和NCEP再分析资料,从沙尘源区的地理环境和气候特征出发,对2021年中国北方首次沙尘天气事件每日的大气环流形势以及沙尘的水平,垂直分布特征进行深入的研究分析.结果表明:源区内异常增温,降水稀少的气候背景下致使大面积裸露松散的土壤含水量较低,为大范围,高强度沙尘天气的形成提供了物质基础;频繁活动的冷空气,是沙尘天气爆发的动力因子.沙尘在强风中沿东南方向向下游地区输送和扩散,中国西北,华北,黄淮,江淮,江汉地区和江南北部等地先后受到沙尘天气的影响,空气质量迅速恶化,首要污染物为PM₁₀.此外,沙尘气溶胶东移也波及朝鲜半岛,日本等下游地区.在输送过程中,内陆地区沙尘主要分布在1~6km,而下游地区的沙尘则集中分布在2km高度附近,粒径较大的沙尘出现在近地表的频率较高,较小的颗粒主要分布在对流层中下层.     

北京市一次先PM2.5后沙尘污染过程特征及预报效果分析

该文利用韩国天气图、中国气象局气象要素、PM_2.5和PM₁₀质量浓度及NAQPMS模式模拟资料对2021年3月8-17日的一次先PM_2.5污染后沙尘传输作用的污染过程对空气质量影响、形成原因及数值模型预报效果进行了初步分析。结果表明：此次污染过程造成北京市空气质量持续10 d超标,污染过程主要经历2个不同的阶段,第一阶段为以PM_2.5为首污阶段(8-14日)：不利的大气扩散条件叠加区域传输影响,导致北京市持续68 h空气重污染,PM_2.5峰值浓度达到264μg/m³;第二阶段为沙尘影响阶段,前期受上游强沙尘影响而形成的PM₁₀峰值浓度超过7 000μg/m³的严重污染过程,后期在西南风作用下受沙尘回流影响。此次污染过程的成因PM_2.5污染时段为静稳、高湿度、偏南风的不利大气扩散条件影响,数值模式结果表明区域传输达到69%;沙尘污染时段随着蒙古气旋的发展引起冷空气南下造成华北地区、华中、华东等...     

河西走廊东部沙尘日变化特征及其与气象因子的关系

沙尘天气是河西走廊东部多发的灾害天气之一.为提高河西走廊东部沙尘天气的预测、预报、预警水平,更好地预防沙尘灾害和沙尘天气对空气质量的污染.利用河西走廊东部5个气象站1960-2016年逐日沙尘（包括浮尘、扬沙及沙尘暴）资料和四季平均气温、最高气温、最低气温、平均风速、大风日、蒸发量、降水量、相对湿度等资料,运用统计学方法分析了河西走廊东部各强度沙尘日的时空分布特征以及沙尘日与气象因子的相关性.结果表明:受海拔、地形地貌以及天气系统等影响,各强度沙尘日（除浮尘外）由东北向西南呈递减趋势.年代、年各强度沙尘日呈显著减少趋势,沙尘暴、扬沙、浮尘递减率分别为-2.436、-5.277、-5.719 d/（10 a）,气候趋势系数均通过了α=0.01的显著性水平检验.年沙尘日的时间序列均存在着6~8 a的准周期变化.各强度沙尘日均为春季最多,秋季最少,且各季节沙尘日均呈显著减少趋势,递减率为春季>夏季>冬季>秋季,气候趋势系数均通过了α=0.01的显著性水平检验.各强度沙尘日月变化比较一致,高峰值出现在4月,低谷值出现在9月.气象因子对沙尘天气有一定的影响,同一季节气象因子对各强度沙尘日的影响相对一致,但不同的季节气象因子对各强度沙尘日的影响不一致.热力因子和动力因子是影响沙尘天气的主导因子,水分因子的影响较弱.研究显示,气候变暖、冷空气活动频次和强度减弱是沙尘日减少的主要原因之一,大气环流的季节性转变是沙尘天气季节性变化的主要原因.      

北京春季一次沙尘气溶胶污染过程观测

利用大气物理综合观测资料分析了2013年3月9日北京市一次沙尘过程前后的气溶胶粒径变化情况和垂直分布特性,比较了霾-沙交替的污染特征差异,并对沙尘来源及传输过程进行解析.结果表明:沙尘开始前近地面为细颗粒物主导的干霾气溶胶污染,该过程在污染物出现分层抬升扩散后得到缓解,地面ρ(PM_(2.5))/ρ(PM_(10))最高达0.93.外源输送抵达的浮尘分布在上空800~2500m范围内,退偏振比平均0.35,明显高于霾气溶胶层.沙尘初期的锋前大风使边界层抬升至900m以上,浮尘向下与本地扬尘混合,使近地污染转为以粗颗粒增加为主,扬沙天气爆发,ρ(PM_(10))小时值增至920μg/m~3,退偏振比增至0.4,地面上3000m范围均有沙尘粒子分布.冷锋配合蒙古气旋是造成此次沙尘的主要天气系统,不断加深发展的高空槽和地面气旋上升气流为外蒙沙尘推进和传输提供了动力条件.     

