台风过程珠江三角洲边界层特征及其对空气质量的影响

利用2006年7月珠江三角洲南北向3个点为期1个月的小球测风、低空探空资料及9个地面气象站逐时风向、风速资料,通过计算和分析风、温梯度资料,研究了台风过程珠江三角洲边界层特征及其对珠江三角洲地区空气质量的影响,重点分析了台风下沉气流影响导致灰霾天气期间的边界层结构.结果表明,2006年7月珠江三角洲地区空气质量主要受2个台风过程影响,当台风中心位于粤东及福建以东海域时,台风外围的下沉气流会对珠江三角洲地区的空气质量产生强烈影响,出现灰霾天气.在台风登陆前出现灰霾日时,珠江三角洲被均压场所控制,大部分区域为静小风,沿海地区会出现局地的海陆风,边界层风速较小.在200~500m低空会出现逆温层,同时最大混合层高度迅速下降到不足500m.     

广州市城区干湿季黑碳气溶胶污染特征及来源分析

为了解广州市城区不同季节黑碳气溶胶(BC)的时间变化规律及污染特征,利用广州市天河区暨南大学大气超级监测站AE-33黑碳仪在2015年干季(10、11月)和2016年湿季(4、5月)观测得到的BC数据及常规气象资料,针对BC在不同时间段的污染特征及来源进行了分析.结果表明:广州城区干季和湿季的BC平均浓度分别为(3.75±2.55)、(2.62±1.39)μg·m~(-3),本底浓度分别为(2.09±0.61)、(1.85±0.49)μg·m~(-3),干季BC污染较湿季严重,干季BC变化范围大于湿季;广州城区BC浓度呈白天低,夜间高的特点,BC波动在夜间更加剧烈;干湿两季的BC日变化特征有明显差异,干季呈现"双峰形",湿季呈现"单峰形";基于AAE的分析得出广州城区BC主要来源于化石燃料燃烧,干季AAE值大于湿季,是由于干季广州周边地区生物质燃烧事件增多,导致干季生物质燃烧对广州城区BC的贡献大于湿季.     

环首都圈霾和雾的长期变化特征与典型个例的近地层输送条件

为了研究环首都圈京津冀晋4省市霾和雾的长期变化特征与典型个例的近地层输送条件,使用京津冀晋长期气象资料和高分辨率自动气象站资料,分析了环首都圈霾和雾天气的长期变化趋势,与使用矢量和算法分析典型个例气流停滞区的形成过程.结果表明,在1950—1960年代,环首都圈京津冀晋4省市霾日非常少,1970年代开始增多,1980年代以后明显增多,并形成几个霾日集中区,比较明显的是邯郸-邢台-石家庄-保定-北京-天津的带状分布,还有太原及以南的带状分布,最为严重的情况出现在1996—2000年,2000年以后有一定减少.北京1950年代霾日比较多,最多达到1年有160 d以上霾日,与同期沙尘天气偏多相关联,随着在首都周边地区的大规模植树造林,到1967年,霾日已经减少到1年不足10 d,1970年代以后北京的能见度急剧恶化导致霾日迅速增加,到1980年代初增加到220 d以上,一直到1999年前后北京的霾日维持在每年160~200 d左右;2000年以后到北京奥运会前后,霾日持续下降,到2010年霾日仅有56 d,2012年有所反弹,增加到91 d.北京及华北地区霾日季节分布突出的特点是除去采暖季有较多的霾日外,在盛夏季节霾日也明显多,集中出现在6—9月,尤其是盛夏季节的7—8月,与所谓的桑拿天同期出现,这与全国大部分城市的变化趋势完全不同.霾过程的发生和矢量和的大小存在较为明显的正相关关系.霾过程中,在华北平原均出现明显的气流停滞区,区域矢量和很小,不利于空气中污染物的水平扩散;清洁过程时华北4省市尤其是北京地区受明显的西北气流影响,风矢量和为较一致的偏北方向,水平扩散条件较好,较利于污染物的扩散,对应同期能见度较高.京津冀西侧、北侧靠山、东邻渤海,尤其是北京小平原三面环山.太行山、燕山和军都山形成的"弓状山脉"对冷空气活动起到了阻挡和削弱作用,导致山前暖区空气流动性较小形成气流停滞区、污染物和水汽容易聚集从而有利于霾和雾的形成.由于受太行山的阻挡和背风坡气流下沉作用的影响,使得沿北京、保定、石家庄、邢台和邯郸一线的污染物不易扩散,形成一条西南-东北走向的高污染带,华北平原偏南气流的弱辐合作用和也加重了北京的污染.山西省的高浓度污染物亦在低空偏南气流输送下沿桑干河河谷和洋河河谷以及滹沱河-拒马河河谷向北京输送.河北中南部与山西诸河谷的累积污染带叠加近地层输送流场是造成北京严重霾天气过程的重要原因之一.     

