基于长时间序列的北京PM2.5浓度日变化及气象条件影响分析

基于2005~2014年北京宝联(城区)和上甸子大气成分本底站(郊区)监测结果得到了PM_(2.5)质量浓度日变化特征,并且讨论了气象条件的影响.结果表明,北京城区PM_(2.5)质量浓度10年平均值的日变化呈双峰分布,对应早晚出行高峰.但是,该特征在2007年以后才比较明显.月际(季节)变化表现为单峰与双峰之间、日最大值在早高峰与晚高峰之间的转换.一年中早峰值浓度在5~8月最高,与地面风速小、相对湿度以及水汽压(空气绝对含水量)较高有关,该季节晚高峰期间浓度变化相对较小主要受混合层较厚、地面风速大、降雨天气发生频繁的影响.11~12月和1~2月的16:00以后浓度明显升高,混合层顶高度在14:00~17:00大幅度下降是重要的影响因素.此外,严重和重度污染日09:00以后污染加重,与年平均值和中度污染日不同.边界层偏南风对来自周边地区高架源的污染物输送是其重要的影响机制.PM_(2.5)质量浓度日变化幅度随污染加重而增大.日最大风速和相对湿度日变化对浓度日变化幅度有影响,而且午后地面出现4~6 m·s-1的偏南风也会加大日变化幅度.北京郊区PM_(2.5)质量浓度多年平均值日变化呈单峰分布,日最大值超前于城区.而且,昼间的浓度在5~7月高于冬季.本研究结果将有助于细化不利扩散条件下的污染减排方案.     

川渝地区夏季降水异常水汽输送差异

利用川渝地区1960—2006年34站逐月降水量资料和美国NCEP/NCAR同期逐月风场、比湿场和地面气压场资料,网格距2.5°×2.5°,采用EOF分解、区域降水指数、合成分析等方法,详细讨论了川渝地区夏季降水量多、少雨年水汽通量的纬向、经向、整层输送及水汽通量散度的差异。川渝地区夏季降水量标准化距平EOF分解结果表明把川渝地区夏季降水量作为一个整体来分析是合理的。区域降水量指数能很好地揭示出川渝地区夏季降水量的多寡。合成分析表明川渝地区夏季降水量多、少雨年水汽输送通量的纬向、经向、整层输送及水汽通量散度存在着明显差异,多雨年孟加拉湾、南海、西太平洋的水汽输送通量显著增强,水汽输送通量辐合比少雨年显著增强,为川渝地区夏季降水提供了丰沛的水汽条件,有利于川渝地区夏季降水量的异常偏多;少雨年则反之。     

柴达木盆地东部降水氢氧同位素特征与水汽来源

稳定性氢氧同位素可以作为示踪剂来判断大气降水的水汽来源.本研究选择柴达木盆地南部的格尔木和东北部的德令哈两个区域,在分析这两个地区2010年6~9月降水同位素组成特征、时间变化以及降水中δD与δ18O关系的基础上,探讨柴达木盆地降水的水汽来源.结果表明:1格尔木和德令哈地区6~9月大气降水线分别为,格尔木:δD=7.840δ18O-4.566(R2=0.918,P0.001),德令哈:δD=7.833δ18O+8.606(R2=0.986,P0.001).两地区6~9月大气降水线的斜率和截距均低于全球大气降水线,而格尔木地区的截距仅为-4.566,反映出格尔木极其干旱的气候特点.2格尔木降水的δ18O在7月初较高,表现出一定的重同位素富集;在7月中下旬至9月初,δ18O较低;9月中下旬更低.德令哈降水的δ18O在6~8月相对较高,9月中下旬较低.3格尔木和德令哈地区水汽来源有一定的差异,格尔木地区可能是西南季风能够到达青藏高原的北部边界,德令哈地区水汽来源主要为局地蒸发.     

神农架大九湖泥炭湿地水汽通量特征及生态意义

采用涡度相关法对神农架大九湖泥炭湿地生态系统2015年8月至2016年7月的水汽通量进行观测,研究了大九湖湿地水汽通量的变化规律及其主要环境影响因子。结果表明:大九湖湿地水汽通量具有明显的日变化和季节变化,均呈单峰曲线,即在月尺度上,日变化范围为-0.63(5月份)~6.95(7月份)mmol/(s·m~2),白天变化幅度较大,夜间基本维持在0左右,在季节尺度上,夏季日变化最为明显,冬季最弱,生态系统整体表现为水汽源;大九湖湿地全年蒸散量(1 133.88mm)占降雨量(2 096.97mm)的54.07%,表明降雨量能满足目前生态系统的需求;大九湖湿地水汽通量主要受净辐射(Rn)和饱和水汽压差(VPD)的共同影响,即湿地春、夏、秋、冬四季水汽通量与Rn两者拟合的R~2值分别为0.682 3、0.753 4、0.638 4、0.284 7,均优于其他研究区域,可能与泥炭湿地常年积水以及亚高山地区辐射较强有关;大九湖湿地植物主要生长季内(6~9月份)水汽通量与VPD的相关性分析显示,在泥炭藓生长季初期和末期(6、7、9月份),其叶片易受到水分胁迫,水汽通量随VPD先增加后减小,而在泥炭藓生长季中期(8月份),其发育成熟,水汽通量随VPD的增加而增大,两者的拟合效果也达到最佳(R~2=0.408 4)。该研究结果可为该区域水热评估及气候预测提供基础数据。     

