广东省清远市PM_(2.5)污染天气分型及污染潜在源区分析

利用2016—2021年清远市逐时空气质量监测数据和相关气象资料,基于统计分析、主观天气分型方法和后向轨迹模式(HYSPLIT),归纳总结粤北代表城市清远市在不同细颗粒物(PM_(2.5))污染天气分型下的气象要素特征及污染潜在源区特征,为大气污染精细化防控提供有效参考。结果表明:在日均风速<2 m/s、日均相对湿度为75%~90%、日均气温为18~22℃时的无降水或微量降水天气下,清远市易出现PM_(2.5)污染。变性高压脊型、脊后槽前型、冷锋前型、弱冷高压脊型、高压底后部型、台风外围型是造成清远市PM_(2.5)污染的典型天气型,其中PM_(2.5)重度污染均出现在秋、冬季弱冷高压脊型控制下;变性高压脊型下出现PM_(2.5)轻度和中度污染的频率最高;脊后槽前型是清远市春季PM_(2.5)污染的主要天气型;冷锋前型、高压底后部型和台风外围型下的PM_(2.5)污染程度较轻。加剧清远市PM_(2.5)污染的主要气流轨迹为弱偏南气流和南北气流辐合,当弱偏南气流控制时,污染潜在源区主要位于清远市辖区及广州、佛山、东莞、江门等珠三角城市;当南北气流辐合时,潜在源区主要位于清远市南部、韶关及珠三角,南岭山脉阻挡作用削弱了偏北方向长距离输送的PM_(2.5)污染。

2022年两次台风外围叠加下的臭氧污染成因分析

以广东省2022年9月12—16日臭氧污染实况为例,利用国家气象站、风廓线雷达站、环保国控站等相关资料,对该次典型台风外围影响下的臭氧污染成因进行分析。结果表明:(1)在“梅花”“南玛都”台风外围共同影响下,广东省温高、雨少、日照偏长,臭氧气象条件指数显著偏高,气象条件极有利于其生成。(2)以清远、广州为代表的中北部区域低层扩散条件一般,在持续偏北风场的影响下,污染物生成后往下游输送;而以中山为代表的风场下游珠三角西南部区域扩散条件显著偏差,加之海陆热力性质差异影响导致当地夜间风场由偏北风转为弱偏南风,风场辐合,扩散条件较差,致使臭氧污染加剧。(3)台风外围下沉气流导致低空臭氧垂直输送与外省污染传输也是臭氧污染加剧的重要诱因。

广州地区PM_(2.5)区域输送影响分析

利用中国气象局广州热带海洋气象研究所业务运行的CMAQ模式输出的PM2.5浓度预报资料,结合HYSPLIT4模式,根据Poirot的输送概率场定义输送强度,对2012年12月—2013年3月广州番禺大气成分站PM2.5区域输送影响进行分析.结果表明,输送强度与PM2.5实测值的变化趋势具有很好的一致性,输送强度的计算较为合理;广州番禺地区的PM2.5主要受外来源输送的影响,本地贡献率仅为31%;珠三角地区(包括广州)贡献率为73%,珠三角以外贡献率为27%;输送通道有3条,分别为北路、东北路和沿海路.

基于GRAPES模式的广州地区大气输送扩散参数及其对PM_(2.5)预报的应用

利用2010年11月—2011年11月广州地区PM2.5逐时监测资料以及GRAPES模式计算的四种大气输送扩散参数预报值,分析评估模式描述四种大气输送扩散参数的性能及其预报广州地区PM2.5浓度的可行性,结果表明：GRAPES模式不同时刻起报的地面通风系数、平均通风系数和湍流动能的预报稳定性与一致性较好,而垂直交换系数相对较差。垂直交换系数、地面通风系数、平均通风系数和湍流动能的量级分别为101、103、103和10-1~100。PM2.5浓度与大气输送扩散参数呈显著负相关,其中PM2.5与14时起报的垂直交换系数相关性最好。使用临界成功指数CSI对PM2.5浓度进行预报检验,得到垂直交换系数对PM2.5的预报稳定性较好,垂直交换系数能大概判别PM2.5为＂污染＂与＂清洁＂情况,临界成功指数部分可达70%。垂直交换系数与PM2.5浓度存在显著的超前滞后相关,预报PM2.5浓度是否为＂污染＂与＂清洁＂可同时参考原序列及滞后序列的预报效果。

