海陆风研究进展与我国沿海三地海陆风主要特征

海陆风是发生在海岸附近由于海陆热力差异引起的中尺环流,对沿海地区天气气候和环境空气质量有重要影响本文综述海陆风研究进展与我国华南、长三角和环渤海3个不同地区海陆风的主要特征。海陆风研究可分为观测研究、理论研究、数值模拟研究。20世纪60年代以来的观测研究表明,全球高、中、低纬沿海地区都有海陆风。海陆风理论研究已从20世纪20年代力的平衡分析发展到海陆热力平衡非线性动力学解析与数值模拟相结合研究海陆风的参数化,模拟研究已逐步成为主要手段。我国华南、长三角和环渤3个不同地区海陆风有明显差异,海风盛行和结束时间不尽相同,.低纬地区海风出现较晚,甚至可持续至午夜时分。海陆风有可能造成污染物的累积,使空气质量变差,应引起沿海地区有关部门的重视。

自动气象站资料在海陆风等局地环流研究中的应用

利用珠江口西侧广州市南沙区4个自动气象站2001-2008逐时风向风速资料,建立了自动气象站数据处理筛选方法和海陆风等局地环流的分离与判定技术。该数据处理筛选方法和局地环流分离与判定技术,可利用程序编程程序化。利用该方法对广州市南沙区自动气象站数据进行分析,得到海陆风的分析结果符合一般规律,符合当地海陆风的特征。

广州中心城区大气污染物“周末效应”分析

本文分析了广州中心城区大气污染物周末和非周末浓度变化特征,发现广州中心城区干季SO_2、NO_2、PM_(10)、PM_(2.5)4项污染物周末日均浓度值比非周末高,日变化浓度峰值周末高于非周末,特别是PM_(2.5)存在显著的"周末效应",湿季"周末效应"稍弱于干季;广州中心城区SO_2、NO_2、PM_(10)、PM_(2.5)干季周末与非周末浓度相对偏差最大值主要出现在傍晚,湿季周末与非周末浓度相对偏差最大值主要出现在上午;广州中心城区O3-8h周末与非周末浓度湿季相对偏差较大,日变化上非周末浓度值高于周末,周末与非周末浓度相对偏差最大值出现在夜间。

广州城区低空逆温及其对空气质量影响分析

研究了广州城区的低空逆温特征,并分析其对空气质量的影响,发现广州城区全年均有低空逆温出现,低空逆温平均时长为4.4 h,干季低空逆温出现天数和平均时长均高湿季约50%,干季低空逆温使温度垂直递减率更小。低空逆温呈现一强一弱的双峰型日变化特征,干季双峰型更为明显,峰值主要集中在午后前后和清晨,湿季低空逆温出现高峰的时间早于干季,且出现的频次更为集中在夜间。干季出现逆温时对大气扩散条件影响更大,污染物浓度更容易累积。广州市AQI超标时有超过50%的天数同时出现了低空逆温,其中干季NO_2和PM_(2.5)浓度变化对低空逆温更为敏感,干季出现低空逆温时,NO_2和PM_(2.5)浓度显著上升。

广州市空气重污染过程案例分析

本文对广州市2017年9月26-28日的环境空气污染过程的空气质量和气象条件特征进行分析,发现该污染过程具有区域性特征,与天气形势的变化关系密切,过程中925 h Pa和850 h Pa高压中心叠加了暖中心,同时存在贴地气温逆温和露点逆温,逆温与高压南侧的东南气流有关。

广州市春季一次沙尘天气过程综合观测

2017年4月21—23日广州市经历了一次远距离传输的沙尘天气过程,为了解沙尘过程对广州市空气质量的影响,基于广州市大气超级站,利用单颗粒气溶胶质谱(SPAMS)、气溶胶激光雷达观测数据并结合HYSPLIT后向轨迹模型分析了沙尘过程细颗粒物组分及污染来源贡献变化和沙尘气溶胶的来源及路径。结果表明:受沙尘过境影响,PM_(10)浓度大幅升高,PM_(2.5)/PM_(10)最小值仅为12.1%;沙尘过境期间影响近地面颗粒物的沙尘高度主要分布在1 km以下区域,近地面颗粒物消光系数均值为100.11 Mm^(-1),探测到最大退偏振比为0.28。SPAMS研究发现沙尘过境期间含硅酸盐颗粒物(SI)的细颗粒物数浓度比例达25.9%,是沙尘过境前的1.4倍;PM_(2.5)中扬尘贡献率明显增大,达到了17.3%,是沙尘过境前的1.9倍。后向轨迹模型HYSPLIT显示此次沙尘为典型的北方沙尘传输,沙尘源自中国西北地区,传输方向为自西北输送至华东地区后,转为东南方向影响广州市。

