天津市大城市气象服务效益评估——以2022年为例

针对天津市道路交通、港航、能源行业,通过调研等方法,从行业气象服务的现状、各行业部门对气象服务产品的需求以及评价等方面量化评估大城市气象保障服务效益。结果显示,行业部门对气象部门提供气象预报和气象预警的准确性、及时性、完整性满意度较高,气象服务在行业防灾减灾和产能增效两方面获得良好的社会和经济效益。

基于人体热量平衡模型的天津地区中暑气象风险预报技术研究

基于2016—2020年天津市中暑门诊和住院就诊数据,利用广义相加模型和分布滞后非线性模型对气象要素与中暑就诊率的关系进行了分析,引入人体热量平衡模型和热舒适评价指标(PMV),建立了本地化中暑气象风险预警指标。结果表明:天津地区中暑门诊人数和住院人数集中在每年6月下旬到8月上旬,5年中84%的中暑高发事件集中在6次连续过程中,其发生与当日和前一日气象条件相关性最高,当最高气温大于35℃时,中暑人数明显增多。男性比女性更易中暑,老人就诊率显著高于一般人群。中暑就诊率与平均气温、最高气温、相对湿度、太阳辐射强度呈正相关,与平均气温相关性最强,与风速呈负相关。引入人体热量平衡模型,显示PMV与中暑就诊率的相关性高于任何单一气象要素,PMV在评价中暑气象风险方面具备明显优势。并且,以PMV为关键指标形成预报方程。

天津市气象局科研工作现状及对策研究

通过对天津市气象局科研现状的分析,总结出目前存在的问题,并就如何充分发挥天津市气象科研的优势、发展特色气象研究,提出意见和建议,为全面落实科技兴气象战略提供决策依据。

天津高铁沿线风致轻漂浮物入侵灾害气象风险分析及应用

为确定高铁沿线风灾隐患路段,减少大风引起的漂浮物入侵灾害发生,基于天津地区高铁沿线气象站观测资料、高分系列卫星遥感影像数据、高铁历史灾情、基础地理信息等,分析了大风对轻漂浮物入侵灾害的影响,给出天津不同区域路段灾害发生的风速阈值范围和主导风向,并基于自然灾害风险评估理论建立了高铁风致轻漂浮物入侵灾害气象风险分析模型,形成风险区划。研究结果表明:高铁沿线轻漂浮物入侵灾害主要出现在春季和冬季,占全年总量的73.75%,午后12—15时是发生的最集中时段,且在天津中部和东部区域发生最多,西北区域其次,西南区域最少。灾害主要发生在最大风风速为8~17 m·s^(-1)和极大风风速为13~21 m·s^(-1)的风速区间,当风向为偏西风到偏北风,风向与线路呈45°以上夹角时,更易引发灾害。运用卫星遥感技术手段,能够较好地识别高铁沿线隐患物分布情况,最高识别准确率可达72.7%。综合风速风向特征、隐患分布情况等,建立高铁风灾气象风险分析模型,区划结果显示,京沪高铁和京津城际风险较高,津秦高铁次之,津霸客专最低。高风险路段主要集中在京沪高铁武清区段北部、北辰区段、西青区段,京津城际的北辰区段、东丽区段东部和滨海新区段以及津秦高铁的东丽区段东部。

天津市秋季臭氧浓度影响因素及相关关系研究

选择天津市秋季典型重污染时期2005年11月2～7日近地面大气O3、NO、NO2、CO、紫外线(UV)强度和温度等观测数据,研究O3浓度的时间变化特征及其与相关前体物、气象条件的相关关系。结果表明,在观测期间O3浓度存在明显的日变化周期,在13:00～14:00时浓度最大,夜间变化平缓;O3浓度与NO、NO2、NOX和CO等前体物呈较好的负相关关系;温度和UV与O3浓度密切相关,昼间O3与UV呈相同变化趋势,相关系数达0.71,O3浓度变化滞后于UV变化,将O3浓度与前1小时的UV对比分析,相关系数提高到0.81。

