2015-2021年河南省大气污染时空规律及其影响因素分析

利用河南省环境空气质量国控自动监测站2015-2021年的监测数据,分析了河南省空气质量、一次大气污染物(PM_(2.5)、PM_(10)、CO、SO_(2)和NO_(2))和二次污染物O_(3)的年、月、日变化及空间分布特征,并对O_(3)污染的成因进行了探讨。结果表明:2015-2021年河南省空气质量逐渐好转,PM_(2.5)、PM_(10)、SO_(2)、NO_(2)和CO一次污染物的浓度呈现明显下降趋势,下降幅度分别达42.0%、33.1%、76.6%、35.1%和47.6%;O_(3)的小时平均浓度则呈现上升趋势,升幅达21.7%,光化学产生的O_(3)二次污染问题变得突出。河南省AQI及一次污染物总体呈现北高南低的分布特征,空气质量的空间聚集现象总体表现明显。暖季的空气质量优于冷季的。一次污染物浓度高值中心分布在河南省偏北部;O_(3)浓度冷季的高值中心在偏南部,而在暖季的高值中心转移至北部。河南省AQI及一次污染物浓度在本省北部地区09-10时出现最大值,而在南部地区最大值出现时段为22-23时;O_(3)浓度的高值时间段则为12-18时,与日照辐射的时间段一致。河南省O_(3)污染问题受机动车排放的影响越来越显著,对机动车排放的协同控制则可能是治理O_(3)污染的有效手段。

干旱前期温度偏高对河南省东亚飞蝗发生的影响

用灾变规律的关键时方法分析了干旱和前期高温对河南省东亚飞蝗发生的影响 ,结果表明 ,4月份降水量偏少 (干旱 )是河南省东亚飞蝗蝗灾发生的主要诱导因素之一 ,当年 4月份区域平均降水量对夏蝗的影响比对秋蝗敏感。上年 1 1月平均温度偏高是当年河南省东亚飞蝗蝗灾发生的又一主要诱导因素。

2009年秋季河南一次连阴雨天气成因分析

采用合成分析和动力诊断分析及统计方法,利用NCEP资料和常规气象观测资料对造成2009年9月6—20日河南省北中部地区15 d连阴雨天气成因进行分析。结果表明:200 hPa高空急流的出现并且维持,南亚高压的偏东偏北,副热带高压的偏西略偏北,以及边界层的东北风(或偏东风),是造成此次长连阴雨天气的主要影响因素;200 hPa东亚西风急流的正异常与对流层中上层(300 hPa)的暖异常在动力关系上相互匹配;湿层浅薄,水汽条件不充沛,冷空气影响的层次偏低是造成连阴雨天气累计降水量偏小的可能原因;温度距平随高度递增使得高云量增加,是形成日照偏少、气温明显偏低的可能原因。

河南中南部持续性暴雨水汽输送特征分型

通过分析1961～2010年发生在河南中南部持续性暴雨的水汽输送特征，从水汽输送角度对河南省中南部（河南省黄河以南地区）的持续性暴雨进行分型，总结出3种水汽输送类型，即西南气流型、螺旋型和“S”型。对比分析这3种类型代表个例的水汽输送和水汽收支特征后发现，河南中南部的持续性暴雨主要是由西南气流型的水汽输送造成的：“S”型和螺旋型水汽输送也是造成河南中南部持续性暴雨的原因之一。西南气流型和螺旋型的水汽输送是造成淮河上游洪涝的主要水汽输送类型，其对应的天气影响系统分别是：高层低槽（低涡）、中低层切变线和台风低压（台风倒槽）。

淮河流域和长江中下游流域旱涝年的划分

利用1951—2007年国家气象信息中心提供的756站逐日降水资料,通过计算6—7月降水标准差,确定淮河流域和长江中下游流域降水变率最大的站点,分别计算各站与这两个流域降水变率最大的站点相关系数,把通过显著性检验的站点分别作为淮河流域和长江中下游流域的代表站。利用两流域代表站的标准化降水指数确定了1951—2007年的旱涝年份:淮河流域的旱年为1952年、1959年、1961年等共10 a,涝年为1954年、1956年、1957年等共9 a;长江中下游流域的旱年为1952年、1958年、1961年等共11 a,涝年为1954年、1969年、1980年等共10 a。结合水文资料进行修订后,确定了1951—2007年淮河流域和长江流域因梅雨季降水而导致的洪涝年份。

