1961—2017年华北地区温度相关高影响天气气候事件变化特征分析

利用华北地区85个气象站1961—2017年地面均一化日值资料,统计分析了华北地区年平均最高(低)气温、极端最低气温、高温热浪以及寒潮、霜冻等高影响天气气候事件的时空分布特征。结果表明:(1)华北地区年平均最低气温升温速率(0.45℃/10 a)高于最高气温升温速率(0.27℃/10 a),气温日较差以0.18℃/10 a的速率减小。最高气温在内蒙古中部及北部部分地区和山西中南部地区的增加趋势相对更大,最低气温在内蒙古大部、山西东北部、河北中部和京津地区的增温更明显。(2)年平均高温热浪日数呈明显增加的趋势(0.44 d/10 a),20世纪90年代之后尤为明显。高温热浪日数的大值区集中在华北南部和西部;除河北南部部分地区趋势值为负外,华北大部分地区高温热浪日数呈增加趋势。(3)平均年极端最低气温呈显著升高趋势(0.53℃/10 a),冷夜天数显著下降(-4.7 d/10 a),暖夜天数显著上升(3.8 d/10 a),冷日天数呈下降趋势(-2.4 d/10 a)。年平均寒潮频次显著减少(-0.5次/10 a),呈“北部多、南部少”的空间分布。平均霜冻日数以3.5 d/10 a的速率减少,20世纪80年代之后尤为明显;除山西西北部和内蒙古东南部个别地区外,华北大部分地区霜冻日数呈减少趋势。(4)不同分区的对比结果显示,天津对气候暖化响应最敏感,其次是内蒙古西部;山西最不敏感(尤其是对低温相关要素指标),其次是河北(尤其是对高温相关要素指标)。研究结果有助于进一步认识华北地区温度相关高影响天气气候事件的区域性特征。

陆/海风电场群对局地湍流和风切变影响差异初步分析

风电场存在着明显的局地气候效应,但陆/海两种不同类型风电场是否存在局地风环境效应的明显差异?以河北尚义陆地风电场和江苏如东海上风电场为例,利用风电场周边气象站及测风塔典型年份观测资料,开展了陆/海风电场对湍流强度(TI)和风切变指数(WSE)的影响差异初步分析研究。研究结果表明:陆/海风电场对TI和WSE会产生显著影响;其中,陆/海风电场对TI均为增强效应,建设后年均TI分别增加31%和37%,最大增幅分别发生在春季(47%)和冬季(49%);影响差异主要为陆地风电场TI增幅在高层明显大于低层,夜间大于白天,而海上风电场不同高度TI增幅及日变化则较为平稳;陆/海风电场对WSE影响差异显著,陆地风电场建设后WSE白天增加、夜晚降低,日变化明显减小,年均降低8%,最大降幅发生在秋季(12%);海上风电场建设后WSE白天、夜晚均明显增加,年均增加24%,最大增幅发生在春季(37%)。

适用于海绵城市规划建设的北京城市副中心降水特征研究

利用气象观测站降水数据,分析了北京城市副中心所在区域日降水的时空变化特征,编制了适用于副中心的短历时暴雨强度公式,最后计算了海绵城市建设的控制目标指标——年径流总量控制率。结果表明:研究区降水量年际变化较大,降水量最多与最少年差值可达684.0 mm,年内降水量分布不均,汛期6—9月降水量(415.3 mm)占全年总降水量的75%。汛期降水量、强度和频次的日变化均为单峰位相,降水量和降水强度位相分布特征一致,主峰值出现在22时,主谷值出现在12时,降水频次主峰值出现在04时,主谷值出现在14时。降水量和强度的多年变化趋势在大部分时刻是一致的,均在凌晨和下午时间段呈增加和变强的特点,在上午、中午和夜间有减少和减弱的特点。空间分布上,北京市副中心北部地区降水量峰值大都出现在夜间,南部地区降水量峰值大都出现在清晨。对比新编暴雨强度公式和现行公式结果,当重现期越大时,新编公式对应的降水强度就越大。新编公式更加适应未来极端降水频发背景下的海绵城市设计和建设,海绵城市建设控制指标——年径流总量控制率为80%和85%时,对应的设计降水量为27.6 mm和33.9 mm。