天津市颗粒物散射消光特征及化学组分贡献研究

为研究天津大气颗粒物光学特征及不同化学成分贡献水平,对颗粒物散射系数进行了在线观测,同时对全年1,4,7,10 4个典型月份进行PM2.5采样,并分析其化学成分.观测发现,天津市散射消光系数表现为秋、冬季高,春、夏季低,冬季PM2.5的干散射效率最高,为5.18m2/g.当风速大于3m/s时,对污染物的清除扩散作用较为明显,散射系数较低;相对湿度较高时,其对散射系数的增长作用显著.多元线性回归分析结果表明,天津市细颗粒中有机碳和硫酸盐是影响天津市能见度的主要组分.根据IMPROVE法核算化学组分对散射消光的贡献,得出有机物的贡献最大,为38.51%.

天津市的突发性大气污染事故预警应急系统研究

为快速确定大气突发污染事故的性质及可能的危险区域范围,天津市建立了基于中尺度天气预报系统的突发性大气污染事故预警应急系统,其核心是大气扩散模型。系统由应急基础信息库、大气污染模型库和灾后风险评估3个子系统组成。天津奥运赛事期间业务运行结果表明:该系统能够快速对意外事故导致的大气污染进行模拟和预测,并将模拟预测结果和基础信息叠加制成风险评估专题图,从而为相关部门采取的紧急疏散等应急措施提供有价值的参考。

天津市灰霾评价等级指标体系研究

根据天津市2003—2007年灰霾日的污染物浓度和气象资料,应用主成分分析方法得出影响灰霾的5个主要因子(SO2、相对湿度、总云量、PM10和风速)。对相对湿度、总云量和风速3个气象因子的历史资料进行频数统计分析,并建立了各气象因子的等级划分标准。利用灰色聚类法构建了天津市灰霾评价的等级指标体系,灰霾等级划分结果表明,天津市轻度灰霾和重度灰霾出现天数相对较少,均以中度灰霾为主;轻度灰霾大多出现在春季和夏季;重度灰霾主要出现在冬季,春季出现的比例最小;综合评价分析,冬季灰霾污染程度最为严重。

天津市区县间大气污染相互传输贡献研究

灰霾污染是当前天津市面临的首要大气污染问题。应用MM5/CMAQ模型,选取1月和7月作为冬、夏两季典型代表月份,采用源开关法,对天津市各区县之间的PM2.5污染相互传输贡献进行识别分析。结果表明,天津市各区县间的相互污染影响具有较显著的季节变化和区域分布特点。在冬夏两季的北辰和滨海新区,50%以上污染都来自于本区域贡献。冬季,中心城区和平、河东、河西、南开、河北约30%的污染来自于本区域贡献;夏季,中心城区来自本区域贡献大幅减少,而静海、宁河、津南及东丽等区来自本区域贡献比重较冬季有所增加。总体而言,滨海新区和北辰区主要受本地污染源影响,其他区域受外部源贡献影响较大。研究结果为筛选重点控制区域,制定城市大气污染治理控制方案提供科学依据。

基于环流指数研究天津长序列细颗粒物大气污染气象条件演变规律

基于国家气候中心气候系统监测指数集和天津环境模式细颗粒大气污染气象条件指数,建立基于环流指数的天津细颗粒物大气污染气象条件评估方法,研究1951~2021年天津气象和气候条件变化对PM2.5稀释、扩散和清除影响.结果表明,与天津春季大气污染气象条件高相关的环流指数有东大西洋遥相关型指数、热带北大西洋海温指数、斯堪的纳维亚遥相关型指数;夏季大气污染气象条件与副高位置密切相关,高相关环流指数为印度副高北界位置指数和南海副高北界位置指数;秋冬季亚洲纬向环流指数和亚洲经向环流指数高低对大气污染气象条件有较好指示意义,北极涛动指数和北半球极涡强度指数反映了影响我国秋冬季冷空气强度和频次,与秋季天津大气污染气象条件指数相关系数为0.45,与冬季天津大气污染气象条件相关系数为0.66.基于环流指数和基于数值模式构建天津细颗粒物大气污染气象条件相关系数为0.80,由此数据分析,1951~2021年天津细颗粒物大气污染气象条件年际变化平均波动在2.56%,极端峰谷值与平均值相差7%~8%,20世纪80年代最差,20世纪50年最优,21世纪10年代优于历史平均1.61%.