利用局地经向环流对河南一次连阴雨过程的定量诊断

利用2.5°×2.5°NCEP/NCAR再分析资料和改进的局地经向环流线性模式,定量诊断了2011年9月5—19日河南省秋季连阴雨天气的形成机理,并利用局地经向环流的垂直分量与降水量滞后相关的分析,研究了这次连阴雨过程主要物理因子的演变特征。结果表明:(1)潜热加热、平均经向温度平流、平均西风动量的纬向平流和平均纬向温度平流是导致2011年9月河南省秋季连阴雨天气形成的主要物理因子。(2)潜热加热和平均纬向温度平流是造成此次连阴雨发生的主要物理因子;平均纬向温度平流、平均经向温度平流和平均西风动量的纬向平流是造成此次连阴雨发展或持续的主要物理因子;潜热加热、平均西风动量的纬向平流和平均纬向温度平流是造成此次连阴雨结束的主要物理因子。

预报员培训的“复盘”方法

提高天气预报、预警的准确率和预报服务能力是气象工作者追求的主要目标之一。预报员是提高预报准确率的核心因素。对预报员持续的培训是科学技术转化为生产力的重要环节。加强预报业务骨干的培养,努力打造一支高素质的预报员队伍,充分发挥预报员的作用是提高天气预报准确率的重要途径之一。

施氮量对砂姜黑土小麦−玉米轮作体系N_(2)O排放的影响

砂姜黑土是黄淮海平原重要的中低产土壤,由于其剖面含有砂姜层,易产生裂隙,影响了氮素在土壤剖面的迁移分布,可能导致砂姜黑土的N_(2)O排放存在一定的独特性。基于此,本研究以砂姜黑土小麦-玉米轮作体系为研究对象,设置4个处理,分别为不施肥(CK)、传统施肥(TR)、优化施肥(OPT)和再优化施肥(ZOPT),通过静态箱-气相色谱法结合常规土壤参数的监测与分析,探究砂姜黑土不同施氮条件下N_(2)O排放特征、累积排放量及关键驱动因素。结果显示,砂姜黑土小麦季的N_(2)O平均排放通量为14.2~21.6μg·m^(−2)·h^(−1),累积排放量为0.82~1.24 kg(N)·hm^(−2);玉米季的N_(2)O平均排放通量为14.4~24.5μg·m^(−2)·h^(−1),累积排放量为0.42~0.71 kg(N)·hm^(−2);不同处理小麦季的N_(2)O累积排放量均高于玉米季。小麦季追肥期与基肥期的N_(2)O累积排放量分别为0.27~0.41 kg(N)·hm^(−2)和0.55~0.83 kg(N)·hm^(−2),玉米季分别为0.18~0.30 kg(N)·hm^(−2)和0.24~0.41 kg(N)·hm^(−2),追肥期N_(2)O累积排放量均高于基肥期。相关性分析结果显示,CK处理的N_(2)O排放量与土壤温度、含水量和硝酸盐含量均表现出明显的多元线性相关(P<0.05),TR、OPT和ZOPT仅与土壤硝酸盐含量呈极显著多元线性相关(P<0.01),而与土壤温度和土壤含水量未表现明显的相关性,说明施肥条件下,土壤硝酸盐含量的高低成为影响砂姜黑土农田土壤N_(2)O排放最关键的影响因素。除此之外,不同施氮量的N_(2)O累积排放量差别明显(P<0.05),TR处理的N_(2)O排放量最高,小麦玉米季分别为1.24 kg(N)·hm^(−2)和0.71 kg(N)·hm^(−2),显著高于OPT处理[0.99 kg(N)·hm^(−2)和0.51 kg(N)·hm^(−2)]和ZOPT处理[0.82 kg(N)·hm^(−2)和0.42 kg(N)·hm^(−2)]。无论小麦季还是玉米季N_(2)O的累积排放量均随施氮量的增加而呈指数增加趋势,相关性系数分别达0.997和0.977(P<0.05),说明砂姜黑土传统施氮N_(2)O存在过量排放问题。总而言之,尽管与其他土壤相比,砂姜黑土不属于N_(2)O高排土壤,但传统施氮量导致的N_(2)O排放量仍不可忽视。