中国城市生活垃圾排放现状及成分分析

城市生活垃圾在填埋处理过程中会向大气排放甲烷,增加大气中温室气体的含量,对全球气候变化产生一定的影响.采用数学统计方法,通过对中国城市生活垃圾清运量的变化趋势及影响因子分析,证实了城市生活垃圾的产生与非农业人口数量、国民经济发展水平、城市建成区面积以及城市人口数量和城市数量等因子有较好的相关关系.通过对代表城市的垃圾成分进行调查分析,结合历史资料,得出中国城市生活垃圾成分有区域和时间变化特征:南方城市和大城市的有机物与可回收物含量高于北方城市和中小城市,而无机物含量则相反;有机物含量随时间基本上呈上升趋势,无机物含量则呈下降趋势,但近些年有机物和无机物含量均逐渐趋于平稳,变化不是很大.

中国城市生活垃圾处理及趋势分析

介绍了城市生活垃圾的主要处理方法及目前中国城市生活垃圾的处理现状,通过实际调研和统计分析表明:中国城市生活垃圾的处理方式主要以填埋为主,占总处理量的95%以上;卫生填埋处理能力较低,处理水平参差不齐,有较大的区域性差异.基于城市生活垃圾清运量与国民经济发展水平、非农业人口数量等驱动因子相关,建立了城市生活垃圾清运量预测模型,并利用该预测模型预测了不同情景下未来中国城市生活垃圾清运量,比较分析了不同模型的预测结果,表明非农业人口预测结果与GDP和人均GDP预测结果有一定的差异,非农业人口预测结果更接近于中国的实际情况.

沙尘天气对我国北方城市大气环境质量的影响

采用2001—2006年沙尘天气的统计数据以及城市空气污染指数(API),分析了沙尘天气对沙尘源区和影响区代表城市的空气质量影响,并分析了2005—2007年兰州和北京春季沙尘天气与非沙尘天气下气溶胶光学厚度与波长指数的变化特征.结果表明:近些年沙尘天气呈先减少后略微增加但总体呈缓慢下降的趋势;春季沙尘天气加重了城市大气污染,对沙尘源区内代表城市的影响超过了区域本底污染指数的50%,使兰州、银川、呼和浩特和包头的春季非沙尘天气API平均值分别增加了64%,53%,86%和90%;使影响区内代表城市,如北京、天津、太原、石家庄、沈阳、济南、西安和郑州的春季非沙尘天气API平均值分别增加了85%,62%,49%,57%,29%,41%,27%和45%;沙尘天气使城市大气气溶胶光学厚度升高,气溶胶波长指数降低.

北京近年地表风速和大气混合层厚度变化特征研究

文章利用北京地区2009-2014年20个气象站观测资料,计算和分析了地表风速和大气混合层厚度的时空变化,结果表明:北京地区近年地表风速呈下降趋势,城区和郊区平原下降幅度大于郊区山地,区域气候背景变化和人为观测环境改变导致的风速下降比例分别占7%和5%~6%。地表风速在春季和冬季明显大于夏季和秋季,一天中风速最大时段出现在午后至傍晚,凌晨02-06时风速最小,在空间上呈北部山区和东部平原高、中心城区和西南地区低的分布特征。大气混合层厚度平均为524 m,近年明显下降,对污染扩散较为不利,其中城区和郊区平原下降幅度约9%~10%,郊区山地下降幅度约6%。在季节变化方面,春季和夏季混合层厚度最大,午后12-14時是混合层厚度最大时段,平均可达1 200 m,而凌晨02-05时的混合层厚度则最低。混合层厚度空间分布有明显的日夜差异,总体上"城区<郊区平原<郊区山地",存在以密云为中心的东北部山区和以通州为中心的东南部平原区2个高值区,而包括中心城西部在内的西南地区则为低值区。