江苏省一次典型沙尘污染过程分析

2021年4月16日至4月18日江苏省经历了一次受沙尘影响的重污染过程.本次过程沙源地为蒙古国中南部及中国内蒙古中西部地区,在蒙古气旋后部西北大风影响下,沙尘气团自西北向东南影响了中国多个省市和地区.江苏省自16日起逐渐受到沙尘过程影响,苏北城市ρ(PM10)从凌晨开始迅速升高,浓度最高达569μg/m3,空气质量达严重污染级别.17日,受蒙古气旋后部冷高压带来的偏北风影响,沙尘气团位置明显南移,多数沿江城市PM10开始上升,空气质量达中度污染级别.至17日夜间,本次影响江苏省的沙尘过程基本结束.沙尘影响期间,江苏各市不仅ρ(PM10)浓度快速上升,同时ρ(PM2.5)/ρ(PM10)比值也明显下降,由受沙尘影响前的介于0.60～0.75之间迅速降至介于0.15～0.23之间.     

2008-2012年包头市空气质量变化分析

本文依据包头市环保局提供的该市每日空气质量实况日均值,对该市2008-2012年空气质量变化,特别是Ⅲ级/轻微污染以上日的天气特点进行了分析。结果表明,近5 a(2008-2012)里,按照国家《环境空气质量标准》(GB3095-1996),包头市空气质量较好,Ⅰ级优天数逐年增多,Ⅲ级/轻微污染以上日逐年减少,本市Ⅲ级/轻微污染以上日的空气质量主要介于Ⅲ级/轻微污染与Ⅲ级/轻度污染之间;包头市Ⅲ级/轻微污染以上日的首要污染物年和季节变化较显著;强沙尘或沙尘暴天气是本市出现严重污染的主要灾害性天气因素。     

沙尘天气对我国北方城市大气环境质量的影响

采用2001—2006年沙尘天气的统计数据以及城市空气污染指数(API),分析了沙尘天气对沙尘源区和影响区代表城市的空气质量影响,并分析了2005—2007年兰州和北京春季沙尘天气与非沙尘天气下气溶胶光学厚度与波长指数的变化特征.结果表明:近些年沙尘天气呈先减少后略微增加但总体呈缓慢下降的趋势;春季沙尘天气加重了城市大气污染,对沙尘源区内代表城市的影响超过了区域本底污染指数的50%,使兰州、银川、呼和浩特和包头的春季非沙尘天气API平均值分别增加了64%,53%,86%和90%;使影响区内代表城市,如北京、天津、太原、石家庄、沈阳、济南、西安和郑州的春季非沙尘天气API平均值分别增加了85%,62%,49%,57%,29%,41%,27%和45%;沙尘天气使城市大气气溶胶光学厚度升高,气溶胶波长指数降低.      

基于主成分分析的呼和浩特市空气质量影响因素研究

空气质量指数是一种评价大气环境质量状况简单而直观的指标,可用于大气环境质量评价以及污染控制和管理。利用呼和浩特市城区PM2.5监测点数据和气象数据,以空气质量指数法为依据,采用主成分分析法对影响呼和浩特市城区空气质量的主要因素进行分析,并利用方差分析法分析了气象因素对空气质量的影响。结果表明:影响呼和浩特市城区空气质量的主要因素是PM10、CO和SO2;天气寒冷、空气相对干燥、风大以及季节变化对该市空气质量会产生显著性的影响。     

南京市两次秋季污染过程及成因分析

为探究南京秋季污染过程的特征和影响因素,利用MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)传感器获得的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth)、波长指数(Angstrom Exponent)、火点数据及CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar And Infrared Pathfinder Satellite Observations)卫星数据和来自NECP、MICAPS的温度、相对湿度、风向风速等常规气象要素数据,对南京2015年10月、2016年9月两次污染过程进行分析.研究结果表明:两次污染过程的AE412-470值(埃斯特朗波长指数α)均高于1,由此判断两次污染均以人为排放产生的细粒子为主.但2015年10月的AE412-470值明显低于2016年9月,说明在2015年10月污染过程中粗粒子所占比重高于2016年9月.结合对后向轨迹的分析发现,南京地区2015年10月污染天气的发生还受长距离输送的影响,污染源主要为来自内蒙古、山西等地的污染型沙尘粒子.研究还发现,较高的相对湿度、较低的地表风速、低混合层高度及贴地逆温等气象条件会导致污染物难以扩散稀释而累积在南京地区,造成该区域在秋季出现较严重的污染天气.