基于激光雷达数据对混合层高度与细颗粒物浓度关系的研究

利用微脉冲激光雷达观测资料, 运用人工辅助算法, 获得2016―2019年白天混合层高度(MLH), 并分析其变化特征及其与空气污染物PM_2.5浓度的关系。结果表明, 混合层高度表现出明显的季节变化和日变化, 春季高度明显大于其他季节, 最大值均发生在 5月。混合层高度在08:00―15:00 BJT的变化趋势与PM_2.5浓度负相关。线性拟合结果表明, 当考虑风速的影响时, 通风指数与 PM_2.5具有更强的负相关关系; 当考虑风向的影响时, 西南风情况下, 混合层高度与PM_2.5具有更强的负相关关系。对天气分型后, 每个天气类型的PM_2.5浓度与混合层高度的相关性更加显著。     

结合激光雷达评估常规探空资料反演青藏高原混合层高度的适用性

利用微脉冲激光雷达探测资料,采用梯度法获取那曲地区夏季的混合层高度序列及日最大混合层高度;利用每日两次(08:00和20:00)的探空资料结合地面最大位温,采用气块法得到雷达探测对应日期的日最大混合层高度(MMH)。通过对比从不同资料得到的MMH,发现08:00探空反演结果与激光雷达结果有较好的一致性(相关系数R为0.85,均方根误差RMSE为0.30 km,平均绝对误差MAE为0.25 km,并通过显著性水平为0.95的t检验);20:00探空反演结果则与激光雷达结果偏差相对较大(R为0.84,RMSE为0.67 km,MAE为0.54 km,未通过t检验)。分析产生偏差的原因发现,探空时刻的残余层、前期的天气变化过程以及对流泡活动或强卷夹过程引起的混合层高度时空变化等都可能是导致20:00高度结果与激光雷达结果不一致的原因,使得20:00探空资料不适合进行最大混合高度的反演。位温廓线的日变化特征也会影响反演结果的准确性,导致08:00探空结果偏高,但可以通过统计订正做修正。     

ERA Interim再分析资料的云量可靠性分析——以太原和五寨为例

利用气象信息综合分析处理系统地面实况报文和欧洲中期天气预报中心再分析(ERA Interim)的4次/d总低云量资料,对比分析了再分析资料对太原和五寨总低云量的代表性.结果表明,太原和五寨不同观测时次总云量和低云量多年平均(2002年2月1日-2013年12月31日)观测值与ERA Interim再分析云量变化趋势较为一致,除02:00外, 08:00、14:00、20:00的ERA Interim再分析资料均偏低, ERA Interim低云量均低于观测值.总云量月平均值ERA Interim资料高于站点观测值,14:00偏差较大.太原和五寨不同观测时次总云量累积分布趋势整体较一致.太原和五寨总云量的相关系数在0.6以上, 08:00和14:00相关系数在0.7以上.低云量相关系数明显低于同时次的总云量相关系数,低云量不同月份不同时次的相关系数差异较大,总云量平均绝对误差相差不大;低云量平均绝对误差部分时次较大.     

莆田平原沿海地区臭氧污染与气象条件分析

为研究莆田地区空气污染与气象条件的关系,通过分析2016—2018年莆田地区首要污染物臭氧浓度的日变化、年变化以及臭氧浓度和气温、湿度、风速(2分钟平均)、风向(2分钟平均)之间的相关性、臭氧浓度超标时次的气象条件。分析结果表明,臭氧浓度日变化,峰值出现在14时,为99±44μɡ/m~3至108±47μɡ/m~3,谷值出现在07-08时,为41±28μɡ/m~3至51±32μɡ/m~3;月变化的最高值出现在10月,为83±37μɡ/m~3至95±37μɡ/m~3,而月变化的最低值除秀屿区政府站为7月外,其余均出现在1月;日最大8小时滑动平均浓度值与超标天数在4月均为最大;三年逐小时数据进行相关性分析发现,湿度有较好的指示意义,呈负相关,相关系数-0.61,其余气象条件和臭氧浓度的相关性并不明显,相关系数均小于0.4;有利于臭氧超标的地面气象条件为:温度25～37℃,湿度50%～70%,风速(2分钟平均)1～4m/s,风向E至S顺时针区间。     