夏季西北太平洋台风生成数的敏感性因子

比较了台风生成参数中各因子与西北太平洋7—9月台风生成数(WNPSTYN)的相关关系,也比较各因子在北半球台风主要源区的纬向距平分布特征,发现涡度因子与WNPSTYN的关系最好,在台风生成条件中相对富有但不特别富足的特性决定了其是WNPSTYN年际变化的敏感性因子。同时还分析了西北太平洋关键区涡度因子年际变化的来源和表征台风生成数的优越性,发现关键区涡度因子年际变化与南方涛动、南极涛动和澳洲东部高度场的年际变化有关,体现了南半球两大系统和ENSO对WNPSTYN的影响;涡度因子与WNPSTYN的显著相关区与台风生成源地集中区一致,表征台风年际变化有明显的优越性。这些特性对关于WNPSTYN的影响机制研究和气候模式模拟有非常重要的意义。

西北太平洋热带气旋生成数在不同资料集上的差异性比较

比较分析中国气象局(CMA)、美国台风联合警报中心(JTWC)和日本RSMCTokyo台风中心(JMA)台风资料频次的年际、年代际变化和周期变化特征,结果表明,不同资料中心的热带气旋(TC)、台风(TS强度及以上的TC)生成数的气候值存在一定的差异,热带气旋生成数的差异较为明显,台风生成数的差异相对要小,CMA资料中热带气旋、台风生成数相对偏多;CMA与JTWC间热带气旋生成数年际间变化差异显著而难以忽略,其差异主要来自TD生成数的明显不同;三个中心关于台风生成数的一致性比较好,其中JMA台风资料与另外两个中心资料间的一致更好;CMA与JTWC西北太平洋热带气旋生成数的周期变化间无明显差异,但年代际间变化有明显差异,主要表现为1990年代的反位相;台风生成数资料可能在1960年代后期存在非均一性。

2017年郑州市臭氧浓度特征及气象因素分析

利用2017年郑州市9个国控空气质量监测站点(国控点)的小时监测数据及气象数据,分析郑州市O_(3)浓度的污染特征,O_(3)浓度与PM_(2.5)、PM_(10)及NO_(2)浓度的关系,以及影响O_(3)浓度的气象条件。结果表明:2017年郑州市9个国控点的O_(3)-8 h超标天数为750天,占总天数的22.8%。夏季O_(3)污染最为严重,超标天数占总天数的56.5%,春季、秋季的次之,冬季无站点超标,郊区的O_(3)污染比城区的严重。O_(3)浓度日变化呈单峰型,O_(3)浓度白天郊区的高于城市的,夜间城市的高于郊区的。PM_(10)、PM_(2.5)和NO_(2)浓度月变化呈现冬季高、夏季低的趋势。PM_(10)、PM_(2.5)浓度日变化呈现白天的低、夜间的高的趋势,NO_(2)浓度日变化呈双峰型,峰值分别出现在07-09时、19-22时。O_(3)浓度和超标率随温度升高而显著升高,随相对湿度升高而降低,风速为3~4 m/s时,O_(3)浓度超标率最大。因此高温低湿、3~4 m/s的微风等条件有利于郑州地区O_(3)浓度的累积。

2005年河南省秋季持续阴雨天气成因分析

利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°日平均再分析资料和1°×1°资料及常规气象观测资料,分析了河南省2005年9月14日-10月3日长达18天(18日、22日间歇)的连阴雨天气成因。结果表明:200 hPa出现并且维持的高空急流,异常强大的南亚高压,偏西偏北的副热带高压,以及边界层的偏东风,是造成此次连阴雨天气的主要影响系统;高层辐散、低层辐合是阴雨天气持续的动力机制;充足的水汽供给,配合强的水汽辐合以及底层偏东风长时间的维持,是这次连阴雨天气降水量较大的主要原因。强冷空气南下、边界层东北急流出现、副高明显东退,使得持续十几天的连阴雨天气彻底结束。

2014年夏玉米乳熟期渍涝过程的环流特征及预报因子分析

为了更好地理解夏玉米乳熟期灾害性渍涝过程的天气学成因,更好地服务于河南省气象防灾减灾工作,利用美国NCEP/NCAR的2.5°×2.5°再分析日平均资料和常规气象观测数据,对河南省一次高影响、长时间的渍涝过程的环流背景、气象要素条件进行分析。结果表明:(1)渍涝过程有显著的环流特征,即对流层中高层稳定维持着乌拉尔山及鄂霍次克海的异常高脊和巴尔喀什湖以北及日本上空的异常低槽;出现并维持200 h Pa高空急流;持续偏东偏北的南亚高压和持续偏西的副热带高压;(2)渍涝过程中边界层内维持偏东风,偏东风的开始和结束与降水起始时间相对应;偏东风的增强和东风异常配合西南风异常暖湿往往对应连阴雨过程中降水量级的明显增大;(3)500 h Pa平均高度场和高度距平场沿50°E的纬度-时间剖面(简称55图)在中期时段内能较好地预报连阴雨过程的开始和大致维持时间。