气象因子对北京一次重污染天气过程影响研究

文章利用空气质量和气象要素小时观测数据,详细分析了一次典型大气污染过程前后空气质量和主要气象因子的变化特征,探讨了气象因子对大气环境的影响,研究结果表明:北京地区的大气污染呈"缓慢积累、快速清除"的时间变化特点,其中积累过程可持续多天,而清除过程只需数个小时。大气本底站点和城市站点的污染物浓度变化趋势总体一致,但本底站点的浓度峰值和污染程度明显低于城市站点。在污染积累阶段,风速明显偏小,初始风向为西南风,此后逐渐转为东北风,相对湿度逐渐增加,日最大混合层厚度则有所下降;而在污染快速清除阶段,气象要素的变化则相反,风速明显增大,风向多为西北风,相对湿度显著下降,日最大混合层厚度有明显抬升。检验了污染过程前后风速、相对湿度与PM2.5质量浓度间的相关关系,其中风速与PM2.5质量浓度呈指数相关,R2达到0.621 6,相对湿度与PM2.5质量浓度呈线性相关,R2达到0.809 7,均通过了显著性水平为0.01的相关性检验,表明在大气污染过程中气象因子对大气环境的影响十分明显。

城市生态规划和生态修复中气象技术的研究与应用进展

气象因子是影响城市生态规划和生态修复的重要自然条件,科学利用气象技术可以显著改善城市生态规划的合理性。基于气象观测资料统计分析、现场观测、气象卫星遥感反演、气象数值模拟等技术的发展现状,从城市通风廊道规划与构建、城市热岛的减缓与应对、生态绩效评估、生态修复与大气污染管控等方面总结了气象技术在生态规划和生态修复中的研究与应用进展,并提出了如何更好地将气象技术用于支撑生态空间规划及评估生态规划和修复的气候环境效益。

RegCM3模式模拟我国春季气溶胶光学厚度及检验

利用区域气候模式RegCM3模拟了我国2005~2007年春季每月的气溶胶光学厚度及沙尘气溶胶光学厚度（AOD）,并利用站点观测资料检验了模拟结果,探讨了沙尘气溶胶和人为活动排放气溶胶对春季AOD的贡献与影响.结果表明,模拟的我国春季AOD主要有3个高值区：南疆盆地和北疆部分地区,河西走廊地区,以及四川盆地和临近的中南部分地区.前两者AOD高值主要由沙尘气溶胶引起,后者主要受人为活动排放的气溶胶影响.观测资料检验表明模拟结果具有一定的可信度,模式对人类活动影响较少区站点的模拟效果优于对人类活动频繁区站点及城市和沿海站点的模拟,对城市和沿海站点的模拟结果偏低,对最偏远的阜康、海北、拉萨和西双版纳等站点的模拟结果与实际观测差别较大.

中国春季北方大气气溶胶浓度特征

采用2008年和2009年春季10个气溶胶观测站资料,分析了我国北方3个代表区域的气溶胶浓度特征与空间分布特点以及气溶胶粒子粒径的异同,并结合一次典型的沙尘天气过程,利用气溶胶和气象资料,讨论了沙尘天气对ρ(TSP)的影响以及各观测站点ρ(TSP)的变化特点.结果表明:西北区域站点ρ(TSP)最高,达到0.488 mg/m3,其中以沙尘和土壤等粗模态粒子为主,占ρ(TSP)的50.7%;北部区域站点ρ(TSP)为0.350 mg/m3,主要由PM2.5及沙尘、土壤等粗模态粒子组成,它们分别占ρ(TSP)的55.7%和30.9%;北京地区ρ(TSP)最低,平均值为0.252 mg/m3,ρ(PM10)占ρ(TSP)比例较高,达到94.4%,其中ρ(PM2.5)占ρ(TSP)的54.7%;沙尘天气强度和发生次数对气溶胶浓度年际变化影响明显,而天气形势对沙尘天气的发生发挥重要作用.

