融合多源观测资料的微波辐射计温度廓线订正试验

为增加大气探空站点,提高微波辐射计大气温度探测精度,利用FY-4A气象卫星温度产品和BP神经网络、遗传算法,分别实施杭州站、南京站微波辐射计的温度订正仿真试验,并获得准确的连续性大气温度垂直廓线;结合探空资料和民航AMDAR气温资料,评估模型订正效果。研究结果表明:(1)微波辐射计温度产品存在一定误差,两站均在高度2 km处平均偏差最大,同站有雨时的偏差均大于无雨时的偏差;(2)经过BP神经网络模拟订正后的微波辐射计测温精度较原温度产品提升幅度较大;杭州站MAE、MSE、RMSE的降低幅度分别为45%~55%、65%~78%、41%~53%,南京站的降低幅度分别为58%~66%、83%~88%、55%~59%;(3)经过遗传算法优化初始权值和阈值后的神经网络订正模型模拟效果有进一步的提升,其中有雨模型提升效果明显,RMSE降低幅度11%~15%。微波辐射计的上述订正方法,可以推广到各地微波辐射计站点应用,具有实际使用价值。

沈阳冬夏季可吸入颗粒物浓度及尺度谱分布特征

利用沈阳大气成分监测站颗粒物监测仪(Grimm 180)连续测得的夏季(2006年8月)、冬季(2006年12月和2007年1月)可吸入颗粒物的数浓度和质量浓度数据,分析了沈阳市可吸入颗粒物浓度日变化、谱分布及污染特征,在此基础上结合沈阳市常规气象资料,分析了气象要素和颗粒物污染之间的关系。结果表明:沈阳市冬、夏季部分时段可吸入颗粒物浓度存在明显的日变化和日际变化;谱分布较好地符合Junge分布;沈阳冬季PM10超标日数占冬季观测总天数的77%,PM2.5超标日数(按美国EPA日均标准)占冬季观测总天数的87%,PM10平均数浓度为6668.7个/cm3,平均质量浓度达252.8μg/m3,分别是夏季的3.0和2.4倍;冬、夏季PM2.5/PM10平均质量分数分别为0.647和0.603,PM2.5占可吸入颗粒物总数量的99%以上;浓度变化在很大程度上受到各种气象要素的影响,与温度、风速负相关,与湿度正相关,降雨、降雪过程使得颗粒物浓度明显降低,近地层逆温和雾是颗粒物增多的一个重要因素。颗粒物污染对城市能见度影响较大。

秸秆焚烧导致的江苏持续雾霾天气过程分析

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,从污染情况、环流背景、地面气象要素特征、水汽、热力及动力条件等几个方面对江苏2012年6月中上旬持续雾霾天气进行了分析。结果表明:江苏及周边省市秸秆焚烧造成大量的气溶胶粒子悬浮于空中,是造成江苏出现持续不同程度的霾天气的主要原因,同时也为雾滴形成提供了丰富的凝结核;中高层冷空气强度未能完全破坏底层相对稳定的层结,较小的风速和较大的湿度有利于雾霾的发展,重度霾或雾风速多在3 m/s以下,且相对湿度在80%以上。频繁的弱降水过程对雾的形成和霾的加重起到了重要的作用;低层的逆温或近中性层结的维持,为雾霾持续存在提供了有利的层结条件,且浓雾形成主要有辐射贴地逆温和平流逆温两种形式;垂直上升运动与雾霾的发展之间有着互相影响的紧密联系,在具备一定的水汽条件时,底层弱的上升运动有利于雾体的向上发展从而促进雾的加浓。后向轨迹模拟雾霾相对较严重的6月10日污染轨迹表明沿江和苏南地区污染物浓度上升除了本地悬浮颗粒物外,安徽境内的污染物的输送也是一个重要因素,而北部地区更多还是本地的污染源。

