不同天气形势下福建省环境空气质量特征研究

该文利用2014年9月~2015年8月福建省9个设区市PM10、PM2.5逐日浓度资料及NCEP/NCAR再分析逐日高度场、风场(垂直方向为17层,分辨率为2.5°×2.5°)资料,分析福建省不同天气形势下的污染物浓度变化特征,并将其应用于环境空气质量预报业务中。得出结论:(1)高空脊、暖区辐合为不利扩散的环流形势,高空脊影响过程中,多个设区市环境空气质量处于轻度污染水平;受暖区辐合影响时,多个设区市环境空气质量处于良的水平,多个时段出现轻度污染事件。(2)高空槽、副热带高压及其边缘、台风及其外围为有利扩散的环流形势,受其影响期间,各设区市环境空气质量处于优良水平。(3)西北气流带、西南气流带、平直西风气流带在不同的季节,其扩散能力不同,各设区市环境空气质量处于良的水平。     

2014年1月济南市空气污染气象条件分析

为研究大气环流背景及气象条件对山东中西部PM2.5污染的影响,利用气象及PM2.5浓度资料,选取济南市作为典型代表城市,诊断分析了大气环流背景及气象演变过程对2014年1月济南市PM2.5浓度的影响,建立济南静稳指数公式。结果表明：2014年1月华东北部至华北南部地面至对流层中层风速均为负距平,水平方向污染扩散能力差,偏南风异常加强了南方水汽的输送,有利于气态污染物向颗粒态转化,推高了PM2.5浓度;对流层低层东亚冬季风异常偏弱,逆温增多,垂直方向污染扩散能力差;500 hPa异常高压,抑制了东亚大槽的发展,更加有利于污染物在底层的累积。天气演变过程分析表明：地面水平方向及高空垂直方向气象条件对PM2.5浓度均有影响,地面风速偏弱（偏强）,高（低）湿度,风场辐合（辐散）时,PM2.5污染偏高（偏低）;边界层高度降低（升高）,垂直方向气流下沉（上升）,对流层中低层大气层结不稳定增强（减弱）时,PM2.5污染升高（降低）。静稳指数对于空气质量及重污染过程具有较好的预报能力。     

基于CALPUFF的“乌-昌-石”区域燃煤污染物扩散模拟

为了研究"乌-昌-石"区域燃煤对空气质量的影响,运用CALPUFF模型对区域消耗燃煤的工业企业源的不同污染因子的扩散进行模拟分析,得到SO_2、NO_x、PM_(2.5)、PM_(10)的时空分布情况。结果表明:SO_2、NO_x、PM_(2.5)、PM_(10)四种污染因子的扩散均有着明显的季节性差异,采暖季(1月)污染物的扩散面积较大,且浓度较高,非采暖季(6月)污染物的扩散面积较小;从地区分布情况来看,浓度较高的区域分布在昌吉洲的阜康市和乌鲁木齐市的米东区、新市区等地,石河子、五家渠和沙湾县的浓度相对较低。污染物对区域浓度的贡献不仅与污染物排放量相关,气象条件和地形条件也是重要的影响因素。     

风廓线雷达资料在重污染天气中的应用

基于天津市宝坻区2016—2018年的气象观测资料,分析能见度与各项气象要素间的关系,结果表明,风速和能见度呈现正相关关系,当地面风速持续较小时,易导致能见度降低。结合风廓线雷达和大气成分资料,对一次重污染天气过程进行分析,发现风廓线雷达能实时反映高空风场的变化情况,进而判断污染物的扩散方向和传送途径,为短时环境监测预报提供依据;根据高空垂直速度的变化情况,判断本地是否存在上升气流,进而形成局地弱辐合区,使周边污染物聚集,出现污染天气。     