天津市250m低层大气风廓线模式的试验研究

本文用天津250m气象塔的风廓线观测资料,检验了M-O相似理论的近地层风廓线模式。结果认为,在中性和不稳定条件下,使用近地层计算得到的L和U_*,M-O相似模式可以较好地推广应用。对稳定层结,用Yokoyama等人提出的U_*一级近似表达式替换常通量层公式中的相应量后,U_*和u/z之间的关系在风向随高度没有明显偏转的层次中仍然成立并且至少可推广应用到120m。

天津市典型区域立体多重城市内涝模型研究

以天津地区典型的津河局部地段作为研究对象,结合城市地理信息和排水管网运作方式,重新构建城市内涝模型,将河网、路网、管网和社区的计算网格分层划分,形成相对独立的河网、路网、管网和社区的计算模拟体系,通过对城市内涝数学模型进行改进,形成分区分层与立体多重的城市内涝计算模式。选取2009—2015年天津地区的10次降雨过程,结合排水部门提供的城市积水信息和河道水位数据,对建立的立体多重城市内涝模型的模拟结果进行验证。结果表明:建立的天津地区立体多重城市内涝模型模拟的最大积水深度与实况积水深度误差绝对值小于10 cm的降水过程,占模拟的2009—2015年天津地区全部降雨过程的88%,模拟的液面过程与实测液面过程的变化趋势一致,模拟的河道水位与实况水位的统计平均误差均小于10 cm,水量平衡的相对误差为0。可见,建立的天津地区立体多重城市内涝模型可以有效的模拟城市河道的水位和城市积水的变化。

天津市太阳辐射能资源的精细估算研究

本文根据天津市区１９５９～１９９４年共计３６ａ逐日实测总辐射资料，建立了用其它气象要素（日照百分率及空气湿度）估算不同尺度（年、季、月、旬、候及逐日）太阳总辐射量的系列经验公式，其平均拟合精确度可达９０％～９７％。

天津市农业气象信息网站的开发与信息服务

分析了建立农业气象特色网站的必要性和作用,阐述了该网站的信息资源构成、开发技术与方法、信息服务形式,并对下一步的发展进行展望。

天津市大气PM_(10)中碳组分垂直分布特征研究

针对天津市大气颗粒物PM10中碳组分的垂直分布特征开展研究,结果显示天津市含碳组分垂直分布特征明显,OC和EC浓度随高度升高而减少。各高度中,近地面10 m处大气OC和EC浓度最高,碳颗粒污染最重,近地面SOC污染亦较重,与机动车尾气排放有较大关系;40 m高度处OC和EC的相关系数最小,该高度处碳颗粒来源较复杂,近地面机动车和高架源燃煤排放等源均对碳颗粒有贡献;120 m处OC和EC的相关性最高,碳组分同源性较高,与该高度处碳颗粒主要受高架源排放影响有关;220 m处OC与EC相关性较低,OC含量最高,OC/EC比值较高,可能与220 m处区域输送燃烧的碳颗粒较多有关。

天津市农田土壤水分监测预报研究

利用卫星监测的土壤含水量资料，研究了土壤水分与各气象要素之间的关系以及土壤水分自身的变化规律；并根据这些规律建立由多种预测模式组成的土壤水分动态监测与预测系统。该系统的预测准确率在９０％以上。

