徐州冬季雾-霾天颗粒物粒径及气溶胶光学特性变化特征

为研究徐州冬季雾-霾天气形成过程中颗粒物粒径及气溶胶光学特性的变化特征,分析了2014年12月1日-2015年2月28日徐州大气颗粒物质量浓度（PM（10）、PM（2.5）、PM1）、数浓度（0-1μm、1-2.5μm、2.5-10μm）和气溶胶光学特性等数据.结果表明：0-1μm粒径范围细颗粒物的大量增多是引发徐州冬季雾-霾天气的主要因素,徐州冬季地面风速小（静风或轻风天气）,较高的大气相对湿度对雾-霾的形成和维持起着重要影响作用.持续时间较长的雾霾天气,因颗粒物吸湿增长和水汽附着,1-10μm粒径范围大气颗粒物在雾霾时段易发生沉降而减少,后随相对湿度降低雾霾转为短时间的霾天气,1-10μm颗粒物数浓度大幅上升.徐州冬季500nm波段AOD total和AOD fine mode具有相同的变化趋势,雾-霾日AOD total和AOD fine mode显著高于非霾日.AOD fine mode与AOD coarse mode的比值雾-霾日亦明显高于非霾日,而且在雾-霾日Angstrom波长指数主要集中在1-1.6,表明徐州冬季雾-霾时段大气中细颗粒物为主控粒子.

垂直运动对雾-霾及空气污染过程的影响分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,分析2013年山东分别出现雾和霾的两次严重污染过程,结果表明:(1)大气静稳状态时,500 h Pa为脊前西-西北气流,850 h Pa为暖脊,有弱暖平流,地面气压场较弱,易出现逆温、混合层高度低、风速小,导致大气水平和垂直扩散能力差。850 h Pa弱上升和700 h Pa弱下沉,造成高空干洁大气和地面"脏"空气对峙的局面,垂直交换停滞是雾-霾和污染持续的根本原因。(2)强冷空气驱散雾-霾的过程,正是打破了空气垂直交换停滞的状态,使得高空清洁大气能够下沉到地面。空气质量的根本改善由垂直交换完成。(3)弱冷空气伴随的弱下沉运动和锋面附近整层上升运动能够减轻污染。(4)冷锋过后剧烈下降的地面露点温度即是高空干洁大气到达地面的标志。

2018年常州一次罕见持续性雾-霾天气分析

利用常规气象观测资料、探空资料、污染物浓度及AQI资料、NCEP再分析资料等,对2018年11月24日至12月3日夜间常州持续11 d的强浓雾和严重霾天气过程进行了分析。结果表明:(1)此次雾-霾过程持续时间长、范围广、强度大、污染重。(2)中纬度地区高层持续纬向环流控制、中低层暖脊稳定存在,地面持续受均压场或弱倒槽顶部、弱冷锋前部影响,是这次持续性雾-霾过程的重要天气条件。(3)边界层内弱辐散、负涡度及弱的下沉气流是此次雾-霾天气得以长时间维持、发展的动力因子。近地层长时间水汽饱和且维持小风速利于雾-霾的长时间维持。(4)近地面高强度的贴地逆温长时间维持和持续较低的混合层高度是此次雾-霾形成、发展和长时间维持的重要热力条件。雾比霾的平均混合层高度明显偏低且霾等级越高混合层高度越低,混合层高度的变化先于能见度变化,对雾-霾临近预警有较好的指导作用。(5)弱冷空气渗透、风速适当增加、混合层高度的先期快速下降、负净辐射曝辐量绝对值的明显增大是雾爆发性增强的主要原因。

对雾-霾过程的综合探测

通过大气细粒子激光雷达和台站探测仪器,探测北京一次雾-霾天气过程,结合地面观测和高空探测气象要素的变化,分析了该雾-霾天气过程能够持续的气象条件:(1)温度持续上升,相对湿度维持在50%以上,风速基本在2 m·s^(-1)以下,高温、高湿、小风速等气象条件不利于颗粒物的迅速扩散;(2)逆温层的持续存在,大气对流减弱,阻止了颗粒物向高空扩散,颗粒物大量积累。以上两个主要原因造成了该雾-霾天气过程的持续。降水对颗粒物的冲刷、湿沉降作用以及冷空气的到来造成地面风力增大,促使了雾-霾天气过程的最终消散。从细粒子激光雷达探测结果发现,在每天中午雾-霾垂直高度都会降低,整个过程中细粒子激光雷达和地面仪器探测的结果基本一致,但通过激光雷达和L波段探空资料对比发现,在存在饱和水汽天气状况时,细粒子激光雷达探测雾-霾高度偏低。