北京冬奥会和冬残奥会历史同期气溶胶污染的高空环流特征研究

通过分析北京和张家口地区长期地面气象资料、气溶胶浓度数据和探空数据,研究冬奥会和冬残奥会历史同期(2015—2019年的2月1日至3月20日)的气象条件和气溶胶污染过程,并利用数值模拟和客观环流分型方法,探究高空环流和区域输送的影响。结果表明,北京和张家口两地的气溶胶污染过程与近地面的暖、湿和小风条件有关。在850hPa高度,当两地受西北风影响时,近地面的气溶胶浓度较低。北京的重污染过程主要与850hPa高度的西南风有关,张家口的重污染则主要与850hPa高度的西南风和南风有关。虽然北京与张家口两市中心相距160多公里,但两地的气溶胶污染和位温垂直结构变化有很强的关联性。当华东地区存在较强的高压系统时,来自京津冀以南地区850hPa高度的暖空气会输送到北京和张家口,使两地同时出现高空增温现象,进而增强对流层下部的热力稳定度,不利于边界层的发展和污染物的垂直扩散。此外,当上述环流出现时,河北南部、山西北部和内蒙古中部等地区排放的污染物会通过输送过程影响北京。张家口地区海拔较高,除本地排放外,影响其空气质量的污染气团主要来自西部的上游地区。因此,当出现不利的高空环流形势时,除需要控制本地的...     

临汾市地形气象特征及大气自净能力分析

利用临汾市的空气质量和气象观测数据,结合气象预报模型WRF分析其地形和气象特征,讨论地形和气象对空气质量和大气自净能力的影响.研究发现,临汾市地形轮廓大体呈"凹"字型分布,四周环山,受地形影响,边界层以内大气流场易出现辐合,特别是在重污染过程中,这种辐合流场造成大气污染物在局部地区堆积.临汾市2017年采暖季的平均通风系数约为2016年同期的2倍,扩散条件总体有利,是其污染程度较低的重要原因,且重污染过程累积期及稳定期的通风系数约为清洁时段及污染消散期的80%和30%.临汾市春季(4月、5月)风速最大、相对湿度最低、混合层高度最高,大气自净能力最好.临汾市大气对污染物的扩散能力弱且利于颗粒物的吸湿增长和二次粒子生成,加剧了大气污染.     

台风"温比亚"在河南的转向路径和暴雨特征分析

利用常规、非常规、再分析资料,对2018年8月台风"温比亚"在河南的转向路径和暴雨特征进行了诊断分析.结果表明:"温比亚"在河南经历了西北行逐渐减速、停滞转向、东北行逐渐加速的过程;大范围暴雨主要集中于台风进入河南西北行逐渐减速的过程中.中纬度西风槽携带的冷空气从低空侵入台风环流,在非纬向高空急流形成的强辐散场与台风低空辐合场耦合的情况下,触发对流和暴雨增幅.西风槽东移有利于台风西北行减速停滞并转向.非纬向高空急流向平直西风急流演变并增强南扩,急流轴右侧的强辐散中心东北移,从高层牵引台风转向;台风东侧副热带高压及高空反气旋环流加强并向西南伸展,台风环境风场转入增强的西南气流中,是台风转向并加速东北移的重要动力因素.台风停滞转向之后,台风上部垂直涡度、散度、垂直速度场与下部错位,台风强度减弱,水汽通量值下降,降水也随之减弱.低空水汽通量大值中心、水汽通量散度负值中心和高空辐散中心对预报台风移动方向和降水强弱趋势具有指示意义.     

烟台市区大气中SO_2、NO_X及PM_(10)的时空分布规律研究

以2006—2007年烟台市区大气中SO2、NOX、PM10的监测数据为依据,分析了这3种大气污染物的时间、空间分布特征.结果表明:烟台市大气污染物浓度较低,空气质量较好.主要污染源为采暖排放、机动车排放与风沙影响.SO2、PM10污染呈明显的季节变化,SO2采暖季排放上升明显,PM10在春、秋的风沙时期保持较高的值.各污染物呈明显的区域性分布,SO2、PM10污染多集中在只楚工业区,NOX污染多集中在城市中心区域.     