天津市大气能见度与颗粒物污染的关系

利用天津市大气边界层观测站2009年能见度、相对湿度、风速逐时观测资料和2009年3月9-21日期间颗粒物的膜采样数据，分析天津市大气能见度与颗粒物污染的关系．结果表明，颗粒物质量浓度与能见度变化总体呈负相关，小粒径颗粒对能见度的影响作用明显，随着能见度的降低．小粒径颗粒与大粒径颗粒浓度的比值明显增加．能见度与颗粒物中总碳质量浓度变化呈负相关．5042,N03,OC和EC对大气消光贡献平均值分别为28．7％，6.1％，27.6％和19.2％．表明观测期间颗粒物中5042-,0C对能见度的影响明显。

天津市大气中PM10、PM2.5及其碳组分污染特征分析

2007年12月-2008年10月期间,分3个时段,设置2个点位,采集了天津市大气环境中PM10和PM2.5样品.用热光反射分析仪测定样品中的碳组分含量,并用OC/EC最小比值法估算二次有机碳（SOC）的浓度.结果表明,市区采样点颗粒物浓度高于郊区,2个采样点的颗粒物浓度变化趋势一致.5月份PM2.5/PM10比值最小,主要由于土壤风沙尘对PM10的贡献较大.PM10和PM2.5中的有机碳（OC）、元素碳（EC）浓度12月份最高,且变化趋势相同.OC占总碳（TC）比例较高,PM10中OC/TC为0.60-0.83,PM2.5中OC/TC为0.55-0.81.碳组分主要集中在PM2.5中,PM10中约有76%的OC存在于PM2.5中.12月份的SOC浓度最高,与12月份的气象条件和污染源排放等因素有关.

天津市PM_(10),PM_(2.5)和PM_1连续在线观测分析

利用2010年9月1日─11月30日在中国气象局天津大气边界层观测站采集的ρ(PM10),ρ(PM2.5)和ρ(PM1)数据,分析了观测期间可吸入颗粒物的统计特征,结合同期气象观测资料,分析了典型天气条件下ρ(PM10),ρ(PM2.5)和ρ(PM1)的日变化特征及与风速、风向的关系.结果表明:观测期间,ρ(PM10)日均值有超过12的天数超过《国家环境空气质量标准》(GB 3095─1996)二级标准限值;ρ(PM2.5)有63 d超过美国国家环境保护局(US EPA)1997标准限值,超标率高达76.8%;不同天气条件下,ρ(PM10),ρ(PM2.5)和ρ(PM1)日变化特征明显,三者一般在大雾或扬沙浮尘天气条件下出现高值,有降水过程时出现低值;可吸入颗粒物以粗粒子(PM2.5～10)和PM1为主,PM2.5～10,PM1～2.5和PM1主要分布在风速小于3 m/s,风向为225°～280°和70°～110°范围内;风速大于3 m/s时,ρ(PM2.5～10)和ρ(PM1～2.5)有所增加.ρ(PM10),ρ(PM2.5)和ρ(PM1)未出现周末效应,但存在明显的周内变化.

天津市冬季典型大气重污染过程特征

基于污染物浓度、颗粒物化学组分及气象参数等观测数据,综合分析天津市2015年冬季典型重污染过程成因及污染特征,结果表明:天津市冬季重污染期间风速0~4.0m/s,相对湿度80%以上,混合层高度仅为清洁天气的1/3~1/2,静稳高湿的大气环境对重污染影响较大.重污染过程NO_2/SO_2比值较清洁天气低,NO_3^-/SO_4^(2-)比值大于1,表明重污染期间天津市移动源与固定源并重.重污染PM_(2.5)/PM_(10)比值较清洁天气高,PM_1/PM_(2.5)比值较清洁天气低,可能与重污染过程期间细粒子的吸湿增长以及散煤燃烧排放有关.污染初期NOR大于SOR,随着重污染持续,甶于受制于氨,SOR要高于NOR,需关注气态前体物尤其是SO_2排放.OC与EC浓度高时二者相关性较低,SOC占OC的20%~54%,说明冬季重污染期间散煤燃烧源和二次有机化学反应对冬季重污染影响较大.