北京地区冬季重污染期间的雾层特征

大多数针对北京地区冬季重污染过程的研究侧重于气溶胶,关于该过程中雾的研究较少。利用北京南郊观象台L波段探空和地面气象观测资料,以及MODIS和VISSR卫星数据等,对2013年１月12—15日北京地区重污染期间的雾进行分析,发现4 d中共发生2次辐射雾和2次平流雾,每天的雾在类型、垂直分布、形成过程、层结等方面都完全不同：12日清晨为充分发展的辐射雾,辐射雾的生成和发展使近地层稳定层结转变为近中性;13日清晨为2层相连的高空平流雾,分别来自不同源地,平流雾的到来造成近地层雾的消散,也使低层大气扩散能力有所加强;14日清晨出现辐射雾,其发展仅限于初生阶段,生存时间仅约2 h,期间存在贴地逆温;15日清晨为加深的平流雾,较前1天夜间的平流雾,雾顶高度抬升约500 m。鉴于北京地区冬季重污染过程中,雾在形成过程、垂直结构和层结影响等方面呈现出的复杂和多变的状况,针对重污染期间雾层的研究,以及其在垂直扩散和辐射等方面的效应研究都有待加强。

     

北京冬季雾日大气污染结构特征

运用激光雷达和大气污染监测网络观测了2007年2月北京地区2次平流雾大气污染过程. 通过分析雾生消过程中大气颗粒物消光性的垂直结构、地面大气污染物质量浓度的水平分布及其演变,研究了北京市雾日大气污染的空间结构特征. 结果表明:雾生成前及持续阶段大气扩散条件较差,污染积累明显,但高湿度雾能加速污染物的湿沉降,雾生成后污染会略有回落. 雾生成前后大气污染垂直分布变化显著,但静稳气象条件下,大气污染的水平分布受雾的影响较小. 相对湿度是影响雾日大气污染变化的重要因素,决定了污染物湿沉降量的大小. 在2007年2月21—22日的平流雾过程中,SO₂和NO₂浓度与雾生成前相比分别下降了56%与47%,湿沉降量分别为48.0和30.8 g/km2;而在25—27日的平流雾过程中,SO₂和NO₂湿沉降量分别为16.3和14.3 g/km2.      

Analytical solution of two-dimensional solute transport in an aquifer–aquitard system

This study deals with two-dimensional solute transport in an aquifer–aquitard system by maintaining rigorous mass conservation at the aquifer–aquitard interface. Advection, longitudinal dispersion, and transverse vertical dispersion are considered in the aquifer. Vertical advection and diffusion are considered in the aquitards. The first-type and the third-type boundary conditions are considered in the aquifer. This study differs from the commonly used averaged approximation (AA) method that treats the mass flux between the aquifer and aquitard as an averaged volumetric source/sink term in the governing equation of transport in the aquifer. Analytical solutions of concentrations in the aquitards and aquifer and mass transported between the aquifer and upper or lower aquitard are obtained in the Laplace domain, and are subsequently inverted numerically to yield results in the real time domain (the Zhan method). The breakthrough curves (BTCs) and distribution profiles in the aquifer obtained in this study are drastically different from those obtained using the AA method. Comparison of the numerical simulation using the model MT3DMS and the Zhan method indicates that the numerical result differs from that of the Zhan method for an asymmetric case when aquitard advections are at the same direction. The AA method overestimates the mass transported into the upper aquitard when an upward advection exists in the upper aquitard. The mass transported between the aquifer and the aquitard is sensitive to the aquitard Peclet number, but less sensitive to the aquitard diffusion coefficient.     

Pollutant dispersion in wetland systems: Mathematical modelling and numerical simulation

In this paper we present and justify an original use of a diffusive-advective partial differential equation model, its discretization procedures and resulting numerical simulations for the dispersal of pollutants in an air–water system, with distinct behaviours in water and in air. The authors believe that the relevance of the developed work lies in its potential use in practical environmental assessment processes for the definition of both preventive and clean-up strategies.     