河南“21·7”极端暴雨过程地形敏感性试验

使用FNL1°×1°再分析资料、高空和地面观测资料、多普勒雷达资料和卫星云图等资料，对2021年7月17—23日河南极端暴雨天气过程进行分析，采用WRF数值模式进行地形敏感性试验.分析结果表明，此次极端暴雨天气发生在稳定的大尺度大气环流背景下，对流层中低层的低涡、切变线以及中小尺度系统的不断生消是造成极端暴雨的直接原因；台风“烟花”的生成、发展和移动对暴雨区的水汽输送有着重要影响.地形敏感性试验结果表明：(1)将一定范围内的地形高度降低为0，会导致降水中心降水量减少，整体减幅20%～40%，同时会造成雨带西移1°E左右；(2)将固定范围内的地形高度降低时，会造成降水中心降水量减少，整体减幅10%～40%，地形高度降低大于或等于75%时，会导致雨带西移1°E左右；(3)将固定范围内的地形高度增加时，会导致降水中心降水量增大，整体增加10%～40%，地形高度增高50%以上会导致雨带东移1°E左右.     

西昌市环境空气质量气象影响因素的分析研究

利用西昌市2012—2014年气象资料和空气质量资料,采用统计学方法对西昌市气候背景、地面和高空风场特征、污染系数、大气稳定度,风速、风向、稳定度联合频率进行分析,结果表明:全年的大气稳定度均以中性为主,不影响空气团做垂直方向运动,对大气污染物的扩散无明显影响;西昌市全年污染系数均以偏北风(以N和NNW为主)最大,偏南风(以SSW为主)次之,偏西风和偏北风最小,西昌市出现空气质量时好时坏的现象;整个冬季地面静风频率较高,达82%～85.4%,地面主导风向以偏南风和偏北风为主,各高度上风速最大值均出现在SSW方向上,各层风速均随高度增加而增大;地面静风是造成西昌市污染的主要原因,地面静风频率大时污染率越大,空气质量越差;由于污染源的位置关系,地面主导风向为偏南风时也是造成污染的重要原因,并以此为相关部门提出建议。     

2012年6月中旬河南持续性高温天气成因分析

利用常规气象观测资料、高空资料以及NCEP 1°×1°6 h分析资料,对2012年6月中旬河南省持续性高温天气进行分析.结果表明:1这次河南地区持续的高温天气是在稳定的大气层结下,高层受强西北气流控制,中低层层有强而持久的暖中心与之配合产生的;2地面场上河南省处于南高北低的气压场,有利于偏南风向北输送暖空气,促进该地区高温天气的形成;3从物理量上看,中低层暖平流对地面增温、辐散下沉、绝热增温以及干燥的水汽条件都是促进此次高温天气过程的重要因素.     

Comparative analysis of temperature and CO_2 fluxes for winter wheat in Tibetan Plain and North China Plain using the EMD method

Comparative study of spectral properties of temperature and CO2 fluxes measured by eddy covariance method at Yucheng (36°57'N, 116°36'E, 28 m a.s.l., in the North China Plain) and at Lhasa (29°41'N, 91°20'E, 3688 m a.s. 1., on the Tibetan Plateau) is described using the empirical mode decomposition (EMD) method. The main results are: (1) The intrinsic oscillation modes or intrinsic mode functions (IMFs) were extracted from data of temperature ( T) and CO2 fluxes (F) measured at Yucheng ( T1 and F1) and Lhasa ( T2 and F2) . (2) Hilbert transform was applied to these IMF components, then the Hubert-Huang spectra and the marginal spectra of these data were obtained. (3) Comparison of temperature and CO2 fluxes in North China Plain and on Tibetan Plain illustrated that the characteristic frequencies corresponding to T1, F1, T2 and F2 are 0.05 Hz, 0.03 Hz, 0.014 Hz and 0.005 Hz, respectively.     

