2016冬季京津冀一次持续重度霾天气过程分析

2016年12月16~21日我国京津冀地区发生了一次持续重度霾天气过程.为了进一步加深对霾的认识和提高对霾的分析预报能力,利用多种资料,对此次重度霾天气过程的环流背景和气象要素等进行了综合性分析.结果表明,此次过程持续时间长,污染强度大,影响范围广,能见度低,以外来输送为主,气溶胶主要分布在600 m以下高度,有一定的极端异常性,静稳天气指数与空气质量指数有较好的对应关系;京津冀地区高空受高压脊前的纬向环流控制,维持偏西气流,冷空气活动弱,以下沉气流为主,水汽含量较低,高空云量较少,低空有暖脊北伸,地面位于高压东南部,受均压场控制,气压梯度较小,受偏南风影响,污染物易于堆积;地面静小风,相对湿度较高,混合层高度较低,不利于污染物的水平和垂直扩散.     

沈阳地区霾的环境特征研究

利用沈阳市1961—2009年的气象资料,分析了霾天气出现的年季特征及其天气形势特征。利用边界层气象资料与污染物质量浓度资料对特定的霾过程从边界层到污染物质量浓度条件进行了分析。结果表明：沈阳地区霾的出现呈现逐年上升的趋势,近5 a平均每年为120 d左右,目前霾天数已经占到了全年的30%~40%。冬秋季节出现霾天气较多,秋冬两季霾日数占全年霾日总数的75%。凌晨到上午是霾出现的高发期,02—08时霾出现频率占总霾数的44.5%。霾的出现主要发生在冬秋季节冷空气势力不强,大气扩散能力较弱,边界层出现逆温时刻。接地逆温层厚度常常稳定在200~300 m高度左右,PM10质量浓度与能见度（霾）呈负相关,相关系数-0.402 7。风速与能见度（霾）呈正相关,相关系数为0.886 4。     

南京冬季典型霾天气过程多元对比分析

选取2017～2020南京地区冬季3个典型霾天气过程,综合分析了霾天气过程中污染物、气象要素以及边界层条件等影响机制与特征变化.结果表明,3次过程中,AQI指数峰值分别为304(严重污染)、227(重度污染)与176(中度污染),且与PM2.5、PM10浓度变化基本趋于一致,PM25与PM10比值基本都大于0.7;污染...     

2018年石家庄市秋冬季典型霾污染特征

依托河北省灰霾污染防治重点实验室,对2018年10月31日至12月3日期间石家庄市大气PM_(2.5)的质量浓度和化学组分进行连续在线观测,解析石家庄市秋末冬初典型灰霾过程的特征.观测期间,石家庄市共发生4次霾污染过程,PM_(2.5)均为首要污染物,日均浓度最大值分别为154、228、379和223μg·m~(-3),达到重度污染甚至严重污染.PM_(2.5)主要组分为无机水溶性离子(WSII)和含碳气溶胶,两者质量浓度的平均占比分别为(60. 7±15. 6)%和(21. 6±9. 7)%.相比优良天,两者浓度分别上升了4. 4倍和3. 1倍,是霾污染形成的主要原因.WSII中NO_3~-为首要成分,SO_4~(2-)和NH_4~+次之,三者(SNA)质量浓度之和占WSII质量浓度的(91. 5±17. 3)%,污染期间SNA的暴发式增长是推高PM_(2.5)浓度的主要原因.非高湿条件下,单位质量NO_3~-和SO_4~(2-)的变化速率差异不明显,高湿条件触发SO_2的液相氧化过程后,SO_4~(2-)二次转化被显著促进.大气处于富NH_3状态,PM_(2.5)中n(NH_4~+)与n(NO_3~-+2×SO_4~(2-))的比值 1,过量NH_3加剧NO_3~-和SO_4~(2-)的转化.霾污染时段,燃煤和机动车排放的一次污染物的积累为含碳气溶胶浓度上升的主要原因,相比优良天,二次有机碳的生成受到抑制.在采暖季开始之前的两次霾污染过程,移动源为PM_(2.5)首要污染源,平均占比30. 8%和39. 8%.随着燃煤采暖污染排放的增加,燃煤源贡献逐步增高至25. 2%,攀升为首要污染源.     