广州城区黑碳气溶胶吸光增强特性研究

本研究运用最小相关系数法（MRS）,使用元素碳（EC）作为示踪物,得到一次排放的质量吸光效率（MAE_p）,结合黑碳仪（AE33）和有机碳/元素碳分析仪获得实测的质量吸光效率MAE_t,进而通过MAE_t/MAE_p的比值得出吸光增强系数（E_abs）.采样站点位于广州市城区暨南大学大气超级监测站,采样时间涵盖了干季（2019年1月26日~3月31日）和湿季（2018年5月1日~7月31日）.对广州市城区的黑碳气溶胶及其光学特征进行分析,EC在干季的平均浓度（1.93±1.38）μgC/m³高于湿季（1.46±0.75）μgC/m³,而E_abs520在干季的均值（1.26±0.34）低于湿季（1.63±0.55）.E_abs520在干湿季的日变化差异明显,但有机碳（OC）、EC、OC/EC、波长指数（AAE_470-660）均为干季高于湿季.分析发现气溶胶负载补偿参数k值与E_abs520在湿季呈现出较好的相关性,而在干季相关性较差,可能与生物质燃烧的影响有关;探讨了O₃、NO₂和SOC/OC对E_abs520的影响,在干季O₃与E_abs520的相关性较差（R²=0.21）,在湿季较好（R²=0.46）,SOC/OC却展现出了相反的关系,而NO₂在干季和湿季与E_abs520的相关性都较差（R²=0.01）,并发现温度对E_abs520存在一定的影响.通过后向轨迹聚类分析发现,长距离传输气团的的黑碳E_abs520值较高.     

广州地区典型清洁与污染过程的大气湍流与物质交换特征

利用2004年5月至2005年8月在广州番禺观测的一套陆气相互作用资料,结合污染物浓度资料分析广州地区污染过程与清洁过程的湍流交换特征,重点分析了近地层稳定度、风、湍流能量、物质通量与污染物的关系.分析表明平均风速与平均湍流能量的相关系数高达0.9以上,风速越大湍流能量也越大;污染物浓度与平均风速、湍流能量的相关性较高,其次是与水汽通量,均呈显著的负相关关系.污染过程期间平均风速、湍流能量与水汽通量仅为清洁过程的0.48、0.59、0.51倍,不利于污染物平流与扩散的气象条件降低一半,导致污染物的累积可达3~6倍.污染过程期间污染物之间存在较好的相关,尤其是PM10与NO2之间的相关性较高;而在清洁过程期间,污染物之间的相关性显著下降,PM10与NO2之间的相关性很低.     

东莞与帽峰山黑碳气溶胶浓度变化特征的对比

将东莞(海拔30m,位于平原地区)与帽峰山(海拔550m,位于山地地区)的黑碳气溶胶(BC)浓度进行对比,结果表明,东莞地区BC浓度年均值为5.27mg/m3,帽峰山BC浓度值为2.43mg/m3,两个站点的浓度都比位于珠三角核心区的南村站浓度(8.42μg/m3)低.雨季,东莞与帽峰山BC浓度的日变化特征在中午呈现反位相,这是因为两站近地层受上升气流控制,热对流把地面的BC气溶胶带至高空,地面浓度下降,东莞出现谷值,而高空有了地面的垂直输送补充,帽峰山出现峰值.旱季,华南地区受高压控制,微弱下沉气流对于BC的垂直输送不利,BC的扩散以平流扩散为主,两地日变化情况相近.此外,受BC源远近的影响,东莞的逐月变化(标准差为0.60μg/m3)大于帽峰山(标准差为0.14 μg/m3).通过分析BC吸收系数的波长幂指数α探讨可能的污染来源,发现两地的α值均接近于1,说明两地BC的污染来源相同,均来自于化石燃料的燃烧.     