信阳市中心城区空气质量的时间变化特征

以《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》和信阳市中心城区2015-2017年的空气质量指数(AQI)日均值为依据,计算出每年的AQI月均值,分析该城区空气质量的年际、年内变化特征及其影响因素.结果表明,该城区空气质量逐年改善,年内空气质量季节变化明显:夏季良好、较稳定;冬季污染天数多于其他季节,总体表现为轻污染;春、秋季在良好和轻污染级别之间震荡.多云、阴、小雨、小雪及雨夹雪,风力≤2级、无持续方向,特别是冬季北风、偏北风等天气条件下,易发生空气污染,城市地貌阻碍空气扩散.进一步表明在防控大气污染方面,该城区应关注天气和季节变化、重视城市规划和城市设计.     

保定市夏季臭氧污染来源及大气传输影响研究

运用Models-3/CMAQ模式和源排放情景分析扰动法, 对河北省保定市2014年7月的臭氧污染来源进行模拟与量化, 分析大气传输对保定市臭氧污染特征和来源组成的影响。保定市臭氧浓度分布呈现西部山区低、中部和东部平原区高的特点。研究期间, 保定市臭氧污染主要受偏南气团、东南气团和偏东气团的传输影响, 污染日中 3 类传输条件出现的比例分别为28%, 39%和17%。在保定市最大8小时臭氧浓度中, 跨区域背景的臭氧占比近半。在京津冀及周边地区对保定臭氧的贡献中, 河北省贡献最大(约占区域总贡献量的2/5), 河南省、山东省和江苏省源排放也有重要影响(均占区域贡献的1/10左右)。在上午, 河北中部排放贡献的快速增大以及来自河南和山东的臭氧通过垂直混合向地面输送, 导致保定臭氧浓度快速升高; 除河北中部地区外, 其余地区的贡献变化总体平缓, 导致保定午后臭氧高值持续时间长, 呈现宽峰型的单峰日变化特征。     

历史时期华北平原的植被变迁

全新世中期由于全球处于冰后期的气候温暖期，所以我国华北平原北部分布着含有亚热带植物种属的暖温带落叶阔叶林，而该平原中南部则分布着北亚热带落叶阔叶与常绿阔叶混交林．到全新世晚期，即我国自西周以来的近三千年时期中，由于全球气候变得较前干冷，整个华北平原均变为暖温带落叶阔叶林区；随着人为活动的不断增强，人工栽培植被分布范围几经扩缩后，终于成为这一平原植被的主体，自然植被则几近消失．     

外来观赏植物大花金鸡菊在中国的 潜在地理分布预测

大花金鸡菊(Coreopsis grandiflora Hogg.)被引种后,因具有较强繁殖和适应能力,在我国山东等地区成为入侵物种,对当地植物多样性造成了一定威胁。笔者运用Maxent生态学模型,基于全球海拔变量及19个生物环境变量,结合地理信息系统ArcGIS,对大花金鸡菊在中国的潜在地理分布区做了预测。结果表明,大花金鸡菊在我国的适生范围主要集中在98°～125°E、21.5°～43°N水分充沛、温度适宜的暖温带、亚热带地区。其中,华东、华中大部,即江苏、安徽、上海市、山东等地为大花金鸡菊的集中分布区,为高适生区; 西南、华南北部与华东、华中地区相接的区域,以及华北南部邻接华东地区的局部地区为中适生区,西南、华南南部地区则为低适生区; 其他地区不适于大花金鸡菊生长。ROC 曲线分析表明,Maxent 生态位模型预测大花金鸡菊潜在地理分布的训练数据和测试数据的AUC值分别为0.960和0.965,达到了极高的精度。各环境变量重要性的刀切法检验表明,影响大花金鸡菊地理分布的环境变量依次为年均温、年平均降水量和最冷季平均温度。根据 Maxent 模型预测结果,以及大花金鸡菊的生物学特性和在中国的入侵现状,在我国中东部地区需要采取一定的有效措施对该物种的扩张进行控制。     