南京地区雨雾的形成及其结构特征

为研究南京冬季雾的物理化学过程,揭示空气污染与雾水化学结构的关系及建立雾的预报方法,2006—2007年冬季在南京信息工程大学进行了雾的外场综合观测试验。利用所获得的资料及南京观测站2006—2008年的常规观测资料,对雨雾天气下的天气形势和雨雾的宏、微观结构特征进行了分析。结果表明:南京地区出现雨雾的地面形势主要有锋面型、冷高压底部型和低压倒槽型;弱冷空气入侵是雨雾形成的重要条件;较强的逆温层存在,且边界层上层气温高于近地层,是形成雨雾的又一个重要的条件;雨势增强或地面风速加大,干冷空气的不断侵入,都可能造成雨雾消散。雨雾的本质就是蒸发雾。雨雾的数密度、含水量和平均直径与其他种类雾相比都比较小;雾滴谱很窄,其曲线变化成指数快速下降。

一次罕见的辐射-平流雾研究(Ⅰ)——生消物理过程分析

2006年12月份在南京市郊进行了雾的综合外场观测。本文通过对12月24—27日持续4 d的大雾过程进行分析,揭示了南京市郊雾生消过程中宏观物理演变特征,并在此基础上分析了产生这些特征的原因。这次大雾为辐射平流雾,其边界层温、湿结构特征与以往研究的辐射雾存在明显的不同;大雾维持时间久,尤其是强浓雾天气(能见度<50 m)持续时间长达约37 h;逆温深厚,雾层厚,雾顶高,多在450 m以上。研究表明:逆温层深厚、大气层结稳定、风向风速适宜,暖湿气流的不断补充,是这次大雾长时间稳定维持且雾顶高的主要原因。

2010年江苏省连续性高温特点及成因分析

利用江苏省常规气象观测资料、1961—2010年全省73个站的历史高温资料以及NCEAP 2.5×2.5再分析资料,分析总结了江苏省高温天气气候特点及2010年高温情况,并在此基础上重点对2010年连续高温天气特点及成因进行了分析。结果表明:江苏省高温日数以7月最多(占高温总日数的44.1%)、8月次之(占29.2%);空间分布上呈西南部地区多,东部沿海少的特点;2010年8月连续高温频发,过程间隔时间短,且区域性连续高温时段主要集中在8月份,较多年平均偏晚,部分市县最高气温创当地有气象资料以来的历史新高;盛夏期间前期赤道辐合带不活跃,不利于副高北抬,是造成该年出梅后区域性连续高温偏晚的一个重要原因;而8月份南亚高压脊线位置偏南,强盛的副高持续控制江苏省,加上台风北上活动影响少,致使该月连续性高温频发。连续高温期间副高能快速恢复增强,促使连续性高温过程频繁且间隔时间短。

2009年南京冬季一次平流雾成因分析

利用常规气象观测资料和NCEP 1°×1°的再分析资料,对2009年12月1—2日南京地区一次浓雾天气过程产生的大尺度天气背景、气象要素及各种物理量进行分析,结果表明:高空弱脊和地面弱高压的控制有效抑制对流的发展,为这次浓雾的形成提供有利的环流形势;地面弱冷空气的影响,低层弱的辐合上升及中高层下沉增温作用,促使多层逆温存在,为雾的形成提供有利的层结条件;前期降水条件、近地层偏东风场及暖干盖作用为雾的形成提供了丰富的水汽条件;另外污染物集聚,也为雾的形成提供了丰富的凝结核。

南京一次强酸雾的化学特征和成因分析

利用2009年12月1-2日一次平流雾过程中采集到的10个雾水样本资料,结合微物理结构、边界层结构和污染气体等资料,分析了其雾水化学特征,并与2006和2007年冬季观测分析的平流辐射雾和辐射雾雾水化学特征进行了比较。结果表明:平流雾过程中阴离子SO42-浓度最高,其次为NO3-,阳离子中K+最高;南京不同类型的雾水酸化类型均属于硫酸型,这次平流雾雾水酸性强,SO42-和NO3-的浓度均高于平流辐射雾和辐射雾,尤其是NO3-浓度成倍增加;平流雾中雾滴平均直径、含水量与离子浓度呈反相关。对平流雾酸度来源进行了探讨发现,雾水酸度强的主要原因一是致酸物SO42-和NO3-浓度高,其中NO3-成倍增加;二是缓冲物Ca2+浓度特别低。局地排放和平流输送造成高浓度的SO2和NO2是导致强酸雾的重要原因,而平流和垂直输送使地面层的Ca2+浓度减小,从而使得雾水中碱性物质减少,进而增强了雾水酸性。

