四川盆地大气混合层高度变化特征及其与PM_(2.5)浓度之间关系

利用四川盆地2016-2018年的探空资料,估算了3个代表地区(成都、宜宾、达州)最大混合层高度(MMH),运用ERA-interim再分析资料的边界层高度(ERA-PBLH)验证MMH计算结果的可靠性,分析了MMH的概率分布、季节变化特征,并结合同期PM_(2.5)日均浓度资料及地面气象观测资料,探讨了MMH和其他气象因子与PM_(2.5)日均浓度之间的关系。结果表明,四川盆地MMH整体偏低。在季节分布上,成都和宜宾MMH春季的最高,秋季的最低,达州夏季的最高,冬季的最低,这种地区性差异的主要原因来自感热通量及水汽条件的季节变化。总体上PM_(2.5)日均浓度随MMH的升高而逐渐减小。重污染天气多发生在MMH较低、相对湿度较大的情况下,较低的抬升凝结高度限制了混合层的增高,并且气溶胶吸湿增长作用明显,污染物容易聚集。盆地PM_(2.5)浓度的高值主要集中在风速为1.0 m/s左右,盆地内空气流入对当地污染物浓度有明显的增长作用。

贵阳市中心城区混合层高度变化特征与环境空气质量关系研究

根据2017年至2021年贵阳市中心城区的10个国控站点环境空气质量变化趋势,运用L波段雷达探空秒级数据,计算得出贵阳近5年混合层高度随时间序列变化特征,分析表明:(1)贵阳市四季混合层高度具有明显的季节变化,夏高冬低,日变化特征为07时至18时高,19时至06时低;(2)贵阳市混合层高度与污染天气的环境容量有直接相关性;(3)冬季大气以中性层结主导,低风速,混合层厚度低于200m是造成贵阳市主城区冬季轻度污染的主要因素。

城市新区大气混合层高度特征分析

分析大气混合层高度的时空变化特征,为优化城市新区内各类型重点大气污染源的布局提供科学依据。收集江西某城市新区内2个气象观测站近10年逐小时实测风速数据及ERA再分析云量数据,采用国标法计算得到能反映两地大气扩散条件的大气混合层高度的逐时数据,并结合2016—2020年该区域空气质量数据,利用SPSS分析大气混合层高度与区域大气污染状况之间的相关性。该城市新区内两地的大气混合层高度有明显差别,但随时间变化的特征总体相同;污染条件下,混合层高度与大气污染物之间的相关性较高且明显优于空气质量等级“优、良”条件下。大气扩散能力的变化特征明显且存在区域差异。

大气混合层高度的确定与计算方法研究

利用多个飞机场的气象资料对河北省及京、津地区的大气混合层高度进行研究，采用３种方法对大气混合层高度进行确定，把不同方法所得结果与实测值比较、分析后发现，干绝热法和经局地气象条件修正后的罗氏法是确定大区域大气混合层的最佳方法。利用离散点最小二乘曲线拟合原理得出精确度较高、计算简单的混合层高度计算公式。

乌鲁木齐近30a大气稳定度和混合层高度变化特征及与空气污染的关系

基于1979-2008年乌鲁木齐1天4个时次的地面常规气象观测资料,运用Pasquill-Turner稳定度分类方法和修正的罗氏法计算得出了乌鲁木齐市近30 a大气稳定度和大气混合层高度随时间序列的变化特征,分析了2001-2008年混合层高度和稳定度与空气污染的关系。结果表明:近30 a乌鲁木齐大气混合层高度随时间基本呈现缓增的趋势。混合层高度在冬季夜间最低,说明此时大气垂向平均稀释能力最差。近30 a大气稳定度以D类频率出现最高,F类次之;其日变化为夜间多稳定层结,傍晚和清晨中性层结占居主导,中午弱不稳定层结出现最多。混合层高度与API相关系数-0.95,表明大气混合层高度是影响空气质量的重要因素,为开展空气污染潜势预报提供了一个很好的预报指标。F类稳定度的出现频率与API相关系数0.80,也是一个比较好的空气污染潜势预报因子。