河南“21·7”特大暴雨常规与扰动天气形势分析

2021年7月19—21日,河南省中北部的特大暴雨造成了内涝和重大的生命财产损失,其中以省会郑州市的灾害最为严重.极值日雨量分布从西南的鲁山400.6 mm到郑州659.7 mm和东北部的鹤壁777.5 mm,跨度约为300 km,其中20日16—17时的郑州最大小时降水量达到201.9 mm.科学认识和提前预报产生特大暴雨的天气系统是减少生命财产损失的前提.本文利用我国气象业务平台上的大气观测实况和数值模式产品做常规与扰动天气形势分析,结果发现:(1)与强降水对应的稳定云团属于西北太平洋副高异常偏北与内陆高压连通后形成在南侧的对流层中下部东风波中尺度扰动低压系统;(2)最强降水的20日,华南沿海台风“查帕卡”、西北太平洋台风“烟花”与郑州附近强上升气流的扰动中低压构成了相互牵制的3个强降水系统;(3)扰动分析比常规天气图上的风和比湿形势更能有效地确定极端降水的位置,欧洲中期天气预报中心(ECMWF)模式产品中的风扰动、比湿扰动和湿涡度扰动对极端降水预报有明确的指示意义,认识模式产品的准确性和稳定性是未来提高特大暴雨预报技巧的基础.

河南省三次重污染过程的对比分析

利用气象观测资料、EC-Interim再分析资料、L波段雷达的探空资料以及空气污染资料,对比分析了河南省2015年11月27日至12月25日的3次重污染过程。首先从范围、时间、强度、首要污染物等方面对比分析这3次过程的污染特征。其次对比分析这三次过程的气象条件。结果表明:污染期间平直的环流、弱的气压场、高湿、小风、逆温均有利于重污染的产生; I和Ⅱ污染最重日500 h Pa河南处在弱脊区,Ⅲ处在槽后的西北气流中;偏北风有利于污染物由北向南的传输,造成大面积重污染且污染达到最重;三次重污染过程的结束均是由于西路冷空气入侵造成;风速、湿度、24 h变温和24 h变压与PM_(2. 5)有一定的超前滞后关系,其中超前4 h风速、超前1 h湿度、超前10 h变温、超前19 h变压和PM_(2. 5)浓度的相关性最好。边界层内,三次过程均存在不同程度的逆温,I过程大部分时间同时存在接地逆温和悬浮逆温; Ⅱ和Ⅲ整个过程几乎均有接地逆温存在,而大部分时间不存在悬浮逆温;湿度场的垂直方向上,I过程存在明显的上干下湿特征,而Ⅱ和Ⅲ过程不存在。Ⅱ和Ⅲ都是中西部污染最先清除、其次是北部、南阳和东部地区;而I过程北部最先清除。

2015-2018年冬防期间漯河市PM_(2.5)输送特征及潜在源分析

利用美国国家环境预报中心(NCEP)的全球资料同化系统(GDAS)气象场数据,结合后向轨迹模式的聚类分析法、潜在源贡献因子法(PSCF)和浓度权重轨迹法(CWT),分析2015-2018年冬防期(1、2、11、12月)漯河市的PM_(2.5)输送特征及其潜在源。结果表明:(1)冬防期间漯河市PM_(2.5)主要来自东北方向和偏南方向,以东北方向为主,且短距离的外部污染物输入影响严重。(2)影响漯河市空气质量的潜在源区主要分布在河北、山东、湖北、湖南、安徽、江西省,以及河南省内安阳、鹤壁、濮阳、新乡、开封、周口、南阳7个省辖市,河北、山东、河南省东北部地区是高浓度PM_(2.5)外来输送的主要潜在源区。(3)根据“平衡风速”,提出“停滞时间”和“延迟时间”的概念,用以定量评估区域污染传输对漯河市空气质量的影响。由区域污染传输导致的污染在漯河市的停滞时间为2~10 h,增加的PM_(2.5)浓度为8~268μg/m^(3)。

