WRF模式中城市冠层参数化方案在重庆气象环境模拟中的性能比较

目前,耦合在WRF模式中的城市冠层方案包括单层冠层方案（UCM）、多层冠层方案(BEP)以及考虑室内外大气能量交换的多层冠层方案(BEP+BEM)。以2006年高温伏旱天气为背景,典型的拥有高密建筑物的山地城市重庆为研究对象,采用高分辨率的GIS数据替换USGS地形数据,对WRF中的3种城市冠层方案进行了两天的模拟。结果表明：（1）在不采用城市冠层方案时模拟的气温场和风场效果较差,2 m气温模拟值与观测值的均方差达到32℃;（2）在10个城市站点2 m气温的模拟中,BEP+BEM、BEP、UCM方案与观测值的模拟值与观测值的均方差为13℃、14℃、21℃,UCM方案相对较差,BEP+BEM方案最好;（3）在10 m风速的模拟中,单层方案结果偏大,两种多层方案与观测值有较好的一致性,二者差别较小。3种方案都能模拟出大致的风向     

2002-2011年乌鲁木齐市API指数变化特征

文章利用乌鲁木齐市2002-2011年之间的空气污染指数(API)日报和同期气象要素数据,研究了API指数的变化特征,讨论了与气象要素间的相关关系。结果表明,API指数在10 a中呈下降趋势,年变化系数为-3.2。大气质量良好率在59.1%~77.4%之间变化。API指数呈显著季节差异,冬季较高,夏季最低。API指数Ⅰ级天数在春季、夏季和秋季分布占总天数的9.34%~34.82%。Ⅲ级以上天数在冬季较高,达到82.97%。月均API指数与本站气压和相对湿度呈现正相关,与风速、气温、平均水汽压和日照时数呈现负相关。而季节平均API指数与气象要素有一致的相关关系,且相关系数都有显著增大。API指数与气象要素在不同污染级别下,相关性变化较大。西北气流往往带来较低的API指数,而偏东气流往往伴随着污染日。     

京津冀大气污染的时空分布与人口暴露

经济的快速发展和城市化导致京津冀地区的空气质量不断恶化,已经引起学术界广泛的关注.为了揭示近年来京津冀地区大气污染状况,本研究基于中国空气质量在线监测分析平台发布的PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、CO、NO_2和O_3_8 h_max长期监测数据,采用统计学的方法分析了2014—2018年京津冀13个市这6种污染物的时空变化特征,结合各城市人口数据,评估了在此背景下该地区PM_(2.5)和O_3_8 h_max的人口暴露风险.结果表明:京津冀地区PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、CO和NO_2近年来整体上呈下降趋势,而O_3_8 h_max则呈上升趋势.总体而言,PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、CO和NO_2表现为冬季最高、春秋季次之、夏季最低的特征,而O_3_8 h_max则表现为夏季春季秋季冬季的特点,并在月变化上呈倒"V"型,从1月份开始逐渐上升,在6月份达到峰值,而后又逐渐下降.空间上,PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、CO和NO_2呈现南高北低的分布特征,而O_3_8 h_max在2014—2016年呈现北高南低的分布特征,但在2017—2018年则呈现南高北低的分布特点.此外,京津冀北部地区PM_(2.5)的来源主要是一次气溶胶,而二次气溶胶是中部地区PM_(2.5)的主要来源.除秦皇岛、承德和张家口外,其他城市细粒子在颗粒物中占的比重较大.随着近年来PM_(2.5)浓度的降低,暴露于高浓度的PM_(2.5)中的人口比例逐年减少,但距离年平均浓度限值还相差很远.除2014年外,暴露在O_3浓度超标情况下的人口在2015—2017年逐渐上升.     