面向特大城市的风环境容量指标和区划初探——以北京为例

利用气象观测、高分辨率城市地理信息和卫星遥感数据,通过将气象类指标与城市类指标相结合,开展了北京地区风环境容量指标和区划的探索性研究。结果表明:水平风速和大气混合层厚度两个指标在空间上均呈北部和东部地区高、中心城区和西南地区低的特征;中心城核心区和卫星城的地表粗糙度长度较高,二环内老城区建筑多为平房,地表粗糙度长度小于二环外其他中心城区,形成较明显的空心环状结构;在中心城区外的植被地区,北部和西部山区粗糙度长度明显高于平原区;加权综合水平风速、大气混合层厚度和地表粗糙度长度3个指标,计算不同等级风环境容量指数阈值,在空间上西南地区的房山、门头沟、海淀、石景山、丰台以及中心城区的东城和西城等地风环境容量指数较低,其中二环至四环范围是风环境容量指数最低区域,这与北京经济、金融和商业中心空间分布一致;延庆、怀柔、密云的北部以及通州的绝大部分地区为风环境容量指数高值区,其他平原区多为中等风环境容量指数区。

京津冀城市群高温灾害风险区划研究

本文利用175个气象站观测数据和社会经济资料,从致灾因子、孕灾环境、承灾体、抗灾能力四个方面研究了京津冀城市群高温灾害风险,结果表明:京津冀城市群高温频次呈南部高、北部低以及平原地区高、山区低的空间分布特征,频次最高区域位于石家庄和衡水以南、邯郸以北地区,北部的承德、张家口和秦皇岛地区高温频次最低;致灾因子高危险区和孕灾环境高敏感区主要分布在河北省南部,承灾体高易损区主要位于大型城市,经济发达的城区抗灾能力较强,抗灾能力风险较低;京津冀城市群高温灾害综合风险区划呈南高北低特征,高风险区集中在河北中南部及北京和天津的市区,河北中部及邻近北京、天津地区则为次高风险区和中等风险区,河北北部、西北部和东北部多为低风险区和较低风险区.

温室气体对气候环境的影响预测及其不确定性

随着温室气体排放量的增加,联系温室气体特有的保温效应,大气平均气温将升高。在采用气候模式对未来近百年的气候变化做出一定预测的基础上,分析未来可能出现的气候变化所造成的对气候环境方面的影响。详细分析了现阶段预测未来气候环境变化存在的不确定性,正是这些不确定性影响了预测的可信度。

北京西部地区气候变化及气候舒适度特征分析

利用位于北京西部山区的门头沟和斋堂两个国家气象站1980—2021年逐日气温、降水量、相对湿度、日照时数、风速等观测数据,分析北京西部的气象要素变化特征,并通过温湿、风效和舒适度三项指标统计月分布特征和年变化趋势。结果表明:门头沟区域的年平均气温、极端最高气温、年降水量和极端日降水量均呈上升趋势,而年日照时数和雨日呈现缓慢下降趋势。从气候舒适度来看,在全球变暖气候变化的大环境下,门头沟年“最舒适”的日数受影响不大,每年的5—9月最宜居,在此期间的气候条件能达到“大部分人舒适”及以上的标准。

暖冬的气象成因及对农林业的影响

20世纪 80年代以来 ,我国已出现了 18个暖冬。这种经常出现的气候异常 ,有一定的气象成因 ,对农林业生产产生了很大的影响。笔者对此进行了分析和讨论 ,并提出了降低暖冬对农林业危害的建议。