淮河下游连续雾-霾及转换成因分析

利用边界层探空资料、地面气象要素及污染物资料,研究了2012年6月中上旬淮河下游一次连续多日大范围雾-霾天气的雾-霾转换过程及成因.结果表明:近地面静小风为雾-霾长时间维持提供良好动力条件,边界层中低层维持的近中性层结或逆温层结创造良好热力条件,秸秆燃烧提供凝结核条件;雾和霾过程中风速下降伴随着能见度降低,风速增大则伴随着能见度升高.中度以上霾的形成和发展都伴随着空气比湿增大,霾向雾转换过程中比湿下降.比湿越大雾-霾持续时间越长,雾前比湿越高雾中最低能见度越低.能见度与SO2浓度呈正相关(Pearson相关系数为0.42)、与PM2.5和PM10浓度呈反相关(Pearson相关系数分别为-0.49和-0.56);雾-霾过程中上风向SO2、NO2浓度高于下风向2倍左右,下风向NO和PM10浓度高于上风向1.5倍左右,出现污染物转化.

基于多源资料天津一次雾-霾过程的边界层特征

为探究雾-霾过程的边界层特征,选取天津市2019年12月7~10日一次严重的雾-霾典型过程,采用常规自动气象站资料、环境小时浓度资料、以及微波辐射计、风廓线雷达、气溶胶激光雷达等多种观测资料及WRF-Chem源追踪方法对此次污染过程进行综合分析.结果表明,此次雾-霾过程可明显分为雾生成、雾与霾交替、霾、霾消散等4个阶段;雾-霾天气与大气温度层结密切相关,伴随着逆温生成,相对湿度和液态水含量最大增长速率分别达13.44%/h和0.013g/(m^(3)·h),呈爆发性增长,相对湿度快速增至92%,微波辐射资料可较好预报雾的生成;雾与霾交替出现阶段雾天气改变了边界层结构,雾层内大气呈中性状态,相对有利于污染物在雾区内扩散,PM_(2.5)高浓度主要出现在边界层400m以下,雾顶持续逆温抑制了污染物向上层大气扩散,造成雾区内污染物浓度加重,地面PM_(2.5)质量浓度为135~223μg/m^(3),维持中度-重度污染;雾-霾天气与垂直风场有较好的对应关系,雾与霾交替出现阶段存在低风速和较大风速(西南风带来充沛水汽)两种有利于雾维持的情况,雾顶逆温层以上风速为6~12m/s,雾层内为1~2m/s,雾的存在不利于近地面空气质量的改善;此次雾-霾过程天津本地源排放贡献为36.1%,区域输送贡献为63.9%,整个过程表现出明显的区域输送特征.

江苏盐城地区一次持续雾-霾天气过程的综合分析

2013年12月上旬江苏盐城地区出现了一次历史罕见的持续重度雾-霾天气,利用盐城市常规气象观测资料、NCEP再分析资料(1°×1°)及环境监测中心站的污染物浓度资料等,对此次过程的环流背景、气象要素、大气层结特征以及动力条件、污染情况等进行了综合性分析。结果发现:12月上旬中高层冷空气势力弱,以纬向环流为主;低层弱的水平风场为雾-霾的发生发展提供了有利的环流背景;稳定的层结特征,近地面高强度的贴地逆温和持续较低的混合层高度是此次雾-霾天气长时间维持的重要因素;边界层内弱正散度及负涡度是此次雾-霾天气得以维持发展的动力因子;通过后向轨迹分型和火点监测资料分析发现:污染物的长距离输送在此次重污染天气的形成过程中起到了一定作用。最后,文中建立了能见度和PM_(2.5)浓度、相对湿度的非线性回归方程,对能见度的预报效果较好,为实际业务应用中雾-霾的预报提供了有利的依据。

应用L波段探空数据分析黑龙江省雾-霾垂直结构特征

本文选用2010-2014年黑龙江省4个探空站08、20时L波段探空资料和地面常规观测资料,应用相对湿度阈值法,分析了雾-霾天气云系的垂直结构特征。结果表明:85%的雾底高度在贴地层至0.3 km;雾顶高度1.0-1.2 km,雾厚度0.72-0.92 km;37.6%的雾为单层结构,雾的发生常伴随有中高云,其中35%的雾具有双层云结构;23.9%的雾为三层云结构。