1960年至2004年南京市风速变化及其成因研究

利用南京、高淳、江宁、江浦、六合、溧水六个地面站1960年至2004年逐日平均风速数据资料,分析了南京市平均风速的时空变化特征及其可能原因。其结果表明：近45年来南京市年平均风速为2.61 m/s,最大平均风速出现在3月,为3.08 m/s,十月的平均风速最小,为2.45 m/s。一年四季中,春季的平均风速最大,为2.93 m/s,秋季平均风速最小,为2.50 m/s,呈现出＂春季大,秋季小＂的季节分布类型。近45年间各季节与年平均风速的年代际变化趋势基本一致,都呈现出波动性变化及总体减弱的趋势。在空间上,南京市平均风速呈现出＂南大北小＂的地理分布格局。风速的变化,主要是由于全球气候变暖下中国乃至亚洲大气环流的变化而引起的局地环流的变化。此外,强冷空气南下次数和强度的减小、台风的减少、观测环境的影响、仪器性能的差异以及统计时次的变更等也是引起南京市风速变化的原因。     

日本海混合层深度季节和年际变化的数值模拟

基于垂向混合坐标系统的海洋模式HYCOM模拟了北太平洋1981~2001年间的月平均三维水动力学和热力学结构.在对模拟结果验证的基础上,得到日本海混合层时空场的分布情况,剖析了日本海混合层深度的季节及年际变化特征.对模拟结果分析表明,日本海混合层存在着显著的季节和年际变化:冬季混合层深度深,夏季混合层深度浅,其深度变化范围在10~100 m之间.日本海混合层深度的年际变化与季节变化存在共性而又各具特色.研究证实,日本海地形、环流、海面风场和温度梯度场等的综合作用,导致日本海混合层深度的变化.     

扰动近地层湍流互谱特征研究

运用国际能量平衡实验(EBEX-2000)的湍流、净辐射和温度梯度资料,对近地层8.7 m和2.7 m两个高度的湍流互谱结构、温度廓线和湍流通量的特征进行了分析,重点研究了逐块灌溉所致的扰动近地层内大涡与局地湍流的相互作用以及大涡对地表通量的影响。研究结果显示,低频湍流互谱的峰值频率在两个高度趋于一致,基本遵循外层标度律(OLS)模型;高频湍流符合局地各向同性湍流理论。由于大涡的影响,湍流互谱低频能量显著增强,且该增强作用在8.7 m高度比2.7 m高度更为突出。湍流谱的低频部分出现多峰值,峰值频率对应的涡旋尺度与热力非均匀性的尺度有较好的对应关系,主要的3个涡旋尺度分别为800,400和200m。大尺度涡旋扰动对局地湍流的影响:上层大于下层,不稳定时大于稳定时。     

扰动近地层湍流互谱特征研究

运用国际能量平衡实验(EBEX-2000)的湍流、净辐射和温度梯度资料, 对近地层8.7 m和2.7 m两个高度的湍流互谱结构、温度廓线和湍流通量的特征进行了分析, 重点研究了逐块灌溉所致的扰动近地层内大涡与局地湍流的相互作用以及大涡对地表通量的影响。研究结果显示, 低频湍流互谱的峰值频率在两个高度趋于一致, 基本遵循外层标度律(OLS)模型; 高频湍流符合局地各向同性湍流理论。由于大涡的影响, 湍流互谱低频能量显著增强, 且该增强作用在8.7 m高度比2.7 m高度更为突出。湍流谱的低频部分出现多峰值, 峰值频率对应的涡旋尺度与热力非均匀性的尺度有较好的对应关系, 主要的3个涡旋尺度分别为800, 400和200 m。大尺度涡旋扰动对局地湍流的影响: 上层大于下层, 不稳定时大于稳定时。     