正交与斜交旋转主成分分析法在气象因子影响细颗粒物研究中的应用

基于cost733模型及大量再分析资料、观测资料,对2013—2019年冬季海平面气压及近地面风场进行正交和斜交旋转主成分分析,讨论这两种分型方法及不同分型数量下我国天气形势、降水及细颗粒物（PM_2.5）的差异.结果表明,斜交旋转主成分分析法相比于正交方法,划分的天气形势更具代表性,其中,划分为4类天气形势最具代表性,即西伯利亚冷高压影响范围最广、出现频率最高的Type1;西伯利亚冷高压强度最弱、出现频率最低、重度污染站点比例最大、污染最重的Type2;京津冀等地容易出现锋面天气、降水强度最大、清洁站点比例最大、污染最轻的Type3;受东北部深厚冷低压影响、重污染较少的Type 4.     

北京不同污染事件期间气溶胶光学特性

利用2005~2011年的AERONET观测数据,对北京不同污染事件期间(秸秆焚烧、烟花燃放以及沙尘天气)气溶胶光学特性进行了分析.气溶胶光学厚度受污染有显著上升,沙尘、秸秆、烟花气溶胶的AOD440 nm分别是干净背景的4.91、4.07、2.65倍.AOD与ngstrm波长指数的匹配能够较好地识别污染类型,沙尘对应高AOD和低α,烟花气溶胶α(1.09)稍低于秸秆(1.21)以及背景(1.27),表明烟花气溶胶的粗粒子更占优,秸秆对应更高的AOD则与其中黑碳颗粒较强的消光能力有关.单次散射反照率对波长敏感性不高,沙尘气溶胶的ω值(0.934)高于背景值(0.878)、秸秆气溶胶(0.921)以及烟花气溶胶(0.905),秸秆气溶胶受烟羽老化、吸湿性增长等影响表现出偏大现象.气溶胶粒子谱分布在背景与污染期间均为双峰模态,细模态和粗模态的峰值浓度半径分别为0.1~0.2μm以及2.24~3.85μm,粗细粒子浓度比值由小到大依次为背景(1.04)、秸秆焚烧(1.10)、烟花燃放(1.91)以及沙尘气溶胶(4.96).     

南京冬季市区和郊区气溶胶中PAHs浓度的昼夜特征及粒径分布

为了研究南京市区与郊区气溶胶中多环芳烃(PAHs)污染状况和分布特征,利用气-质联用仪(GC-MS)分析了2010年1月1～10日日间和夜间分别在南京大学和南京信息工程大学采集的气溶胶样品,得到南京市区与郊区17种PAHs浓度,总浓度分别为41.36～220.35 ng.m-3和45.10～200.86 ng.m-3,其中约66%～67%分布于细粒子(Dp≤2.1μm)中.研究发现,南京市区和郊区气溶胶中PAH总浓度均处于较高的水平;但两者昼夜变化趋势不同,即市区PAH总浓度日间高于夜间,郊区PAH总浓度日间低于夜间.主导风向的改变和高压天气系统对PAH浓度变化影响较大;在市区其影响主要表现在细粒子部分,而郊区主要表现在粗粒子部分.市区和郊区不同环数的PAHs粒径分布不同;2～3环PAHs,郊区含量高于市区;而4～6环PAHs,市区含量高于郊区.高环数(4～6环)PAHs在粗模态出现较大浓度峰可能是由于南京地区粗模态气溶胶中碳含量较高.市区和郊区相似的特征比值说明两者的PAHs具有相同污染来源,主要为生物质及煤的燃烧和汽车尾气,表明南京市区PAHs受到郊区工业源排放影响较大.     

秸秆焚烧影响南京空气质量的成因探讨

综合利用卫星遥感的火点和云覆盖信息,结合气团后向轨迹分析,探讨了由秸秆焚烧造成的空气污染物的区域尺度输送和本地源对城市空气质量的影响.结果表明,在一定气象条件下,污染物可以发生区域尺度的输送,上风火点与下风城市的污染有明显的相关,将空气污染分为局地型(如,2006年5月31日、2009年11月8日)、区域型(如,2008年10月28日),以及局地区域相结合型(如,2006年6月14日、2007年6月5日、2008年6月2日)3种.应用本文的方法,在有云时,可以通过部分火点和气团后向轨迹分析推测污染物源地.空气污染气象条件分析表明,秸秆焚烧若伴随高空(500hPa)有槽(或位于槽前),低空存在弱切变,气流由周边向中心辐合;同时,若在均压场控制下,等压线稀疏,风速较小或静风,污染物则易积聚而不易输送;逆温层的形成将污染物禁锢在混合层以下,不利于垂直扩散;再加上较大的相对湿度,有利于霾的形成,造成严重空气污染.     