江苏PM_(2.5)-O_(3)复合污染特征及气象条件分析

基于2013~2020年江苏13个城市的大气污染和气象观测数据,分析了江苏PM_(2.5)-O_(3)复合污染物的分布特征及其与气象条件的关系.结果表明:江苏复合污染物以轻度污染组合为主,南部多于北部,东南部最多,主要在4~10月,下午至傍晚最高,且该时段O_(3)平均浓度高于单一O_(3)污染;复合污染在O_(3)超标中平均占比15.7%,2014年高达65.8%,且在2015年后明显下降;PM_(2.5)和O_(3)二者在暖季O_(3)污染期正相关,PM_(2.5)污染期为弱相关或负相关;复合污染气象条件更为严格,气温、相对湿度、风速和逆温条件均介于单一O_(3)和单一PM_(2.5)污染之间,且多在4m/s以下和ENE—S区间,与单一O_(3)污染相比,气温和风速略低,相对湿度和逆温强度略高;出现复合污染的主要地面形势为均压场和低压(底)前部,其次是入海高压后部和高压底部;通过后向轨迹聚类分析发现淮北地区复合污染主要来自东南沿海至本地路径,中南部城市主要为本地周边地区和东南沿海,而东南部城市主要来源短距离输送和苏皖浙交界一带.

江苏一次大范围的爆发性强浓雾过程研究

利用江苏省70个自动观测站和365个交通气象观测站资料,对2016年2月11日夜间至12日上午出现在江苏的一次大范围强浓雾天气过程进行分析。结果表明:这次强浓雾过程具有爆发性形成和加强的特征,大部分站点从1000m以上快速下降形成强浓雾,且部分站点存在多次爆发增强现象;夜间天空打开,长波辐射降温作用加强,是大范围强浓雾形成和爆发性发展的一个重要原因;同时,雾前降雨为本次强浓雾的形成创造了基础条件,也是日出后部分站点由于水汽蒸发增强而导致雾爆发性增强的直接原因;另外,雾前和雾期间近地层强逆温的存在为雾的爆发性发展提供了稳定的大气层结条件,而逆温顶附近低空急流的形成,也一定程度上促进了逆温的维持和加强,利于雾的爆发性发展。

江苏臭氧污染特征及其与气象因子的关系

本文利用2013-2017年江苏70个环境监测站资料和13个国家气象观测站常规观测资料,研究江苏臭氧污染特征及其与气象因子的关系。结果表明:江苏臭氧质量浓度和超标率逐年增长,其空间分布特征由东部沿海城市大于西部内陆城市逐渐转为东西部城市差异不明显,南部城市超标率总体高于北部;4-9月臭氧质量浓度处于较高水平,夏季超标占一半以上;日变化呈"单峰单谷"型,15时(北京时间)前后超标率最大,O3-8 h较O3-1 h峰值推后3-4 h;O3对空气质量不达标的贡献率呈逐年上升趋势;臭氧质量浓度与颗粒物和前体物NOx日变化呈反相关,且存在"周末效应"。江苏地区臭氧质量浓度总体与气温正相关,相对湿度负相关,气温高于25℃、相对湿度30%~50%区间、风速低于4 m·s^-1以下易出现高浓度臭氧;苏南的城市主要在东南风向对应较高的值,而苏北城市多在西南风向对应的较高臭氧质量浓度值。