无霾和有霾情况下大气混合层高度的日变化及其特征—基于河北香河站激光雷达的观测

利用Mie散射激光雷达EZLidar和自动观测站气象资料对河北香河站2006年8月~2007年11月大气混合层高度(MLH)进行了观测研究,得出了灰霾和非灰霾两种天气大气混合层的日变化特征:1 MLH的日变化同温度、风速的变化密切相关,相关系数分别为0.968、0.580,通过了0.01的置信度检验;2春季的MLH明显高于秋、冬两个季节,秋冬两季混合层的发展相似,MLH较低,大体上秋季的MLH高于冬季;3灰霾天气溶胶含量高,阻挡地面长波辐射向外发射,形成了类似的保温效应,灰霾天大气温度要高于非霾天的温度,且随着时间的增加而增加;4灰霾天属于静稳天气,热力引起的湍流非常弱,风速变化对它的影响更大。热力和机械剪切作用共同影响了灰霾天和非灰霾天MLH的日变化。     

石家庄市采暖期空气质量特征及其与气象条件的关系

为确定石家庄市采暖期易引发大气污染的气象条件,通过对石家庄市2016—2018年采暖期的空气质量逐日监测数据,以及同期气象观测资料进行研究,分析了石家庄市采暖期的空气质量变化特征,探讨了影响环境数据变化的主要气象要素,筛选并确定了PM_(10)、PM_(2.5)、AQI的污染气象指标。结果表明:石家庄市采暖期内所有天数均为非一级天,其中污染日较多,占69.58%,以PM_(2.5)为首要污染物的天数最多,其次是PM_(10);PM_(10)、PM_(2.5)、SO_2、NO_2、CO浓度与气温、变压、风速和混合层高度负相关,与相对湿度正相关(SO_2除外),O_3与气象要素的相关性和上述五种污染物相反;气象要素对大气环境影响的排序为:相对湿度风速混合层高度水汽压变压气温;确定的三种污染气象指标准确率分别是70.37%、70.37%、72.97%。     

廊坊地区极大风速时空变化特征及影响因素分析

以1981—2020年廊坊地区逐日大风气象观测资料为基础，采用阵风系数方法获取1981—2020年极大风速序列，对廊坊地区极大风速变化特征和影响因素进行分析.结果表明：廊坊地区年平均极大风速为21.67 m/s,近40 a,廊坊地区年平均极大风速呈波动下降趋势，年平均极大风速显著减小，廊坊地区月平均极大风速整体呈春季高、冬季和夏季次之、秋季最低的变化特征；从空间分布看，不同重现期的极大风速和近40 a极大风速极值分布均呈南部高、中北部次高、中西部最低的分布特征，但近5 a,极大风速高值则主要出现在廊坊市区、霸州市、香河县等中部地区；廊坊地区极大风速的变化与气温具有负相关关系，气候变暖可以认为是极大风速减小的影响因素.     

戈壁地表野外风速脉动特征

【目的】探究戈壁地表野外风场不同高度风速脉动特征,为进一步湍流情况下风蚀研究奠定基础。【方法】2015年春季在新疆卡拉贝利工程区实测了戈壁地表不同高度瞬时风速,利用统计学方法(标准差、曲线估计等)从风速脉动和脉动强度、湍流度,以及三者与风速之间的关系等角度分析戈壁地表风速脉动特征。【结果】不同高度的瞬时风速和风速脉动在时间序列上变化非常复杂,但变化趋势一致。大风时段(0～50 min),风速脉动幅度非常大,最大接近6 m/s,但90%以上集中在Symbol|A@0～3Symbol|A@ m/s。风速脉动幅度随风速增强而增大,随距地表高度增加而增大。风速脉动概率分布符合高斯分布。不同高度的风速脉动强度与风速均呈一元线性关系,风速越大,风速脉动强度越大。风速脉动强度最大值2.41 m/s。在距地表0～2 m高度内,湍流度在0.14～0.21之间变化,平均约为0.17,湍流强度较高,此高度内湍流度与高度、平均风速无明显关系。【结论】戈壁地表风速脉动具有非平稳性,随风速增强而增大,尤其是大风天气下研究风蚀不能忽略风速的脉动性。     