京津冀地区一次污染过程的星载地基激光雷达联合观测分析

针对2018年3月9—15日京津冀地区的一次空气重污染过程,进行了基于地基颗粒物激光雷达组网的星载-地基联合观测分析。颗粒物激光雷达观测到污染前期为局地污染累积过程,中期有明显的污染物区域传输过程,北京受太行山沿线城市污染输送影响较大。风廓线激光雷达观测结果表明:此次污染过程近地面主要为偏南风且风力较弱,冷空气到来时风向转为较强东北风,导致污染消散。微波辐射计观测到保定在污染过程中出现持续6 d的逆温层,同时在污染过程中近地面相对湿度较高,逆温层被打破后污染开始消散。在污染过程的各个阶段中,污染团的空间分布与变化特征均被很好地反映出来,可见地天联合观测对污染物的累积与输送研究有较大的意义,能对京津冀及周边地区的大气污染联防联控提供有力支持。     

基于地基MAX-DOAS和TROPOMI卫星遥感的南京地区大气NO2污染特征

基于2018年5月至2020年12月多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)于南京北郊的观测资料,反演了二氧化氮(NO₂)垂直柱浓度与垂直廓线,分析了对流层NO₂的污染特征,并与最新的TROPOMI NO₂产品进行了对比分析.MAX-DOAS观测结果表明,南京北郊的NO₂受温度和太阳辐射影响,呈现出夏季低冬季高、正午低早晚高的变化特征,且主要源于东南方向的污染输送.对比发现,TROPOMI数据与MAX-DOAS在春、秋、冬三季相关系数高于0.7,但在夏季由于多云及低浓度NO₂,相关系数仅为0.544.此外,TROPOMI观测到了南京城区与长三角地区的主要污染热点,与MAX-DOAS高污染方向一致.同时,MAX-DOAS与TROPOMI均观测到了2020年春节后16～30d由于COVID-19封控,NO₂浓度相比2019年和2021年同期减少了50%以上,说明观测点的NO₂污染主要由人类活动产生.     

冬季烟塔合一烟气排放特性及其改善措施研究

针对烟塔合一冷却塔(Natural Draft Dry Cooling Tower,NDDCT)在冬季关闭冷却塔百叶窗时存在烟气排放困难的现象,以及导致冷却塔内污染物浓度大幅升高、进而增加冷却塔内壁腐蚀风险的问题,提出了增加烟囱高度的改善措施,并开展了风洞试验。基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法建立了烟塔合一数值模型以获得冷却塔内部流场和污染物浓度场的分布特性,模拟对比了春季工况和冬季工况条件下烟塔合一冷却塔内部及出口位置的流场和烟气扩散特性。结果表明,由于百叶窗关闭导致冷却塔的通气量和换热量大幅度下降,冷却塔内部的流场变得杂乱无章,污染物质量分数大大增加。与春季相比,冬季冷却塔内壁污染物最大质量分数增加了1.5倍。随烟囱高度增加,烟气可以凭借其初始动能抵御冷却塔内的湍流冲出塔外,冷却塔内部的烟气扩散情况逐渐改善。定性风洞试验结果较好地验证了数值模拟结果,验证了该方法的可行性。虽然增加烟囱高度会增加施工初期的投资,但该方案能有效降低冷却塔的腐蚀风险,不但节省了后期防腐的投资,而且降低了安全风险。从长远来看,该措施利大于弊。