基于卫星遥感资料监测地面细颗粒物的敏感性分析

分析了垂直分布、粒径分布和吸湿增长3个影响因子及其组合对基于卫星遥感资料监测地面细颗粒物(PM2.5)的敏感性.以广州地区为例,使用影响因子及其组合对2010年全年、干季和湿季的MODIS气溶胶光学厚度(AOD)资料进行订正,与时空匹配的地基实测PM2.5质量浓度数据对比和分析.研究表明,两者的直接相关性很低,全年相关系数(R)仅有0.147.经单个因子订正后,效果提升有限.其中,粒径因子的敏感性最高,垂直因子次之.组合因子中,垂直及粒径订正的效果最好,敏感性最高,全年R达0.526.垂直及粒径因子再加上湿度因子后,全年R降为0.498.垂直及湿度订正的敏感性最低,全年R仅为0.145.总体而言,垂直及粒径订正因子敏感性最高,效果最佳.粒径因子加入后订正效果提升显著,而经验吸湿增长因子的时空代表性比较单一.

广东省二次首场暴雨过程的特征分析

使用地面逐小时加密观测资料、6 h间隔的NCEP(水平分辨率1°×1°)的fnl全球再分析资料、micaps观测资料,通过分析2011年和2012年广东省2次首场暴雨过程的环流形势、水汽条件、热力条件、动力条件,得到以下结论:2次过程一次为持续性弱降水导致暴雨;一次是短时强降水导致暴雨。2次暴雨过程均受南支槽前和副高西北侧西南气流影响;2次过程均有比较好的水汽条件,但水汽辐合存在强弱和持续程度不同的区别;2次暴雨过程的暴雨区850 h Pa均处在θWse高值区的下游,"110318"暴雨过程开始前和开始后均没有出现CAPE值,而"120304"过程气块从850 h Pa抬升则出现CAPE;2次过程上升气流也存在持续性和强弱的区别。

广州地区臭氧污染天气条件垂直结构特征分析

以2019年8月上旬广州地区一次臭氧污染过程为例,利用空气质量监测资料、气象常规观测资料、ECMWF再分析资料、风廓线雷达观测资料及清远探空站资料等,对臭氧污染天气条件垂直结构特征进行了分析。结果表明,此次污染过程发生在副热带高压控制和台风“利奇马”外围下沉气流接连影响的天气背景下,污染过程后期地面温湿条件更有利于臭氧生成,而污染过程前期风速更小、风向转换更频繁且边界层高度更低,限制了近地面臭氧及其前体物的扩散和稀释。风场垂直结构存在明显分层现象,边界层外风速较大,边界层低层为显著小风层,副高控制下海陆风环流影响明显,台风外围环流控制下出现城市尺度低压系统。重污染日低层为逆温或等温层结,逆温层以上为大范围下沉运动,有效压制近地面污染物垂直扩散;污染过程后期大气层结转中性偏稳定为主,局地垂直经向环流使污染物向沿海地区输送。相对湿度整体偏低,白天近地面存在明显干舌,在台风外围下沉气流影响下,中层为显著干区。通风量对捕捉臭氧污染暴发性增长和缓解趋势效果突出,此次污染过程的通风量阈值约为8000 m~2·s~(-1);而回流指数对臭氧重污染有较高的识别能力,重污染日1500 m高度以下均为小值。通风量和回流指数均是反映臭氧污染的有效参数。

粤西北地区O_(3)污染特征及气象成因分析

为评估广东省西北部地区近地面O_(3)浓度变化特征及其气象条件影响关系,文章统计分析2016年O_(3)和气象要素逐时监测资料,结果表明,粤西北地区O_(3)污染是在有利的气象条件下受本地排放和外来输送影响造成的,并已成为影响当地空气质量的首要污染物。5-11月上旬污染较重,其中6月为O_(3)超标率最高月份,9月O_(3)平均浓度最高。受气象条件影响,冬夏半年O_(3)浓度日变化分别在15:00-16:00和14:00-15:00达到极大值。O_(3)浓度变化与气温和日照数据相关性最好,平均气温超过25℃、最高气温超过30℃、日照时数介于4~6 h或超过10 h、气压介于995~1000 hPa、湿度介于70%~80%、风速介于1.5~2.0 m/s且主导风为较大偏东风或东南到偏南风时有利于O_(3)污染加重。造成O_(3)浓度超标的天气形势由重到轻依次有台风外围、均压场、副高、变性高压脊、冷锋前,其中副高和冷锋前天气形势造成的O_(3)浓度超标天数最多,而变性高压脊、副高和冷锋前控制下,O_(3)浓度除本地排放贡献还有明显的外来污染物输送影响。