我国中原至华北平原冬季雾-霾与北半球大气环流异常

采用2000—2017年1月地面和高空观测基本气象要素(气压、温度、湿度、风、能见度和雾-霾天气现象等)观测信息、1980—2016年1月NCEP再分析资料等,基于气候平均态的环流异常特征分析,发展对平均气候态出现异常变化的综合诊断分析方法,研究华北地区冬季典型雾-霾多寡年大气环流的三维结构及其遥相关异常特征。结果表明:2000—2017年冬季1月,华北平原、中原等黄河中下游地区冬季雾-霾的发生日数呈增加趋势,雾-霾发生日数线性增加拟合趋势相关确认系数为R2=0.36,超过0.001的显著性水平。基于气候平均态环流异常特征分析表明,华北平原、中原等黄河中下游地区雾-霾污染出现多、寡年的对流层大气大尺度环流分布差异显著。气候平均态的环流异常特征分析表明,多雾-霾年,在冬季1月影响中国的冷空气主要路径上,自极地区泰米尔半岛,经中西伯利亚、贝加尔湖地区到中国东部区域,对流层中层与高层位势高度距平呈现"高—低—高"的分布,在低层则出现"东高西低"的气候平均态异常分布;少雾-霾年,该分布型不复存在,并出现反位相特征。多雾-霾年的这种异常环流分布型可为中原至华北平原冬季雾-霾的频发提供有利的气候背景,是该区域冬季雾-霾多发的重要原因。

2013年初江苏连续性雾-霾天气的特征分析

利用FNL资料、污染物颗粒浓度资料以及常规气象资料对2013年1月12—16日江苏地区的连续性雾-霾天气过程的环流形势、地面气象要素特征、大气边界层结构及大气污染状况等进行了分析。结果表明:高空形势变化平稳、中低层的暖平流配合稳定少动的地面气压场为雾-霾天气的发生提供了有利的环流形势;持续变化较小的气压梯度和较低的风速以及相对湿度的增大和PM_(2.5)、PM_(10)的浓度的变化为雾-霾形成和发展提供了条件;雾-霾期间低层都存在不同程度的逆温现象,混合层高度与AQI呈反相关关系,当混合层高度越低,AQI就越高,污染就越严重,能见度就越差;相对湿度的升高和PM_(2.5)在污染物颗粒中的富集,是导致能见度下降和持续污染的首要原因,而强冷空气带来的大风降温是污染物颗粒被快速清除的重要动力机制;影响南京的污染物来源为:黄海、安徽地区、北方污染物的输送和本地的局地污染。

2020年江苏泰州一次持续性雾-霾过程特征和成因分析

2020年1月12—15日江苏泰州发生了一次较强的雾-霾过程,利用常规气象观测资料、NCEP再分析资料(1°×1°)及空气质量资料等,对此次过程的演变特征、成因、气团后向轨迹特征进行了分析,结果表明:此次过程具有日变化特征,霾期间对应的PM_(2.5)和PM_(10)浓度、空气质量指数相较于雾略高,这与大雾造成的湿沉降有关。此次东路冷空气对泰州影响较弱,前期易造成污染物在本地聚集。夜间至清晨相对湿度90%以上,风小,弱的垂直交换为雾的形成提供了较好的热、动力条件。白天相对湿度减小至80%,风速增至2 m·s^(-1),此时大气污染物浓度较高,雾转换为霾。13日900 hPa以上暖平流增强,边界层内逆温和90%以上相对湿度的存在,使得雾和霾均加强至最强。此外,分析气团的后向轨迹特征发现,霾天气期间500 m以下气团稳定少动。14日500 m以上清洁气团向低空补充,利于污染物的扩散,霾减轻。15日傍晚,风力增强并伴有降水出现,雾-霾过程结束。

锦州市一次持续性雾-霾过程转化影响因子研究

利用常规气象资料、污染物监测资料以及高空气象探空资料对2016年12月17—22日在辽宁省锦州市出现的一次持续性雾-霾天气过程的高低空环流形势、地面气象资料特征、空气污染物浓度以及大气边界层稳定度进行了分析,以期揭示该次雾-霾过程的转化机理。结果表明,高空纬向型环流配合地面均压场是形成雾-霾天气的先决条件。相对湿度变化是雾-霾天气转化条件,当空气未达到饱和时,随着湿度增长,污染物吸湿增长,霾过程加剧;空气饱和时,污染物粒子活化形成雾滴,完成霾转化为雾的过程。近地面风速小、较强的逆温层是雾-霾天气的维持因素,混合层厚度与污染物浓度呈负相关,混合层厚度越小,污染物浓度越高,能见度越差;能见度变化和污染物浓度变化都滞后于混合层厚度变化,并且霾发生时混合层厚度大于雾发生时混合层厚度。通过分析V-3θ图中的滚流效应可知,雾转化为霾时,逆滚流转变为顺滚流。