基于台风“梅花”的近地层湍流积分尺度实测分析

基于10,20和40m高度处台风"梅花"影响下的上海浦东地区近地风现场实测数据,分析了湍流积分尺度随平均风速、观测高度及平均时距的变化规律.结果表明:湍流积分尺度Lux,Lvx和Lxw会随平均风速和实测高度的增大而增大;10,20和40m高度处,湍流积分尺度均值Lux∶Lvx∶Lxw分别为1∶0.54∶0.07、1∶0.65∶0.11和1∶0.73∶0.1;相同高度处,Lux和Lvx随平均时距的增大而增大,而Lxw受平均时距的影响较小;湍流积分尺度Lxw在不同高度之间的相关系数整体上较Lux和Lvx偏小.     

安阳PM_(10)污染物统计特征及其与气象要素的关系

利用2003—2014年安阳市环境保护局环境监测站PM_(10)、SO_2、NO_2逐日质量浓度监测数据及同期中国气象科学数据共享服务网提供的安阳市常规气象观测数据,采用Pearson相关系数法,对安阳市PM_(10)污染物浓度统计特征及其与同期气象要素的关系进行了研究分析.结果表明:安阳市的首要污染物为PM_(10),代表工业区的铁佛寺污染物浓度最大;PM_(10)浓度具有明显的年际、月、季等变化特征,2012年之前总体呈下降趋势,2013—2014年又有所增加,冬季平均浓度最大,其次为秋季,夏季最小;总体上,空气质量以良为主,PM_(10)夜间浓度高于白天,全天平均质量浓度最低时段是在下午;另外,PM_(10)四季质量浓度与同期气象要素有一定的相关性,尤其是月相关系数较高,与能见度、气温、降水量呈负相关,与气压存在正相关关系.     

巴伦支海地区混合层深度与冰盖的关系及时间变化特征

以北极巴伦支海地区30°E—40°E、70°N—80°N为研究区域,据2007—2009年的CTD数据,采用温度差值法计算出该区域混合层深度(MLD)的一些散点值,然后将MLD数据网格化,分析该区域在2007—2009年的MLD和冰盖(ICE)的变化及两者间的关系.研究结果表明:MLD在秋季小,春季波动较大,每年的7月达到最小值;ICE从每年的4月或5月开始下降,9月达到最小值;ICE和MLD之间呈正相关,2007年的相关系数最大,为0.637,将MLD数据向后平移2个月后整个区域的相关系数变大,2007年达到0.826;融冰量与MLD呈负相关,2009年的相关系数为-0.535;海冰变化对MLD的变化有提前2个月的影响;MLD的自相关性随时间间隔的增大而递减;MLD与ICE的相关性与他们各自变量本身的自相关性没有必然的联系.     

格陵兰海冰盖与混合层深度及海表温度之间的关系分析

研究了在北极格陵兰海（20°W-10°E,65°N-85°N）,2003-2012年冰盖（ICE）、混合层深度（MLD）和海表温度（SST）的分布及之间的耦合关系．研究发现,ICE和SST在区域内存在着很强的负相关关系,相关系数达0．9以上,尤其是在750N-800N区域,峰值的时间间隔调整后．相关性更加显著．通过Eviews滞后回归分析发现,SST在70°N-750N和75°N-80°N分别滞后ICE7个月和4个月．而且ICE和SST之间存在着协整。说明这两者长期存在均衡关系．ICE和MLD在区域内为负相关关系．尤其是75°N-80°N区域,相关系数达0．82以上．回归分析发现,MLD在70°N-75°N和75°N-80°N分剐滞后ICE1个月和4个月．而且两者之间也有长期的均衡关系．总体来看：随着温度的升高,冰盖在8—9月达到低谷;海表温度夏天高、冬天低;混合层深度冬季深、夏季浅．冰盖的大量融化和海表温度、混合层深度有着很大的关系．     