2011年春季河南久旱转暴雨的环流特征及成因分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°全球再分析资料,对2011年5月河南久旱转暴雨过程的影响系统及环流演变特征进行分析。结果表明,暴雨产生在高空槽前、中低层切变线南侧、低空急流出口左侧强的低空辐合区。将干旱期间与暴雨时段大尺度环流场进行对比分析得出,干旱期间500 hPa高度场长期维持"西高东低"的环流形势,暴雨时段环流迅速调整为"东高西低",上游也由干旱时期的高度正距平转为负距平,下游由高度负距平转为正距平。干旱期间西风急流和南亚高压主体均较偏南,暴雨时段二者均快速加强北移,暴雨区恰好位于二者交汇的高空强辐散区。干旱期间AO指数及NAO指数均为正值,当二者先后由正值转为负值时,有可能预示着后面将有强降水发生。

河南省降水集中程度研究

利用河南省49个台站1957—2005年逐候降水资料,运用降水集中度和集中期分析了河南省降水时空分布特征和变化规律,同时对多水年和少水年的集中度进行了比较。结果表明:降水集中度和集中期能够定量地表征降水量在时空场上的非均一性,降水集中度平均为0.515,集中期平均为40.029候;降水集中度的EOF分析显示取前6个特征值对应的特征向量可解释80%以上的方差;第一气候模态表现为全省一致性,第二气候模态表征为河南省南、北部的反相;多水年的降水集中度明显比少水年的偏大,且多水年的降水集中度分布较少水年简单,基本为带状分布。

基于轨迹聚类河南地区大气污染过程空气输送通道研究

大气污染除了受本地污染源的影响外,外来污染物的输送也是重要的影响因子之一。本文基于拉格朗日混合单粒子轨迹模型(HYSPLIT)分析了河南省重污染过程空气输送通道的特征,并结合地面风场观测资料和NCEP再分析资料对污染发生时的气象背景场进行了探讨。结果表明:在1986—2015年冬季气候平均态下,河南省盛行西北气流,空气输送主要来自西北欧亚大陆,经河北、陕西和山西等地区进入河南地区。2015年河南省17次重污染过程主要空气污染输送分别来自南方(32%)、偏北方(24%)和偏东方(27%),3条通道在输送过程中高度基本维持在900 h Pa以下;重污染过后西北风加强,南风消失,污染物迅速扩散。由2015年12月5—13日河南地区重污染过程的模拟表明,偏北空气输送通道所占比例虽然不是最高的,但经过污染物浓度高值区携带的污染物较多,同时由于风速减弱,不利于污染物扩散。气象观测资料进一步证明河南省重污染过程发生时处于静稳天气状态,同时东南风带来了较多的水汽输送,相对湿度偏高不利于污染扩散。

复盘河南“21·7”极端降水的可预报性及对决策气象服务的思考

2021年7月18日20时22日08时,500 hPa副热带高压异常偏北偏东,低纬度台风“烟花”与副高之间的东南风急流直达河南中部,与位于郑州、卢氏、南阳之间的强中尺度低涡系统共同作用,导致河南北中部出现历史罕见的极端暴雨过程。极端暴雨造成了严重的城市内涝、电力和交通中断、中小河流决口、水库超汛泄洪、农田房屋被淹及人员伤亡等灾害。采用多尺度观测资料和数值预报产品,对此次极端暴雨及其关键影响系统中尺度低涡、极端雨强的可预报性等进行复盘及根据降水强度对郑州城市积涝和水库超限的关键节点分析结果表明:(1)“21·7”极端暴雨的主要影响系统中尺度低涡预报难度较大,根据实时监测信息作出判断低涡出现的时刻较实况可提前约6 h;(2)雨强≥100 mm/h的降水出现频次高、范围大,其有效预报预警提前量仅30~60 min;(3)郑州及豫北发生重大气象灾害的关键节点与雨强≥80 mm/h出现密切相关,100 mm/h以上的雨强呈多时次、多站点,且落区集中是发生严重城市内涝和水库出现险情的最直接原因。关于此次极端降水决策气象服务的思考与经验有:(1)重视最新天气实况分析,在极端降水可预报性低的情况下,加强实时气象观测资料、特别是降水实况分析,是提高预报预警准确率的最有效手段;(2)准确把握灾害性天气的致灾关键节点,尽可能加大预警提前量,是决策气象服务获取实效的关键。