基于激光雷达和微波辐射计观测确定混合层高度方法的比较

利用苏州地区2010年1月4,7,16日和2月4日4天的激光雷达及微波辐射计观测资料,比较了不同遥感手段探测晴天大气混合层高度的差异,发现试验期间该地区的混合层高度在300～1500 m之间。利用梯度法、标准偏差法、小波法从激光雷达数据中提取混合层高度并进行了对比,结果表明三种方法都能较好地反演混合层高度并且一致性较好,三者差异主要存在于大气边界层的发展和消亡阶段;梯度法和小波法结果无明显差异,而标准偏差法结果稍高于其他方法。在此基础上,利用微波辐射计探测的大气温度,使用温度梯度法估算大气混合层高度,并与激光雷达探测结果进行了比较,结果表明,大多数情况下激光雷达探测结果高于微波辐射计观测结果;两种遥感手段有较好的相关性,相关系数为0.76。激光雷达同微波辐射计结果存在差异,尤其是在边界层的发展和消散阶段,这是由两种遥感手段探测原理不同造成的。

陕西省混合层高度变化规律研究

根据陕西省99个气象台站2006—2011年逐时气象观测资料,统计计算了各站四季及年平均混合层高度,并利用GIS系统绘制等值线分布图,分析了混合层高度的区域分布特征、四季和全年日变化特征。分析表明:(1)全年和四季平均混合层高度均以关中最高、陕北其次、陕南最低,其中陕北区域北部高、中部低,关中和陕南均为东北部高、西南部低;(2)各区域混合层高度均以春季最高,夏季其次,冬季最低,大致以冬季12月或1月最低,随后快速升高,4—5月达到最高,以后逐渐降低;(3)日变化均呈单峰型,日出后开始迅速升高,13:00前后达到最高,16:00开始迅速降低,日落后至次日日出前持续较低,春、夏季峰值持续时间较长,秋、冬季较短;(4)四季陕北和关中全天平均混合层高度差异不大,大部分时间关中略高于陕北;陕南春、夏季白天、秋季9:00—16:00、冬季10:00—15:00明显低于陕北和关中,而秋季18:00至次日7:00、冬季17:00至次日7:00大多高于陕北和关中。

对大气混合层高度确定方法的比较分析

介绍了大气混合层高度的计算方法，并用三种方法计算了西安市１９８６年的混合层高度，对其变化规律进行了分析。对三种计算混合层高度的方法进行了适用性分析。

结合激光雷达和探空资料研究青藏高原地区混合层高度特征

利用那曲地区的微脉冲激光雷达探测资料,采用梯度法获取了那曲地区白天混合层高度随时间的演变信息及混合层特征参数,结果表明混合层在上午发展缓慢,中午以后发展迅速,14:00(北京时)前后达到稳定;强烈的对流热泡活动导致混合层高度起伏较大,参数化反演得到的卷夹层厚度达到0.4~0.5 km,卷夹比在0.2左右。利用探空资料结合日最大位温资料,采用气块法得到了高原地区7个站点的每日最大混合层高度数据集。通过对由激光雷达和探空资料得到的最大混合层高度结果进行对比,发现二者有很好的一致性(相关系数0.85,均值偏差0.11 km,均方根误差0.30 km,并通过0.05显著性水平的t检验)。最大混合层高度在7个站点均有明显的逐日变化特征。从年均值看,最大混合层高度与海拔高度之间没有明显相关关系。从季节均值看,格尔木与都兰站表现出明显的春高冬低的分布特征,而其它五个站点则表现为春高夏低,表明高原地区的盆地地形和山地地形对混合层高度有显著而不同的影响。通过定义热力稳定度和确定特征气压层高度,利用热力稳定度与最大混合层高度之间良好的线性关系,获取了一种简便地获取最大混合层高度的统计方法。

基于激光雷达分析一次重霾过程混合层高度

为深化对冬季重霾天气大气混合层高度的认识,利用Mie散射激光雷达观测了成都市2014年1月23日至2月4日一次典型重霾天气过程。基于Mie散射激光雷达探测获取的后向散射系数,使用SBH99算法计算了该过程的混合层高度,并系统分析其演变特征及其与气象因子的关系,研究结果表明:将激光雷达探测的混合层高度与探空曲线表征出的混合层高度进行对比分析,结果显示两者具有较好的一致性,相关系数为0.893 4;此次重霾过程中,混合层高度平均值较低,约378 m;霾天气发生后,混合层高度显著下降,并且混合层高度的最大值与最小值之间差距缩小,日变化波动不明显;混合层高度的发展与空气温度的变化趋势呈正相关关系,与相对湿度呈负相关关系。