基于ENVI-met的广州街区温湿环境模拟

为研究华南湿热气候地区城市小区的温湿环境特征,基于微气候模式(ENVI-met)模拟广州市海珠区中山大学小区冬夏季温湿场的分布特征,并结合气象自动站连续监测资料进行检验订正,结果表明:(1)不同季节街区温湿场空间分布特征存在一定差异,白天水体和植被覆盖区为高湿和低温区;(2)ENVI-met模式能够较好预测小区微尺度温度和湿度环境,冬季温度和湿度实测值日变化幅度稍高于模拟值,夏季温度模拟值日变化幅度大于实测值;(3)冬夏季温度经过多项式函数拟合订正及冬季湿度经过指数函数和夏季湿度经过幂函数拟合订正后RMSE分别降至0.8℃以下和2.5%以下;MAPE分别降至0.26%和2.6%以下,模拟结果与实测值基本一致。研究结果表明ENVI-met可应用于城市小区规划建设。

华南区域大气成分数值模式GRACEs预报性能评估

利用2016—2019年广东省国控站实况监测数据对华南区域大气成分数值模式系统(GRACEs)预报性能进行了综合评估。除空气质量指数AQI外,重点对PM_(2.5)、O_(3)及NO2进行了分析评估。(1)模式预报性能存在年际差异,对各要素的预报值总体偏低。(2)模式预报能较好地反映空气质量的空间分布,PM_(2.5)中心在珠三角西北部,而O_(3)-8 h高值区在珠三角核心区和粤东沿海,但模式对O_(3)-8 h高值区存在显著预报低估现象。(3)模式可较好地模拟出PM_(2.5)月变化的单峰型特征和O_(3)-8 h月变化双峰型特征,但模式对AQI的秋冬季主峰值和春季次峰值的预报存在低估,分别与模式对O_(3)-8 h、PM_(2.5)的低估有关。(4)模式能较好体现O_(3)的午后峰值和NO2双峰值的日变化规律;模式对O_(3)前体物NO2的预报偏差,有可能是导致随后几小时对O_(3)浓度预报偏差的重要原因。(5)日平均浓度预报效果检验显示模式可较好预测AQI和3种污染物的变化趋势,但对夏秋季高O_(3)-8 h浓度预报显著偏低;模式对轻度污染及以上等级预报能力偏低,亟需提升模式对污染天气的预报能力。

广东省臭氧污染天气型及其变化特征

结合地面观测资料、再分析数据和客观天气分型方法SOM,分季节、分区域诊断和分析2015~2020年广东省O_(3)污染天气型及其变化特征.结果表明,2015~2019年广东省O_(3)污染逐年上升,其中2017~2019年上升较为明显,2020年则明显下降,气象条件和污染物排放的变化均对O_(3)污染的变化起到重要作用.2017~2020年广东省干季O_(3)浓度接近或超过湿季O_(3)浓度,干季污染城数亦接近湿季.弱冷高压脊天气型是影响广东省O_(3)污染的主导天气型,6a期间共造成526个污染城数.干季和湿季O_(3)污染的主导天气型分别为弱冷高压脊和台风外围,干季弱冷高压脊天气型污染天数占比呈明显上升趋势,2019~2020年超过湿季台风外围天气型成为影响O_(3)污染最主要的天气型.在弱冷高压脊天气型下,影响四大区域O_(3)污染的外来源输送路径主要有东北路和沿海路,湿季珠三角台风外围和粤北变性高压脊天气型下,区域O_(3)污染则受本地排放影响较大.

卫星遥感AOD反演地面细颗粒物浓度方法与效果

使用2015~2018年MODIS AOD产品融合地表气象资料反演了地面细颗粒物(PM2.5)浓度,并以反演的PM2.5浓度为依据,比较了地面PM2.5观测资料的各种空间插值方法.结果表明:2015~2018年反演的PM2.5平均浓度与地基观测平均浓度的R 2达0.94;干季反演效果好于湿季,珠江三角洲反演效果好于非珠江三角洲地区,原因是湿季天气系统较不稳定,非珠江三角洲地区多山脉和秸秆燃烧,导致气溶胶标高、质量消光效率等假设误差较大.使用4种插值方法对地基观测的PM2.5浓度进行插值,插值结果大致相当,反距离加权插值法较好,站点分布不均、部分区域站点密度小影响插值效果,建议在站点稀疏地区增加地面PM2.5观测站点.