北京地区冬夏季持续性雾-霾发生的环境气象条件对比分析

在北京地区,除冬季供暖期外盛夏也是雾-霾天气的高发季节,与我国南方不同.使用微波辐射仪、风廓线和常规气象探测资料、NCEP再分析资料以及大气成分观测结果,通过对比分析揭示了冬、夏季持续6 d的2个雾-霾过程形成和维持机制的异同.冬季雾-霾过程出现在高空西北气流、低层多短波活动的背景下,其形成和维持的主要机制是边界层内始终有逆温层、地面弱风场、底层湿度逐渐增大.逆温层昼高夜低、湿度昼小夜大是影响PM2.5质量浓度和能见度日变化的重要环境因子.在雾-霾天气持续期间地面弱风场能够维持主要源于冷空气势力弱、常不能影响到地面.此外,入夜后地面迅速辐射降温、边界层上层有暖平流以及空气过山后下沉增温在逆温层的形成中起了关键作用.然而,对于夏季持续性雾-霾天气,气溶胶区域输送、环境大气保持对流性稳定、空气的高饱和度是其发生的重要条件.在副热带高压长时间控制下对流层低层盛行偏南风,北京的PM2.5质量浓度随着偏南风风速增大升高.对流层底层系统性偏南风与北京附近的山谷风共同构成了从北京以南气溶胶累积地向北输送的机制.夏季雾-霾过程低层没有逆温,但是北京上空一直维持超过200 J·kG-1的对流抑制能量,它同样限制了污染物的垂直扩散.夏季自由对流高度也存在昼夜变化,其对PM2.5浓度和能见度的作用与逆温层高度升降相同.因此,冬、夏个例分别代表了2种不同类型的持续性雾-霾过程,导致差异的根本原因在于大气环流型.

雾-霾天人体平均呼吸高度处不同粒径气溶胶的微生物特性

粒径分布和微生物种群结构是雾-霾天气溶胶与人体健康密切相关的典型特征.采用安德森六级采样器在人体平均呼吸高度(近地面1. 5 m)处对北京某地雾-霾天及晴天分别进行气溶胶样品采集,从不同粒径气溶胶中的可培养细菌、真菌浓度及种群结构角度展开研究.结果表明,雾-霾天不同粒径气溶胶中可培养微生物浓度呈现不均匀分布状态;不同粒径气溶胶中微生物浓度、种群结构差异性均明显高于晴天.雾-霾天条件下,在粒径大于3. 3μm的气溶胶中,芽孢杆菌(Bacillus sp.)占据优势地位,在粒径小于3. 3μm的气溶胶中,芽孢杆菌(Bacillus sp.)和解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)占优势地位.而当雾-霾过后,解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)在所有粒径的生物气溶胶中均占优势地位.雾-霾天条件下,在粒径大于3. 3μm的气溶胶中共检出5种优势真菌,分别是链格孢菌(Alternaria sp.)、意大利青霉(Penicillium italicum)、蓝状菌(Talaromyces stollii)、枝孢菌(Cladosporium sp.)和Davidiella sp.;而当雾-霾过后,仅链格孢菌(Alternaria sp.)被检测为优势菌.无论雾-霾天还是晴天,在粒径小于3. 3μm的气溶胶中真菌均主要以意大利青霉(Penicillium italicum)和蓝状菌(Talaromyces stollii)为主.在人体平均呼吸高度处,雾-霾天与晴天不同粒径气溶胶中微生物浓度和种群结构存在明显差异.雾-霾天人体平均呼吸高度处微生物浓度高、且种群结构较为复杂,其微生物特性对人体健康的潜在风险不容忽视.

2015年12月下旬嘉兴地区持续性雾-霾污染过程分析

利用FNL再分析资料、自动气象站和环境监测站的小时观测数据及基于WRF-CHEM化学模式的排放源敏感性对比试验和高分辨率输出结果对2015年12月21—25日影响嘉兴地区的一次持续性雾-霾污染过程进行分析,结果表明:污染期间对流层中高层维持较强的西南急流,南支锋区发展明显,北支槽位置偏高,冷空气势力较弱,大尺度环流形势有利于维持稳定的大气层结结构.PM_(2.5)浓度明显上升时,地面均为西北气流所控制,而浓度下降与地面东北风回流有关.此次雾-霾污染过程期间,本地污染平均贡献率为42%,江苏地区次之约占23%.大气层结稳定时本地污染物的贡献率可达60%左右.两次冷空气过程中外来污染物的输送通量和浓度平流的强度明显不同.近地面不同高度上PM_(2.5)浓度差变化与平流累积贡献量的变化表现出较好的一致性,高层垂直平流较低层明显.