基于无线电探空资料反演大气水汽资源的垂直层结特征

利用1999-2009年的探空资料分析北京地区对流层大气水汽资源的垂直层结特征,采用韦伯和指数分布拟合大气水汽密度的概率密度函数。初步结果表明,各层拟合均通过卡方拟合优度检验,拟合相关系数高,精度高,均方根误差小;韦伯和指数拟合平均相关系数分别为0.93、0.95;拟合均方根误差分别为0.009、 0.01 g/m³,北京地区大气水汽资源的垂直分布符合指数分布规律;有降水时,对流层水汽密度有一定的垂直层状结构,无降水时,水汽密度随高度增加递减。     

滇南蒙自地区降水稳定同位素特征及其水汽来源

大气降水中δD、δ~(18)O值具有规律性变化特征,与诸多气象要素及水汽来源之间存在密切联系.根据2009年1月至2011年12月对滇南蒙自地区大气降水的连续性采样,结合欧洲中期数值预报中心(ECMWF)以及美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的再分析资料,并利用HYSPLIT_4.8后向轨迹追踪模型,分析了天气尺度下蒙自地区大气降水中δD、δ~(18)O的变化特征,探究了降水稳定同位素与温度、降水量、风速及水汽来源之间的关系.结果表明,蒙自地区降水中δD、δ~(18)O值表现出明显的季节变化,即干季偏高,湿季偏低;降水中δ~(18)O与温度、降水量之间存在显著负相关,但与不同气压层(300、500、700、800 h Pa)风速之间呈现出显著正相关,表明风速也是影响降水中δ~(18)O变化的一个重要因素;随着降雨等级的增加,其大气水线的斜率与截距也增大,说明降水稳定同位素存在一定程度的云底二次蒸发效应;水汽输送轨迹显示,干季降水的水汽主要来自于西风带输送及局地再蒸发水汽,而湿季降水的水汽主要来源于远源海洋水汽的输送,并且在受台风影响期间,降水中δD、δ~(18)O值更加偏负.     

2021/2022年云南冬季异常气候特征及成因分析

基于云南省124个站点逐月气温和降水资料以及美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,运用数理统计方法,分析了2021/2022年冬季云南气候异常的成因,得到(1)2021/2022年冬季,中低纬度地区维持北非槽、阿拉伯半岛脊、孟加拉湾槽的波列,有利于阿拉伯海、孟加拉湾、西太平洋和南海的水汽向云南境内输送,造成云南整个冬季降水偏多。(2)前(后)冬中高纬度的环流变化是造成冬季气温前暖后冷的直接原因。从前冬到后冬中高纬度欧洲大陆槽明显减弱北抬,西西伯利亚附近的脊增强,易形成阻塞高压;地面西伯利亚高压增强,东亚冬季风也明显增强。相应地冷空气从少而弱到频发并偏强,气温从明显偏高到显著偏低。(3)2021年12月到2022年2月东亚副热带急流从偏弱逐渐变为偏强,而极锋急流从偏强逐渐变为偏弱,导致冬季风逐渐增强,影响南下冷空气,致使云南冬季气温发生了前暖后冷的季节内异常变化。(4)云南上空整个冬季皆存在异常水汽辐合,水汽辐合抬升有利于降水生成。两个主要水汽输送通道一个是从阿拉伯海经孟加拉湾进入云南;另一个是从西太平洋海域经南海、中南半岛和孟加拉湾进入云南。     

水汽和风速对雾霾中PM2.5/PM10变化的影响

依据北京2013年PM2.5/PM10、GPS水汽和无线电探空风速资料,发现水汽变化与PM2.5/PM10变化呈正相关,风速变化与PM2.5/PM10变化呈负相关。在风速较小情况下,水汽变化与PM2.5/PM10变化呈显著正相关,水汽上升对应了GPS水汽变化与PM2.5/PM10质量浓度的上升,水汽下降则对应了PM2.5/PM10质量浓度的下降。分析了水汽与PM2.5/PM10变化显著正相关的原因。     

GPS遥感塔克拉玛干沙漠腹地水汽含量与降水关系

利用2009年7月和9月塔中站的地基GPS观测数据,运用GAMIT软件解算反演的大气水汽含量与局地降水之间的关系进行了分析,得到了塔克拉玛干沙漠腹地大气水汽含量的变化与降水的相互关系,这对于气象研究以及天气预报有着重要意义.结果表明:48 h GPS遥感的大气水汽含量增量和本站是否发生降水关系密切,大气水汽总量最大值出现时刻与地面小时降水有很好的相关性.采用前期的大气水汽总量平均值和短时大气水汽总量增量2个条件进行降水的判断,认为降水是否出现与水汽的高值区有很好的对应关系.     

兰州市两场典型降水事件稳定同位素特征及其水汽来源

为了加深对短时间尺度下降水同位素变化规律的认识,利用兰州市2019年夏季典型的长历时弱降水(6月26～27日)和短时强降水(7月28日)事件短时间尺度(10 min和30 min)的连续样品,结合HYSPLIT模型对降水氢氧稳定同位素的变化特征及其机制进行分析.结果表明,降水初始阶段,二次蒸发效应使事件内连续降水的大气水线(SMWL)斜率偏小.连续样点大都分布在GMWL和LMWL上方,且SMWL的截距都大于局地年平均过量氘(8.13),说明降水一定程度上经历了水汽再循环. 6月26～27日连续2 d的降水事件,第1 d的δ¹⁸O呈"L"型变化,第2 d呈波动变化,δ¹⁸O不遵循降雨量效应. 7月28日,δ¹⁸O呈平稳下降趋势,变化范围超过9‰. 6月26日, 500 m高度层水汽输送路径整体较短, 27日以局地水汽蒸发为主. 7月28日降水的水汽来源变化不明显,气团较单一,同位素值无明显波动.因此,对于短时间尺度下的单次降水事件,水汽来源的异同也是降水期间同位素变化的原因之一.