珠三角产业重镇大气VOCs污染特征及来源解析

2019年在珠三角典型产业重镇佛山市狮山镇在线监测大气挥发性有机化合物(VOCs),并开展大气VOCs污染特征、臭氧生成潜势(OFP)及来源贡献分析.观测期间共测得56种VOCs物种,总挥发性有机物(TVOCs)体积浓度为(39.64±30.46)×10^(-9),主要组成为烷烃(56.5%)和芳香烃(30.1%).大气VOCs在冬季和春季浓度较高.VOCs各组分呈“U”型日变化特征,污染时段的日变化幅度明显大于非污染时段.相对增量反应活性(RIR)结果表明研究区域的O_(3)生成处于VOCs控制区.2019年VOCs的OFP为107.40×10^(-9),其中芳香烃对总OFP贡献最大(54.6%).OFP浓度最高的10种VOCs占总OFP的80.3%,占TVOCs体积浓度的59.9%,高反应活性的VOCs物种在研究区域具有较高的大气浓度,应重点控制.正交矩阵因子分析模型(PMF)来源解析结果表明,溶剂使用源(42.4%)和机动车排放源(25.8%)是研究区域2019年大气VOCs的主要来源,其次为工业过程源(14.6%)、汽油挥发(7.9%)和天然源(1.7%),控制上述源的VOCs排放是缓解该地区臭氧污染的有效策略.

2020年珠三角O_(3)污染特征及主要成因

采用珠三角常规空气污染物与成分监测数据,通过分析对比2020年不同阶段的污染物浓度与气象等数据,研究了2020年珠三角臭氧污染特征与其主要成因.结果表明,2020年各月珠三角超标天首要污染物是O_(3),珠三角2020年O_(3)评价浓度为148μg/m^(3),同比下降16%,AQI达标率同比上升9.5%.2020年O_(3)污染相对严重的月份是4、8~11月,对应的月度O_(3)评价浓度分别达到175,164,166,171,162μg/m^(3),均超过国家二级标准;其它月份均达标,6~12月O_(3)污染情况同比改善明显,O_(3)污染减轻使AQI达标率同比上升明显.2020年一季度受春节假期和疫情因素等共同影响,大气污染物排放量明显减少,但O_(3)浓度下降不明显,主要由于日照时数同比上升约19%;4月全面复工复产,以及辐射相对较强的气象条件,使O_(3)评价浓度同比上升约58%;5~8月“百日服务”与9~12月“百日行动”采取的污染防治措施有效降低O_(3)前体物排放量,NO2浓度同比下降了22%~23%,VOCs浓度下降了18%~26%,使2个阶段的O_(3)评价浓度均同比下降了20%左右.

2020年春季广东一次臭氧污染过程的气象条件分析

以广东省一次春季臭氧污染过程为例,利用ERA5大气再分析数据集、国家气象站、风廓线雷达和环保国控站等资料,从天气形势、地面气象条件、边界层风场特征等方面,对广东春季臭氧污染过程的气象条件进行分析。结果表明:该次污染过程发生在高层为平直西风气流,低层广东中部受明显反气旋环流控制的天气形势下。污染区域的温度偏高,大部分地区日照时长达到8 h以上,午后污染区域近地层通风量较小。较好的辐射条件和不利的边界层扩散条件是导致该次臭氧污染过程的主要气象因素。

2016年11月广东两次气溶胶污染过程的气象条件分析

利用气象和环保观测数据,对广东2016年11月上中旬2次污染过程的天气背景、边界层要素以及污染机理进行对比分析,结果表明:2次污染过程均出现在冷空气东移出海后,广东省受变性高压脊控制的静稳天气形势下:地面风速小、大气层结稳定,夜间出现贴地逆温,不利于污染物的水平及垂直扩散;地面辐合线使得污染物在辐合线附近累积。2次污染过程的不同点是11月5—7日以及15—16日的污染过程是由于空气回流配合极低的边界层高度导致的污染物累积;12—13日以及18日的污染过程则是由于边界层高度维持较低造成的污染物累积。地面辐合线的南北摆动是11月12—20日出现间断性污染的主要原因。

2010年广州亚运期间空气质量与污染气象条件分析

利用2010年11月4日～12月10日广州地区NO2、O3、SO2、PM、能见度实测资料,区域空气污染指数RAQI及大气输送扩散特征参数,分析广州亚运期间空气质量与气象条件变化特征.结果表明,亚运期间空气质量比亚运前后好,能见度比亚运前后大,PM1和PM2.5浓度比亚运前后小,能见度与PM1和PM2.5有较好的反相关;亚运期间NO2和SO2日均值和小时均值均达到国家一级标准,PM10日均值和O3小时均值均满足国家二级标准,污染物得到较好的控制;广州地区SO2受本地源和外地源远距离输送叠加影响,NO2受本地源影响较大;广州周边城市NO2、SO2和PM10有向广州输送的潜势,而广州O3有向其周边城市扩散的潜势;亚运期间污染气象条件比亚运前后有利,亚运期间污染物浓度降低得益于政府实施的减排措施及良好的气象条件.