1961—2017年华北地区高温日数及高温热浪时空变化特征

利用华北地区85个气象站1961—2017年逐日最高气温资料,统计分析了华北地区高温日数及高温热浪(频次、持续时间、强度)的时空变化特征。结果表明:①华北地区年高温日数整体呈增加趋势,自20世纪90年代中期之后年均高温日数明显增多;高温多出现在华北地区的南部和西部,华北地区大部分站点的高温日数呈增加趋势。②就气候平均态而言,高温初日有略提前趋势,高温终日则明显推迟;空间上,绝大多数台站的高温终日呈推迟的趋势,其中京津冀中北部地区尤为明显。③累计高温热浪次数、轻度和中度热浪次数均整体增加,并在1990年左右明显由少变多,重度热浪次数增加趋势更为显著;1987年之后,平均每次高温热浪事件的高温有效积温明显增加,表明高温热浪的平均强度增大。④不同等级高温热浪总频次的空间分布特征相近,高频次区域均集中在内蒙古西部、山西西南部和河北南部;热浪累计频次的变化趋势在内蒙和山西以增多为主,在京津冀地区以减少为主。除山西南部和河北南部的个别站点以外,绝大多数站点的热浪平均持续天数和平均高温有效积温的变化呈增多增强趋势。总体来看,华北大部分区域自20世纪90年代以来,高温日数及热浪事件明显增强,同时存在明显的空间差异,研究结果将有助于进一步认识华北高温的区域性特征。

空气污染对气候变化影响与反馈的研究评述

气候变化和空气污染都是人类面临的重要环境问题,其影响与反馈已成为空气污染和气候变化领域的研究热点.总结了空气污染与气候变化相互作用机理,系统梳理了国内外有关空气污染对气候变化影响及反馈的研究成果,并且重点评述了黑碳和硫酸盐气溶胶辐射强迫及其气候效应、气候变化对近地面臭氧和颗粒物影响等领域的研究进展.分析指出,现阶段尚没有一个能够综合考虑气象条件、排放源、下垫面等诸多因子对空气污染的影响机理过程模型,无法定量描述大气组分在不同气象条件作用下的演变过程等.提出未来研究中应深化对机理机制的认识,减少模式的不确定性,加强在排放清单的编制、立体观测网的构建、互馈机理的试验、模式的集成耦合等方面的研究.

中国典型城市固体废物可降解有机碳含量的测定与研究

城市固体废物填埋处理产生的甲烷是一种重要的温室气体,城市固体废物中可降解有机碳(DOC)含量是计算其甲烷排放量的重要因子之一.1996年IPCC指南给出了不同可降解有机碳的公式和不同类型固体废物可降解有机碳缺省值.该缺省值主要来自发达国家的文献,不能完全适合中国的实际情况.选择武汉和沈阳作为我国南方和北方城市的代表,分别在其老城区、新建城区、综合市场、食品超市、垃圾填埋场等区域进行固体废物采样,经过化学分析得到代表城市干基和湿基固体废物的含水率、含碳量和可降解有机碳含量,并对其成分特征进行分析,得到中国城市固体废物可降解有机碳含量推荐值.

基于气象研究的城市通风廊道构建初探——以南京江北新区为例

利用南京江北新区的气象观测数据、NCEP全球再分析资料和卫星遥感数据,采用统计分析、数值模拟以及地表温度反演技术,综合分析了江北新区的背景风场特征和城市热岛分布状况;并结合江北新区土地利用现状及未来规划资料,构建了其核心规划区域的通风廊道系统。结果表明:(1)江北新区主导风向为偏东风,局地存在山谷风和水陆风,风速主要集中在2~4 m·s^(-1)风速段,且近10年呈下降趋势;(2)在空间分布上,城镇、工业园区风速较小,同时是强热岛区域且有热岛连片发展趋势;长江、老山和林地等冷岛区风速较大,空气较为清新,可利用其与城镇进行空气交换;(3)结合当地气候条件、地形特征、用地类型及未来规划,以山体地势为脊骨,以顺势输引主导风向为基本,以沟通冷源和弱风区为目的,构建了东北—西南走向的1条主通风廊道和3条次通风廊道,以及东南—西北、东—西走向的8条局部通风廊道;并对通风廊道的走向、宽度、布局等提出控制指标和构建策略。