霾过程大气消光系数时间序列混沌特性分析

霾是气溶胶与特定多尺度过程（大气边界层、天气和气候过程以及大气化学过程）复杂相互作用的结果 .利用成都市2015—2017年地面能见度、PM2.5质量浓度和相对湿度的逐时观测数据,通过Koschmieder’s公式反演了研究时段内6次霾过程大气消光系数时间序列.在分析霾过程统计特征基础上,基于相空间重构理论,分别计算了6次霾过程大气消光系数时间序列的最佳嵌入维数m和最佳延迟时间τ,探讨了不同时间序列非线性特征量（饱和关联维数、Kolmogorov熵以及最大Lyapunov指数）的指示意义.结果表明,霾过程大气消光系数为（1.83±0.77）km-1,其中轻微霾及轻度霾、中度霾和重度霾的样本占比分别为34.2%、20.8%和45.0%.霾过程大气消光系数时间序列有弱混沌特性,对应的最大可预报时间尺度介于7～25 h.上述成果深化了对霾系统演化不确定性的认知,并为霾过程大气消光系数预报及演化机理的后续研究奠定了基础.     

霾天能见度参数化方案改进及预报效果评估

为了选择适合京津冀地区能见度预报的参数化方案,为霾的预报提供更准确的能见度预报产品.根据实际应用需求,改进了基于气溶胶体积浓度建立的Chen等能见度参数化方案（S1）,并利用2017年2月快速更新多尺度分析和预报系统-化学子系统（RMAPS-CHEM v1.0）的预报结果,对比评估了该方案与基于PM_2.5浓度建立的参数化方案（S2）和Mie散射计算方案（S3）在京津冀地区的预报效果.结果表明：①模式系统对京津冀地区的PM_2.5浓度预报总体较好,预报值与观测值非常接近,二者的相关系数在大部分地区可达0.8以上,小时相对湿度的预报值与观测值相关在0.78以上,平均误差低于3.91%.②三套方案计算的能见度都能较好地预报出2017年2月京津冀地区能见度的时间演变趋势,且在大部分时间三者计算的能见度都非常接近.总体上S1计算的能见度最低,S3计算的能见度最高,S2居中.在京津冀大部分地区,S1的均方根误差和归一化平均绝对误差最低,S3的最高,S2居中且在北京地区表现最佳.③能见度大于10 km时三套方案计算结果都偏低,其中S3的平均误差和均方根误差最低,能见度低于10 km时,特别是对出现频率较高的1~5 km低能见度的预报,S1方案的平均误差、均方根误差和归一化平均绝对误差都是最低的,更适合京津冀地区霾天气能见度的预报应用.     

初冬一次冷锋输送过程对中国东部霾天气的影响

利用常规地面气象资料、NCEP/NCAR再分析资料以及全国PM_2.5浓度数据,并结合后向轨迹、空气污染输送指数和传输通量分析,针对2019年12月10~11日一次冷锋输送造成我国中东部地区出现的大范围霾天气过程进行了分析.结果表明：（1）霾期间高空500hPa以经向环流为主,伴随着高空低压槽引导地面冷锋向东南方向移动,污染物浓度大值区也依次由华北地区移至黄淮、江淮地区.（2）冷锋过境前,华北至长江三角洲区域PM_2.5浓度均有明显增涨;北京以偏南方向的污染物输入为主,济南以西北和偏东方向输入为主,南京则主要是偏北和偏西方向的输入.（3）冷锋过境时,冷空气迅速将北京站的污染物清除;而济南站则受高压底部偏东风回流的影响,PM_2.5浓度维持在50μg/m³左右;冷锋推进至南京站时西北风已较小,对污染物的清除作用不明显.以江苏省为例,整个过程中,江苏本地污染物贡献占25.8%,江苏以外的污染物贡献占74.2%,以输送为主.（4）冷锋过境后,3站的边界层结构也略有不同,北京站的逆温层迅速被打破;济南站由于受海上暖湿平流影响,近地面由等温层变成逆温层;而南京站的近地面则由逆温层变为等温层.本研究揭示了在冷锋南下过程中,上游污染物对下游地区的影响,以及南北方站点表现出不同的污染物变化和清除特征.     