南京及周边地区一次严重烟霾天气的分析

利用南京市空气污染资料、常规气象观测资料和NCEP再分析资料,对2008年10月28～29日南京、镇江、扬州、泰州、盐城等地区出现的一次大范围烟霾天气过程的空气污染状况、大尺度环流背景、微观气象要素特征以及影响天气系统的热力和动力场结构等进行了综合分析研究,并且运用Hysplit-4模式反演了这次过程影响南京地区污染物的扩散轨迹。结果表明:焚烧秸秆物引起的空气中高颗粒物浓度是造成这次大范围烟霾天气的直接原因;有利的环流和风场条件,加上稳定的大气层结,是烟霾维持和加强的重要条件;在未达到饱和情况下,适当增加湿度有利于霾的形成,且吸湿粒子吸湿凝结增大会使得能见度更加恶化,烟霾更加严重。在这次烟霾天气中,南京地区的污染物源头来自扬州、镇江、泰州一带,最严重时期的污染物主要来自泰州南部。

2013年1月江苏雾霾天气持续和增强机制分析

利用江苏省能见度监测资料、自动站气象要素资料、探空资料、NCEP(1°×1°)和CFSV2(0.5°×0.5°)再分析资料,对2013年1月江苏雾霾持续性和13—14日大雾形成机制展开分析,结果表明:(1)中高纬平直的纬向环流,江苏位于地面高压底部偏东气流中,冷高压主体偏北,是1月发生持续雾霾天气的大背景。较弱的偏北经向风导致冷空气势力较弱,为1月江苏雾霾天气持续发生提供了近地层有利的稳定形势。(2)近地面相对湿度85%以上,风速小于3 m·s^(-1),风向以偏东风为主,凌晨与夜间温度露点差小于3℃。这些条件的稳定为持续雾霾发生提供了良好的气象因子。(3)地面辐射降温和弱冷平流共同作用引起的温度快速下降以及日出后潮湿地面蒸发增强对雾的加强起到一定的触发作用。近地面冷平流和混合层以上暖平流为本次雾增强提供了稳定的大气层结条件。近地面弱上升运动、中高层弱的下沉运动是14日凌晨雾快速加强的动力机制。

2006年12月南京连续4天浓雾的微物理结构及演变特征

2006年12月24—27日南京地区出现了连续4天的浓雾天气,其中能见度小于50 m的强浓雾持续了40多个小时。利用FM-100型雾滴谱仪,连续观测了雾滴谱、数密度和含水量等微物理参量。结合自动气象站及能见度仪观测资料,分析了这次浓雾过程的微物理特征,并与1996年观测结果进行对比:雾滴的平均含水量和平均直径与1996年观测结果相当,含水量最大值比1996年观测结果大4倍,数密度比10年前小。认为前2个子过程的雾滴数密度、含水量很高,造成了南京本次大雾能见度长时间低于50 m的恶劣天气。结合边界层探空资料,认为形成这种强浓雾的主要原因是近地层持续存在强盛的水汽平流,具有平流雾的特征。根据雾微物理参量的起伏变化,将浓雾过程分成4个子过程,分析并比较了4个子过程的雾滴谱分布,总过程的谱分布及4个子过程的谱分布都服从Deirmendjian分布,谱型都基本呈指数下降,雾滴主要集中在小滴段。最后,对第一个子过程微物理参量的变化特征进行了细致分析。发现这次浓雾是在夜间晴空辐射降温后形成的,午夜最强,日出后随着气温的升高逐渐减弱,反映了辐射雾的日变化特征。另外,还发现雾形成以后,开始变化不大,但随着进一步辐射降温,地面雾团不断产生,雾爆发性发展。

南京冬季雾爆发性增强的物理特征研究

根据2006年12月在南京市郊观测的3次浓雾过程（12月12日、14日和24～27日）资料，分析了雾的发展过程及爆发性增强特征，探讨了雾体爆发性增强的原因。结果表明：南京冬季雾爆发性增强的物理特征是在很短时间内（30min以内），能见度急剧下降，雾滴数密度和含水量明显增加、尺度明显增大、雾滴谱变宽。究其原因，发现夜晚长波辐射增强或近地层出现冷平流造成的气温急剧下降，日出后地表水分蒸发或西南湿平流增强造成的湿度明显增大以及湍流混合作用，都能导致雾体爆发性增强。