2022年广东省冬季一次臭氧污染过程的气象成因及潜在源区分析

气象条件是造成臭氧季节变化的重要原因,为了解广东省冬季臭氧污染的气象成因,使用空气质量和气象要素的地面、垂直探测资料和再分析资料,选取了2022年1月3~6日广东省臭氧中度污染过程与2015~2021年秋季(高污染季)进行对比分析.结果表明:(1)污染过程期间超标城市总数为8个,其中1月4日肇庆达中度污染(219μg·m^(-3));广东省ρ(O_(3)-8h)平均值为123μg·m^(-3),较历史秋季平均浓度偏高了21%,但臭氧污染影响范围小于历史秋季污染过程.(2)风速偏小、日照时数偏长和局地环流影响下的气流回流效应是此次臭氧污染过程最主要的地面气象条件,气温偏低可能是这次污染过程影响范围偏小的重要原因.(3)垂直探测表明,夜间至早晨的贴地逆温,配合下沉气流偏强、风速偏小,使得上午时段NO_(2)浓度维持较高水平,进一步促使臭氧浓度增量比非污染时段偏高34.2μg·m^(-3),残留层臭氧下传加剧1月4日臭氧污染.(4)气流轨迹分析显示臭氧存在水平输送和高空地面混合,近地面不同高度潜在源区主要集中在广东省内,此次污染过程受广东省本地排放影响较大.

基于GRAPES模式佛山市臭氧污染气象指数的构建和预报

选取2017—2018年佛山市空气质量监测资料、地面气象观测资料和ECMWF再分析资料,得到对臭氧污染天气具有指示意义的气象因子,从GRAPES模式可预报性出发构建适用于佛山市干季和湿季的臭氧污染气象指数(OWI),并对OWI进行预报评估检验.结果表明:干季地面气象要素对区分佛山市臭氧污染和清洁天气的能力更强,出现臭氧污染时往往气温高、地面为弱北风;850 hPa风速较小,高空主要受副热带高压影响.湿季高空气象要素区分臭氧污染和清洁天气的能力更强,出现臭氧污染时往往850 hPa风速较小,850 hPa与地面风场垂直切变较小,多数情况下500 hPa呈辐散形势或700 hPa为下沉运动.综合考虑上述要素构建的臭氧污染气象指数可较好地反映臭氧浓度变化趋势,当OWI超过阈值(干季12.0、湿季10.8)时,出现臭氧污染事件的可能性较大,在湿季该指数区分臭氧清洁天气和污染天气的差异性较干季更显著.基于GRAPES模式预报的OWI与臭氧浓度实况呈正相关关系,相关系数在0.5~0.6之间,能较为有效地预判臭氧污染过程发生、发展和消散的不同阶段;其阈值具有较高的预报参考性,24 h预报性能尤为理想,48、72 h依次下降,在干季空报率偏高.

广东省夏秋季臭氧污染与台风的关系分析

分析了广东省2015—2021年的臭氧浓度特征,选取2018—2020年台风相对活跃的夏秋季(7—10月)作为研究时段,研究了广东省臭氧污染与台风之间的关系.结果表明,2015—2021年,广东省臭氧浓度经历了先升后降的变化过程,2019年,广东省臭氧第90百分位数浓度达到了有监测数据以来的最高值,但仍未超过国家二级标准限值.广东省在春季与秋季臭氧超标天数较多,且近年来冬春季臭氧超标情况在加剧,秋季臭氧超标情况有所好转.7—10月,广东省约81%的臭氧污染与周边台风活动有关,在受台风影响的污染天中,有约80%发生在台风距离广东2500 km范围内.深圳与汕尾臭氧污染与台风活动关系最密切,夏秋季,超过9成的污染天与台风活动相关;汕头、珠海、中山、茂名、阳江、江门等沿海城市夏秋季臭氧污染天中超过8成与台风活动相关.内陆城市臭氧污染与台风的关联性相对较小,梅州臭氧污染与台风活动关联最小.与在东南亚、我国海南或广东登陆的台风相比,北上的台风更容易导致广东地区出现臭氧污染.在台风外围下沉气流的影响下,珠三角中部等主要大气污染物排放区域及周边容易出现大范围晴热高温天气;水平风速低,水平扩散条件不利;下沉气流导致垂直扩散条件不利;风向的转换易造成珠三角中部的臭氧与其前体物向下风向城市输送,从而导致下风向城市也会在珠三角中部城市出现污染后发生较严重的臭氧污染.