珠三角干季海陆风特征及其对空气质量影响的观测

通过2004年10月在珠江三角洲（以下简称“珠三角”）开展大气边界层观测试验得到的垂直风温资料和逐时PM_2.5浓度资料,利用局地环流指数（RF）等方法研究了珠三角海陆风特征及其对空气质量的影响.结果表明：局地环流指数是表征局地大气输送能力的有效指标;冷暖气团对峙导致珠三角污染日背景风场较弱,沿海海陆风活动活跃,空气质量指数与RF系数相关性颇高,珠三角沿海100~400m处RF系数值主要分布在0.5~0.8之间;在海陆风影响下低层风场的有效输送能力较弱,不利于污染物的输送扩散.而随着冷空气全面控制珠三角,垂直风场RF系数值高达0.9以上,海陆风难以发展,风场输送能力强,能够持续的将污染物输送出去.观测发现沿海观测点试验期间海陆风发生频率约为47.8%,其中72.7%的海陆风日出现了污染天气,海陆风日地面风向呈现出明显的随时间顺时针偏转特征,海风约从16：00时开始出现,并在20：00达到最大影响高度约为600~800m.夜间海风将污染物输送回内陆观测点,导致内陆PM_2.5浓度在19：00~21：00时出现浓度峰值,呈现出明显的双峰结构.     

珠江三角洲气溶胶云造成的严重灰霾天气

大气气溶胶的气候效应和环境效应研究是当今国际科技界的热门课题。近几年来，珠江三角洲地区的气溶胶污染日趋严重，气溶胶云一年四季都可以出现，造成空气质量和能见度下降。2003年10月底至11月初，珠江三角洲出现了一次空气质量和能见度均十分恶劣的灾害性极端气候事件。通过分析，发现其形成原因主要与台风在周边地区活动，形成该地区持续性下沉气流，使得混合层被明显挤压变薄有关。文章指出，系统认识珠江三角洲大气灰霾的形成机制、影响及其控制途径，建立和发展相应的预测、预报系统将为制定这一灾害性气候事件的控制标准和综合防治对策提供稳定的科学支持。     

灰霾天气的形成与演化

由于经济规模迅速扩大和城市化进程加快,大气气溶胶污染日趋严重,由气溶胶造成的能见度恶化事件越来越多,这些人类活动排放的污染物,包括直接排放的气溶胶和气态污染物通过化学转化与光化学转化形成的细粒子二次气溶胶,可形成灰霾(特指人类活动源排放的大气污染物诱发的低能见度事件),致使能见度下降。我国东部地区灰霾天气迅速增加,灰霾天气的本质是细粒子气溶胶污染,与光化学烟雾相关联,形成灰霾天气的气溶胶组成非常复杂。近年来由于灰霾天气日趋严重引发的环境效应问题和气溶胶辐射强迫引发的气候效应问题,广泛地引起科学界、政府部门和社会公众的关注,而成为热门话题。文章讨论了目前对灰霾天气的认识,灰霾的定义与判别标准,灰霾天气与光化学烟雾、气象条件的关系,也涉及灰霾天气对人体健康的影响。展望了灰霾研究的前景与主要研究方向和内容。     

沿海城市灰霾天气与海盐氯损耗机制的关系

随着经济规模迅速扩大和城市化进程加快,大气气溶胶污染日趋严重,由细粒子气溶胶造成的能见度恶化事件越来越多,这些人类活动排放的污染物,可形成灰霾天气致使能见度下降。尤其值得注意的是沿海城市灰霾天气增长较快,沿海城市灰霾天气增多与海盐气溶胶粒子的氯损耗机制关系密切。我国30年前在粉尘污染时代建立的空气质量评价体系,已经远远不能描述新型复合空气污染类型,尤其是不能描述细粒子污染的情况,能见度的恶化主要与细粒子的浓度关系比较大,而与气溶胶的质量浓度关系不大。能见度与PM2.5尤其是PM1有非常好的关系,因而目前用能见度来描述灰霾天气是最好的指标。