混合层高度变化趋势及其代表值的探讨

利用长江下游某地的气象资料探讨了混合层高度的时刻、月份和季节变化规律,并得出结论:用2:00、8:00、14:00、20:00时刻的气象资料对年日平均有很好的代表性,用4、7、10、12月份对春、夏、秋、冬也有较好的代表性。

利用微脉冲激光雷达探测大气混合层高度和气溶胶垂直结构的初步研究

采用2008年5月14日—12月28日安徽寿县地区（116°46＇55.02″E,32°33＇30.18″N）MPL（micro pulse lidar,微脉冲激光雷达）资料,分析了当地混合层高度（mixed layer height,MLH）的日变化特征。利用梯度法、拐点法及归一化梯度法反演了当地混合层高度,并将3种方法的反演结果与SONDE探空确定的MLH做相关性分析,结果表明：由梯度法反演得到的MLH与探空资料确定的MLH高度相关（相关系数为0.976）,是3种方法中最适合确定寿县地区MLH的反演算法。利用梯度法反演了晴天无云天气条件下MLH的日变化,研究了当地气象条件对MLH的影响,结果发现：MLH增长率与前1 h地表温度增长率有很好的相关性;地表风速的变化也会导致MLH的急剧变化;MLH的发展滞后于气溶胶光学厚度0.5~3 h。

铜陵市空气污染物浓度与大气混合层高度的关系

以长三角地区典型工业城市为研究对象,利用气象探空站观测数据,采用干绝热曲线法计算代表大气垂直方向上大气混合能力的最大混合层高度,并与地面观测的空气污染物浓度观测结果进行对比分析。分析结果表明,2-4月和7-10月是月均最大混合层高度较高的2个时期;在季节变化上呈现出春季到冬季依次下降的特征,东亚季风气候是造成这些特征的主要原因之一。总体而言,随着最大混合层高度的增大,各污染物的最大可能浓度呈现出不同的降低趋势。最大混合层高度对颗粒态污染物(PM_(10),PM_(2.5))日均浓度的影响最为显著,主要原因是颗粒态污染物相对稳定、且生命周期长。对于气态污染物而言,化学性质稳定的CO的最大日均浓度与最大混合层厚度之间关系最好,其次为SO_2和NO_2。O_3由于化学性质不稳定且受太阳辐射影响显著,其最大日均浓度与最大混合层高度之间关系相对较差,但也存在着-0.692的负相关。

珠三角地区日最大混合层高度及其对区域空气质量的影响

大气混合层高度是影响大气扩散的主要因子之一,其对空气质量评估与污染物的存储量及分布起着重要作用。利用2014年4月至2018年3月珠三角地区香港(沿海站点)和清远(内陆站点)气象探空数据,采用干绝热曲线法估算代表大气垂直方向上大气混合能力的最大混合层高度,探讨沿海与内陆地区混合层高度的差异性,并将最大混合层高度估算值与地面观测的污染物浓度进行相关性分析。结果表明:珠三角沿海与内陆地区的混合层变化具有典型局地特征,沿海日最大混合层高度普遍低于内陆,两地平均高度分别为982m和1198m。区域混合层高度的空间差异性由多方面原因造成,其中温度日较差起到关键作用。由于海洋水体的气温调节作用,沿海地区温度日较差较小,因此混合层发展相对较低。珠三角地区各污染物浓度与混合层高度的相关性有较大差异,其中以CO为代表的一次污染物与混合层高度间呈显著负相关,以O3为代表的二次污染物与混合层高度间则呈显著正相关,而颗粒物作为多源性污染物(既有一次排放,又有二次生成),其与混合层高度之间的相关性较弱。

银川市大气混合层高度变化特征及其与空气污染的关系

基于银川高空站2008~2017年的L波段秒级数据和地面观测数据,利用干绝热法计算银川2008~2017年逐时大气混合层高度,分析其变化特征,同时利用银川6种污染物的质量浓度和AQI指数,分析大气混合层高度与空气污染物的关系。结果表明:银川市的大气混合层高度(MLH)大部时间在600 m以下,占比为68%;银川MLH具有明显的单峰型日变化特征,07:00(北京时间,下同)最低,16:00最高;各月MLH值在282~936 m,4~6月MLH值最高,12月MLH值最低;季节变化方面,春季最高,夏季次之,冬季最低;年变化方面,2012年MLH平均值最高为621 m,2015年最低为566 m;银川市6种污染物除O3外,其余5种污染物的质量浓度与MLH值都为负相关,O3与MLH值的相关性最好;四季中,冬季污染物浓度与MLH值的相关性最好,夏季最差,秋季好于春季;银川MLH值与AQI指数呈负相关。