卫星遥感监测全球和中国区域污染气体NO2和NO2时空变化

 卫星遥感技术的发展为连续、大面积监测城市污染气体NO₂和NO₂提供了重要技术支持。本文基于紫外-可见光高光谱传感器OMI观测数据,分析了近10余年(2004-2014年)全球和中国区域NO₂和NO₂空间分布特征、长时间序列变化和季节变化特征。结果表明,中国NO₂含量的高值主要集中在京津冀及周边、长江三角洲、珠江三角洲、新疆乌鲁木齐、辽宁沈阳、陕西西安等地,NO₂主要集中在京津冀、长江三角洲、珠江三角洲、四川、重庆等地。较2005-2009 年,2010-2014年NO₂高值范围有所扩大,河北、山东、河南、安徽、新疆乌鲁木齐等地NO₂含量有所上升,而珠江三角洲、上海等地NO₂含量有所下降。与NO₂时空变化不同,较2005-2009年,2010-2014 年NO₂高值区范围有所缩小,且河北、山东、河南、安徽、江苏、上海、重庆、贵州、珠江三角洲等地NO₂含量有所降低。全球范围内,中国东部、美国东部、荷兰、德国、意大利、南非等地NO₂含量较高,中国中东部、美国东部、南非、印度等地NO₂含量较高。较2005-2009 年,2010-2014 年美国东部、中国珠江三角洲、中国上海、日本、西班牙、葡萄牙、意大利北部、迪拜等地NO₂含量下降明显,而2010-2014 年中国东部地区和乌鲁木齐、波兰大部、伊朗德黑兰、伊拉克巴格达、科威特、沙特利雅得、印度新德里、印度巴朗格伊尔及周边、孟加拉国达卡、智利圣地亚哥等地NO₂含量却有不同程度的上升。较2005-2009 年,2010-2014 年中国华北大部、重庆和贵州大部、珠江三角洲、长江三角洲,以及美国东部、南非姆普马兰加及周边等地的NO₂含量有所下降,而秘鲁利马、秘鲁南部等地NO₂含量出现增长。全球7 大主要城市近10 年NO₂和NO₂含量比较结果显示,中国石家庄NO₂含量均值最高,其次为中国北京、俄罗斯莫斯科、南非姆普马兰加、美国纽约、德国科隆、中国乌鲁木齐;南非姆普马兰加、中国石家庄、中国北京的NO₂总量明显高于美国纽约、德国科隆、俄罗斯莫斯科;中国北京、中国乌鲁木齐、美国纽约、德国科隆、俄罗斯莫斯科城市NO₂含量高于NO₂。     

华北平原地下水水位持续下降对大气边界层高度影响的初步研究

利用GRACE重力卫星反演所得到的华北平原2003年～2015年的月均等效水高数据以及根据NCEP/NCAR再分析资料获取的华北平原大气边界层高度数据,对近13 a来上午6时的边界层高度和等效水高的年均值、月均值以及季节均值进行相关性分析,同时也对边界层高度和地下水水位变化的一致性进行了初步分析.结果表明：近13 a来上午6时的年均边界层高度和年均等效水高均呈现波动下降的特点,二者具有显著的线性相关性,R2为0.57;边界层高度对于地下水水位的变化响应具有一定滞后性,滞相关分析表明二者之间的滞后性在时间上可能表现为3个月.华北平原地下水水位持续下降,可能导致了华北区域大气边界层高度的下降,从而减弱了大气污染物在垂直方向上的扩散,减少了大气环境容量.因此,地下水水位下降可能是加重华北平原灰霾天气的一个重要因素之一,该研究为更全面研究我国灰霾的形成机理提供一个新的视角.