鄂尔多斯市春季大风、沙尘暴变化特征与高原季风的关系

利用1958～2001年600hPa高度场格距为2.5°×2.5°和1989～2008年600hPa高度场格距为1.5°×1.5°的ECMWF逐月再分析资料,以及1980～2006年鄂尔多斯市4个气象观测站春季大风日数和沙尘暴日数资料,分析了鄂尔多斯市春季大风、沙尘暴变化特征与高原季风的关系.结果表明,1980～2006年鄂尔多斯市春季大风、沙尘暴日数的时间总体呈减少趋势.进一步研究表明,鄂尔多斯市来年春季大风、沙尘暴的变化特征与高原季风的气候变化特征密切相关,来年春季大风日数与7月高原季风指数呈负相关关系,来年春季沙尘暴日数与5个月(1,5,7,11,12月)的高原季风指数平均值呈负相关关系.     

台风“梅花”近地风剖面变化研究

基于10、20、30和40m高度处台风"梅花"影响下的上海浦东地区近地风现场实测数据,主要研究了平均风速、湍流度和阵风因子随高度的变化规律.结果表明,通过公式计算得到的边界层高度随平均风速的增大而增大,平均值为2 063m,远远大于我国规范(GB50009—2001,2002)规定的B类地貌下的边界层高度(350m).当平均风速较大时,大气稳定度参数z/L随平均风速变化较小,基本在区间[-0.1,0.1]内波动,此时大气近似趋于中性.指数率、对数率和Deaves-Harris模型与平均风速实测剖面均吻合较好.参考ASCE7-10中湍流度剖面的表达形式,通过拟合得到了纵向、横向和竖向湍流度随高度变化的经验表达式.另外,对实测阵风因子随高度的变化进行了拟合,拟合结果可以为今后工程设计提供参考.     

上海地区的酸雨

酸雨是八十年代人类面临的重大环境问题之一,我们根据1983年在上海郊区九个站和市区六个站的雨水采样分析记录,再参照过去的历史资料,论述上海地区酸雨的时空分布概况;并就1983年夏季和秋季两次酸雨过程,分析其降水pH值分布与气象条件的关系。上海市1980年9月发现酸雨现象以来至1983年秋,酸雨出现地区范围逐年扩大,酸度亦有所增强,目前以青浦、上海等县降水酸度最强,酸雨出现频率亦最大。通过对1983年夏、秋两季典型个例分析,发现在污染源不变的情况下,上海地区酸雨的分布与当时天气形势、气温层结和风向、风速等气象条件关系十分密切。在历次降水过程中,逐日降水pH值的分布形势,随着当时混合层内盛行风向、风速的改变而变化。降水酸度最强的地区出现在城市的下风方向。当混合层高度大,混合层内水平通风系数大时,酸雨最强中心出现在距市区较远的下风方向。相反,当混合层内水平通风系数较小时,则降水pH值最低中心,出现在距市区较近的下风方向。     

海南岛地区大气边界层高度的时空变化特征

利用WRF模式模拟分析海南岛及其邻近海区的大气边界层高度时空变化特征。结果表明,海南岛春夏季北部开阔地区平均边界层较高,约500~600 m;秋冬季海岛的西北–东–东南沿岸的半环绕地带平均边界层较高,约500~700 m;岛内中南部山区平均边界层高度较低且季节变化不大,数值约200~500 m。各季盛行风向及海风发展因素与平均边界层的空间分布之间有良好的对应关系。海岛周边海区秋冬季平均边界层高度约500~800 m,春夏季约100~500 m,呈秋冬季高、春夏季低的季节变化特征。岛内边界层高度最大值出现在春夏季,可达1800 m以上;沿岸地区边界层高度最大值出现在秋冬季,约1300~1500 m。海南岛岛内区域具有典型的陆面大气边界层日变化规律;沿海地带受盛行风向的影响,向岸流和离岸流时边界层日变化分别表现为海洋性和陆地性的特点。