南京冬季一次强浓雾及超细粒子累积过程分析

课题组于2017年冬季在南京北郊开展了为期45d的雾/霾外场综合观测,并选取12月30~31日一次平流辐射雾过程,分析了气象要素、雾和气溶胶的宏微观特征.结果表明：冷平流与夜间辐射冷却造成的持续性降温为此次雾发展的主要原因,而短波辐射增强则为雾消散的主导因子;此次雾过程存在爆发性增长的特征,表现为17min内含水量的量级由10-4g/m³增加至10-1g/m³,其中雾滴数浓度的增加对其贡献率可达67%;强浓雾微物理量的时间变率波动性强,雾的水平分布存在显著的不均匀性特征;日出后的强浓雾阶段中存在纳米级气溶胶累积现象,空气动力学直径在10~50nm气溶胶的数浓度增加率可达2817cm^-3/h,从二次气溶胶生成（SO₂的气-粒及气-液转化过程）、输送（人为活动造成的气溶胶累积及雾中垂直向湍流的输送）等方面探讨现象出现的原因.     

2016年冬季寿县一次边界层低空急流对污染物扩散的影响

利用安徽寿县地区2016年12月16~17日的观测资料与模拟资料,分析了一次夜间边界层低空急流对PM_2.5扩散的影响.此过程中,急流分布范围广,强度大,最大风速可达10~12m/s,而且风向随高度有明显转向,高低层风向差可达90°.急流发展过程中,急流轴基本位于200m以下,急流的最小风速高度出现在400~800m之间.通过分析可知,对于不同高度,急流对污染物扩散的影响存在明显差异.地面至急流轴范围内,PM_2.5总体减少.急流的出现使湍流混合明显增强,在湍流作用下污染物向上混合,使该层PM_2.5显著减少,净质量通量的峰值可达-103×10^-3μg/(m²·s).急流的水平输送可带来上风方较为清洁气团,同样减少了该层的PM_2.5浓度.但与湍流作用相比其影响较小,净质量通量仅为-2.9×10^-3μg/(m²·s).急流存在时,还会加强向下的垂直风速,在垂直输送作用下,上层污染物向下输送,增加了该层PM_2.5浓度,净质量通量约为11×10^-3μg/(m²·s).急流轴至风向转变高度之间,PM_2.5总体增加.这是由于湍流作用将低层高浓度污染物输送至该层,使PM_2.5浓度增加,净质量通量约为23.9×10^-3μg/(m²·s);水平输送作用使该层PM_2.5浓度略有增加,净质量通量约为2.3×10^-3μg/(m²·s);而垂直输送作用带来了高处较为清洁的气团,减少了PM_2.5浓度,净质量通量约为-6.6×10^-3μg/(m²·s).风向转变高度至LLJ最小风速高度之间,PM_2.5总体增加.湍流作用仍占主导,净质量通量约为17.8×10^-3μg/(m²·s);垂直输送作用稍有贡献,净质量通量约为1.4×10^-3μg/(m²·s);而水平输送起减少作用,净质量通量约为-3.7×10^-3μg/(m²·s).     

PM2.5空中输送对北京地面污染影响的地形强迫机制模拟研究

近几十年来随着工业化和城市化进程的加快,在我国许多城市都出现了严重的PM_2.5污染问题.PM_2.5污染形成机制研究可以为其预报及治理工作提供基础.选择了具有飞机观测资料的2016年12月10—13日北京冬季典型的PM_2.5严重污染个例作为研究对象,利用WRF-Chem对该个例进行了数值模拟,分析了PM_2.5空中输送对北京地面PM_2.5浓度影响的地形强迫机制在模拟结果中的具体表现方式.数值模拟结果表明：1通过北京南边界进入北京的PM_2.5最大输送高度为600 m（ASL）左右;2从空中被输送至燕山的PM_2.5,可以爬坡过山后增大怀柔区燕山东坡的浓度,还可以在夜间有下坡风时随着下坡风到山脚,然后再向南输送到北京燕山以南的平地.