2023年12月大气环流和天气分析

2023年12月大气环流的主要特征是:北半球极涡呈多极型分布,欧亚中高纬环流经向度大,东亚大槽偏强,西太平洋副热带高压异常强盛。12月,全国平均降水量为12.2 mm,较常年同期(11.9 mm)偏多2.5%;全国平均气温为-2.6℃,比常年同期(-3.0℃)偏高0.4℃。月内共出现6次冷空气过程、1次沙尘天气过程和1次大范围持续性雾-霾天气过程。其中13—16日,我国大部地区遭遇的强寒潮过程具有影响范围广、降温幅度大和低温极端性显著等特点。

2024年1月大气环流和天气分析

2024年1月大气环流的主要特征是:北半球极涡呈偶极型分布,欧亚中高纬环流呈纬向“两槽一脊”型,东亚大槽偏东。1月,全国平均降水量为16.3 mm,较常年同期(14.1 mm)偏多15.6%;全国平均气温-3.8℃,较常年同期(-4.8℃)偏高1.0℃。月内气温起伏较大,出现了1次全国型寒潮过程和2次大范围持续性雾-霾天气过程。其中20—22日的寒潮天气过程具有影响范围广、降温幅度大、大风持续时间长、暴雪极端性强等特点。

2023年1月大气环流和天气分析

2023年1月大气环流的主要特征是:北半球极涡呈偶极型分布,东北亚低涡偏强。东亚大槽偏东,南支槽偏弱。1月全国平均降水量为8.8 mm,较常年同期(14.3 mm)偏少38%;全国平均气温为-4.4℃,较常年同期(-4.8℃)偏高0.4℃。月内气温冷暖起伏较大,中下旬出现3次冷空气过程,气温由上旬异常偏暖逆转为下旬普遍偏冷的格局,黑龙江出现极寒天气,漠河最低气温达-53℃,刷新我国最低气温纪录。13—16日出现年度首次大范围寒潮天气,具有降温剧烈、风力大、雨雪范围广等特点,新疆、陕西、山西、河南等地出现大雪或暴雪,北方地区出现首次沙尘天气过程。此外,上旬大气扩散和湿清除条件较为不利,出现持续性雾-霾天气。

2022年11月大气环流和天气分析

2022年11月大气环流的主要特征是:北半球极涡呈偶极型,东亚大槽偏弱,南支槽偏弱,副热带高压偏强。11月,全国平均降水为26.9 mm,比常年同期(20.2 mm)偏多33.2%;全国平均气温为4.8℃,较常年同期(3.3℃)偏高1.5℃。月内气温冷暖起伏较大,前中期冷空气活动偏弱,大部地区气温偏高,降水偏少;后期受强冷空气、活跃南支槽影响,气温大幅降低,降水显著增多。月内出现了1次全国型寒潮过程,影响范围广、降温幅度大,以及2次大范围持续性雾-霾天气过程。

长江三角洲冬季一次低能见度过程的地区差异和气象条件

采用NCEP再分析资料、MICAPS地面、高空气象资料以及国家环保部空气质量监测资料,对2014年2月20～22日长江三角洲地区一次低能见度过程地区差异和气象条件进行了分析.天气形势分析表明,长三角地面处在高压的控制下,地面风速较小,使污染物积累,有利于低能见度（雾-霾）的形成和维持.根据不同区域的雾、霾分布和日变化特征,将长江三角洲地区分为3个子区域：Ⅰ区为江苏大部（雾霾混合型）,Ⅱ区为上海及其周边（霾类型）,Ⅲ区为浙江大部（雾类型）,该区域白天能见度较高,夜间能见度较低的特征是由湿度因子造成的.影响Ⅰ区能见度变化的主要原因是：热力原因：大气对流层低层的层结稳定;湿度原因为：空气较湿润,气溶胶粒子吸湿性增长;动力原因主要是垂直方向和水平方向的大气扩散能力弱;污染因子对能见度变化的影响较小.影响Ⅱ区能见度变化的主要原因是PM2.5浓度高导致的污染,热力因子、湿度因子和动力因子对能见度的变化影响很小.影响Ⅲ区能见度变化的热力原因是：大气对流层低层层结稳定、近地面存在逆温;湿度原因是因为：空气较湿润,气溶胶粒子吸湿性增长;动力原因是因为边界层高度较低导致的垂直扩散能力较差.各个区域的气象因子解释方差的计算结果表明：Ⅰ区湿度因子和动力因子对能见度的影响更大,Ⅲ区.湿度因子对能见度的影响更大.