一个混合层高度发展的数值模拟试验

本文利用在ＨＥＩＦＥ期间戈壁地区采集的资料，并用一个考虑由地表热力及动力强迫和高空下沉等因子控制的零阶跳跃模式，对该地区白天混合层高度增长的机制进行了数值模拟分析。结果表明：白天混合层高度的增长受来自祁连山强烈的下沉冷空气的影响较大，使其高度的增长受到抑制，且最大值出现的时间超前。

青岛地区混合层高度的季节性变化

利用山东青岛地区大气中的探空资料,和青岛附近海域的NECP资料,利用干绝热方法测量青岛地区大气混合层高度,得出了青岛地区混合层高度的变化规律,并主要从海陆相互作用入手,对混合层高度季节性变化的原因做出了分析。

四川盆地大气混合层高度特征及其与AQI的相关性分析

针对不同气象条件和天气过程对污染物扩散条件的影响,利用2011-2017年4月四川盆地6个城市每天8个时次的地面观测资料,运用国标法、罗氏法和联合频率法计算了大气混合层的高度,并分析了混合层高度的变化特征;同时结合国家环保部数据中心2014-2017年4月的AQI日平均资料,对混合层高度与AQI做了相关性分析。研究结果如下:混合层高度的3种计算方法中联合频率法具有更好的精确性和代表性,更能反映实际情况;四川盆地的混合层年平均高度为587.2 m,变化范围在530~660 m,并呈抬高趋势;月平均高度为591.26 m,变化范围在440~770 m,最低值出现在秋、冬两季,最高值出现在春、夏两季,说明春、夏两季大气的扩散条件比秋、冬两季要好;近年来冬季的混合层高度大致上也呈现抬高的趋势,表明冬季的扩散条件有所转好;一天之中混合层高度在午后14时达到最高,夜间02时最低。混合层高度与AQI总体来说表现为负相关,其中达州混合层高度与AQI的相关性最好,相关系数为-0.22,但其相关性根据季节的变化而存在波动,一般在冬季混合层高度与AQI为显著的负相关,而在春、夏两季则出现正相关。

基于光谱分析的大气混合层高度测量研究

基于地基主动和被动差分光学吸收光谱(DOAS)分析方法,在2015年5月至2016年5月期间对上海近地面NO_2浓度(cNO_2)及对流层NO_2的垂直柱浓度(NO_2VCD_(trop))进行了观测。主动长光程差分光学吸收光谱系统(long-path DOAS,LP-DOAS)观测得的cNO_2小时均值与上海市全市空气质量cNO_2小时均值呈正相关,相关系数为0. 81。被动多轴差分光学吸收光谱系统(multi-axis DOAS,MAX-DOAS)观测得的NO_2VCD_(trop)与GOME-2和OMI卫星传感器测得的NO_2VCD_(trop)也均呈正相关,相关系数分别为0. 89和0. 88。大气污染物的输送、扩散、稀释和沉降等过程主要发生在边界层中,白天混合层占到边界层的大部分,混合层高度(MLH)以上的自由对流层中污染物浓度较小,混合层内NO_2接近均匀混合时,利用地基主、被动DOAS观测得到的NO_2数据可以快速计算大气混合层高度。计算得的MLH与GDAS气象数据库中的边界层高度(PBLH)明显相关,相关系数达0. 93,二者结果大小均在0. 1～2 km之间。实验观测期间,MLH与PBLH日变化趋势均呈单峰形,MLH高值出现在12:00—15:00,由于PBLH时间分辨率低,最高值出现在14:00,同时二者月均变化趋势一致,2015年9月和2016年2月数值较高,2015年7月和2016年3月数值较低,另外求得MLH约为PBLH的0. 98±0. 59倍,符合狭义MLH与PBLH的关系。计算得的MLH与同点位激光雷达测得的PBLHLidar也具有较高的相关性,相关系数达0. 75,PBLHLidar略大于MLH,但是二者在早晨5和6时和下午5和6时大小趋于相同,符合大气发展规律。说明该算法具有较高的可行性。

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。