江苏沿海地区雾的气候特征及相关影响因子

利用江苏沿海6个基本气象站49a（1960--2008年）的气象观测资料，对江苏沿海地区雾的时空分布特征和雾过程持续时间等进行了统计分析，并探讨了影响沿海雾生成的相关因子。结果表明：江苏沿海地区雾日数呈江淮地区〉沿江苏南地区〉淮北地区的特点；其年代变化总体是一个先上升后下降的趋势，且21世纪后明显下降；雾日数呈春季和初冬季节多、夏秋季节少的分布特点；一天中雾大部分时段出现在01-09时，春秋季节雾频次最高的时次在早上的06-07时，强浓雾次数在07时（春季）或08时（冬季）前后达到最大；各地雾过程出现的频次随着雾持续时间的增加而减少，持续时间大于6h雾的频次近年来在增加，且雾持续时间极端最长有上升趋势。沿海地区雾绝大多数发生在风速小于等于7m／s的情况下，以1～3m／s最为适宜，多出现在NNE—SSE风情况下。雾季平均海水温度为7．45～22．

江苏省秋冬季强浓雾发展的一些特征

运用江苏省72个国家基本气象观测站和339个交通气象观测站资料,对2013年12月1-9日、2015年10月23日、12月22日及2016年2月12日出现的四次全省性的以辐射降温为主的强浓雾和特强浓雾过程进行分析,筛选出194个站例,对江苏省秋、冬季强浓雾生消的气候特征、雾爆发增强的微物理特征及雾爆发性增长的触发因子进行分析。结果表明:(1)雾爆发性增强的本质是雾在很短时间内雾滴增多增大,雾含水量呈几个数量级的增加,从而导致雾区能见度快速下降。(2)夜间辐射降温突然增强、底层弱冷空气入侵、日出后蒸发量加大及湖陆风效应是雾爆发性增长的触发因子。

江苏冬季降水相态气候分布特征及预报方法探讨

利用1981—2010年南京、徐州、射阳逐日探空资料和地面观测资料,在分析冬季雨日、雪日、雨夹雪日气候特点的基础上,运用厚度分析的方法进一步研究江苏冬季不同降水相态的预报指标。结果表明:厚度分析能被用来识别降水相态(雨、雪),1 000～850 hPa厚度阈值1 292 gpm可以作为江苏冬季区分雨、雪的一个重要参考指标。同时结合地面温度和850 hPa温度可以较准确的判定降水的相态,即1 000～850 hPa厚度≤1 292 gpm,且T850≤-3℃,T≤2℃时,判定为雪;反之,则为雨。另外,地面湿球温度在雨雪区分上也是一个很有参考价值的指标。

江苏沿海大风特征及其变化分析

利用1981—2010年江苏沿海地区的大风资料,分析30 a沿海大风气候特征,结果表明:江苏沿海地区最大风速≥6级和≥8级大风,呈逐年递减趋势。夏季,江苏沿海大风以东南风为主;秋、冬季,以偏北风为主;而春季,沿海大风以偏北风为主,东南风次多。冷空气偏北大风以冬季最为常见,低压(气旋)大风和入海高压后部大风易发生在春、夏两季,雷雨大风主要发生在夏季,台风大风主要发生在夏季和秋季。

一次罕见的辐射-平流雾研究(Ⅱ)--雾水化学性质分析

利用2006年12月24—27日南京市持续浓雾的雾水样品资料,结合雾滴谱仪观测的雾的微物理结构和系留气球探测的边界层资料,分析了本次浓雾雾水的化学特征。结果表明:酸雾的频率达61.5%,平均pH值为5.63;雾水中主要阳离子是NH4+、Na+、Ca2+,主要阴离子是SO42-、NO3-,其次是Cl-;雾水中总离子和SO42-浓度水平较高,说明本次过程大气污染比较严重;雾水的Na+/Cl-为3.09,明显高于其它地区,Cl-亏损严重,主要是因为此次雾是辐射—平流雾,受到东南海面上吹来的暖湿平流的影响;雾水中的离子浓度远高于雨水中的浓度,但雨水比雾水更酸;雾水离子总浓度与雾滴粒径呈反相关趋势(r=-0.71);浓雾发展过程中,pH值先升后降,前后出现三次起伏,其趋势与各离子和总离子浓度的变化大体相反。