使用RCFP-IC对南京市不同污染状况下PM_(2.5)中水溶性离子的观测分析

本文使用大气细颗粒物快速捕集系统及化学成分在线分析系统(RCFP-IC)和美国热电污染气体分析系统(EMS系统)对2013年11月16日—12月10日南京地区PM2.5中主要水溶性离子和污染气体进行了观测分析,并结合气象要素数据分析了灰霾天PM2.5中主要水溶性离子的污染特征.结果表明:不同污染条件下PM2.5中水溶性离子分布差异较大,清洁天浓度最大的6种离子排序为SO2-4NO-3NH+4Cl-NO-2K+,霾天(11月20—24日)和雾-霾天(12月1—8日)前6种离子排序分别是SO2-4NH+4NO-3NO-2Cl-K+和NO-3SO2-4NH+4Cl-NO-2K+.受污染源和化学反应的日变化影响,不同离子的日变化特征不同.污染天NO-3、SO2-4和NH+4的浓度是干净天的2.8~5.0倍.不同水溶性离子对能见度的影响不同.     

南京冬季雾霾过程中气溶胶粒子的微物理特征

2007年冬季南京雾外场试验获得了雾霾转换过程的大气气溶胶和雾滴尺度谱分布同步观测资料,根据能见度和含水量将雾霾过程划分为雾、轻雾、湿霾、霾4个不同阶段,进而分析了不同阶段粗、细气溶胶粒子的微物理特征.结果表明,4个阶段的主要发生顺序为霾←→轻雾—→湿霾—→雾—→湿霾—→轻雾←→霾,雾前湿霾阶段持续时间长于雾后.尺度2μm的粗粒子数浓度、表面积浓度和体积浓度在雾阶段均显著大于其他3个阶段,其中霾阶段浓度最低.雾滴表面积浓度和体积浓度尺度谱分布为双峰或多峰型,而轻雾、湿霾和霾阶段粗粒子谱均为单峰型.尺度0.010μm的细粒子表面积浓度谱形在雾和湿霾阶段、轻雾和霾阶段分别相似,雾和湿霾阶段数浓度占优势的尺度范围分别为0.04～0.13μm和0.02～0.14μm,轻雾及霾阶段数浓度优势粒子尺度范围均为0.02～0.06μm.从霾、轻雾、湿霾到雾的转换过程中,以0.060～0.090μm为界,小粒子减少,大粒子增多.雾霾演变过程中气溶胶粒子数浓度与均方根直径呈显著负相关关系,雾阶段气溶胶粒子数浓度最低、平均尺度最大.     

霾与非霾期间汞在不同粒径颗粒物上的分布特征

在我国高速经济增长过程中,霾污染日趋突出,同时大气汞污染也十分严重,而颗粒汞对于汞在大气中的循环演化意义重大.为了探讨霾污染期间汞在不同粒径颗粒物中的分布特征,采用Nano-moudi 12级(6.2~9.9μm、3.1~6.2μm,1.8~3.1μm、1.0~1.8μm、0.56~1.0μm、0.32~0.56μm、0.18~0.32μm、0.10~0.18μm,0.056~0.10μm、0.032~0.056μm、0.018~0.032μm、0.010~0.018μm)大气颗粒物采样器,对上海霾与非霾期间不同粒径大气颗粒物中的汞进行分析.结果表明,颗粒态汞含量与颗粒物含量正相关;采样期间霾天颗粒态汞平均浓度0.31 ng·m-3是非霾天颗粒态汞平均浓度0.11 ng·m-3的2~3倍;霾和非霾天颗粒态汞浓度以及颗粒物质量浓度随粒径分布呈双峰型,霾期间峰值分别出现在0.56~1.0μm粒径段和3.1~6.2μm粒径段,而非霾期峰值分别出现在0.32~0.56μm和3.1~6.2μm粒径段;霾天较非霾天颗粒态汞和颗粒物的粒径分布均出现了向大粒径方向偏移;颗粒态汞主要分布在粒径≤1μm粒子上,能够长时间停留和长距离输送;非霾期间颗粒态汞在颗粒物中的平均含量为0.029 ng·μg-1,而霾期间为0.015 ng·μg-1;霾污染过程中其他污染物迅速成长,而汞成长较慢;霾天积聚核模态粒子中颗粒态汞质量浓度为2.06 ng·m-3,而非霾天为0.55 ng·m-3,积聚态颗粒物的大幅增加,是灰霾形成的主要原因.本地源燃煤等的排放以及风沙扬尘的增加和外地源的输送是导致霾天污染严重的重要原因.