2021年广州市臭氧污染特征及气象因子影响分析

为深入认识臭氧(O_(3))污染特征及气象学成因,也为O_(3)污染预警预报和防控治理提供技术支撑,利用2021年广州市环境空气质量自动监测数据和气象观测资料,综合探讨了广州市O_(3)污染特征及气象因子和地面天气形势的影响,并对1次O_(3)持续中度污染过程进行分析。结果表明,O_(3)为2021年广州市最主要的大气污染物,O_(3)污染时间提前。O_(3)日最大8 h滑动平均值(O_(3)-8 h)与日照时数和气温均呈显著正相关,相关系数分别为0.643^(**)和0.332^(**),与风速、降水量、气压和相对湿度均表现为显著负相关,相关系数分别为−0.355^(**)、−0.239^(**)、−0.208^(**)和−0.139^(**)。O_(3)-8 h与日照时数/风速比值的相关系数为0.745^(**),高于O_(3)-8 h与任一单项气象因子的相关系数,其线性拟合方程(O_(3)-8 h为因变量,日照时数/风速比值为自变量)的斜率随着上午07:00 NO_(2)浓度区间的升高呈现先增后减的变化。O_(3)-8 h与风速在干、湿季的相关系数分别为−0.514^(**)和−0.172^(*),与相对湿度在干、湿季的相关系数分别为0.041和−0.469^(**),季节差异较大。O_(3)-8 h随相对湿度的增大呈先升后降的变化,当相对湿度大于80%,O_(3)-8 h明显下降。造成2021年O_(3)污染主要有均压场、弱低压槽和弱高压脊这3种地面天气形势,其中受均压场控制时O_(3)超标天数最多且O_(3)-8 h最高。广州市O_(3)污染具有持续性和区域性特征。4月30日—5月1日广州市出现的连续两天O_(3)中度污染为地面低风速、日照时间长、风场持续转变等因素造成O_(3)聚集,再加上夜间逆温造成前体物累积与白天辐射增强加速O_(3)生成综合作用的结果。

广州市PM_(2.5)质量浓度垂直分布在线监测研究

广州塔空气质量自动监测站在地面至高空500 m高度内布设了4个站点。在自动站内利用PM_(2.5)质量浓度点式在线监测和激光雷达消光系数遥感监测技术,实现对PM_(2.5)质量浓度垂直分布的在线监测,监测方法具有很高的时间分辨率和空间分辨率。利用该方法开展阶段性监测表明:PM_(2.5)质量浓度与355 nm消光系数间具有很好的线性关系,R2达到0.853 7,利用线性关系式可反演PM_(2.5)质量浓度。对200 m^550 m间反演结果分析表明:反演结果与在线监测数据具有很好的相关性,相关系数达到0.868以上;PM_(2.5)质量浓度随着高度改变呈显著的对数相关关系,R2达到0.992 6。

风对广州市主要污染物浓度时空变化影响分析

分析风对广州市主要污染物浓度时空变化的影响发现:风速较小时(0.3~1.5m/s)广州市老城区的污染物浓度较高,并对南、北部城区造成影响,而夏天时SO2则是南部城区影响老城区和北部城区;广州东面方向的风对广州的SO2和广州南部的NO2影响较大,夏季来自广州西北方向及西方向的风易造成广州PM10浓度升高;广州东北-西南偏南通道上风对O3的输送易造成广州O3浓度升高;广州的西南偏南风到西北偏西风很少出现,但是出现该风段时,往往容易造成广州的污染物浓度升高。

2021年广州市一次持续性大气污染过程分析

2021年1月14~16日,广州市出现了一次近年罕见的区域性复合污染过程,NO_(2)、PM_(10)和PM_(2.5)同时超标。本研究利用广东省广州生态环境监测中心站的监测数据,多角度的对本次污染过程进行分析。结果表明:(1)本次污染过程影响范围广,持续时间长;(2)地面低风速、风场辐合等因素造成污染物聚集;(3)高强度逆温导致污染物垂直扩散受限;(4)高湿环境叠加较强的大气氧化性促使NOx向PM_(2.5)转化。

广州市污染季节空气质量预报效果评估及误差分析

基于广州市2016年第四季度空气质量实测及预报数据,对广州市污染季节空气质量预报效果进行了评估,结果表明,2016年第四季度广州市空气质量级别预报准确率83.7%、AQI范围预报准确率67.4%、首要污染物预报准确率67.2%、综合考核评分87.4分、相关系数0.78,预报效果总体良好,预报准确率在优良级别时相对较高,而在轻度污染以上级别时相对较低。预报误差分析表明,气象预报精细化程度不足、模式预报不确定性等客观因素,预报员缺乏对污染过程物理化学机制的深入理解等主观因素共同导致了预报的误差。

广州市2016年空气质量预报效果评估

基于广州市2016年空气质量实测及预报数据对空气质量预报效果进行了评估,研究结果表明:2016年广州市空气质量预报综合考核评分85.8分、相关系数0.72,预报效果总体良好。就不同季度而言,预报综合考核评分值在第一、四季度相对较高;相关系数在第三、四季度相对较高。预报综合考核评分值及相关系数的波动与广州气象和污染特征有关。

广州市冬季一次典型臭氧污染过程分析

为探究广州市2020年冬季(1月)一次臭氧污染过程,分析了气象条件对臭氧污染产生的影响;运用臭氧生成潜势(OFP)和正交矩阵因子分解法(PMF)分析了影响臭氧的主要挥发性有机物(VOCs)物种和来源;通过经验动力学建模方法(EKMA)识别了臭氧生成控制区,并提出了相应的前体物减排策略.结果表明,本次臭氧污染过程中同时出现了NO_(2)超标,并且PM_(10)和PM_(2.5)浓度也处于高位,体现出和夏、秋季不同的大气复合污染特征;夜间边界层高度低(<75 m)和大气稳定度高加剧了臭氧前体物和颗粒物的累积,日间温度升高约5℃、太阳辐射增强约10%和水平风速小(<1 m·s^(-1))等气象条件加剧了光化学反应,促进了臭氧和颗粒物的生成.冬季VOCs组分以烷烃为主(占比为68.2%),且烷烃和炔烃占比较其他季节更高,但芳香烃(二甲苯和甲苯)和丙烯是臭氧生成的关键VOCs物种;源解析结果显示,VOCs的主要来源为汽车尾气(22.4%)、溶剂使用(20.5%)和工业排放(17.9%),其中溶剂使用的OFP最高;臭氧本地生成主要受VOCs控制,前体物VOCs和NO_(x)按比例3∶1进行削减较为合理.研究探索了冬季臭氧污染的成因,为开展重污染季节O_(3)和PM_(2.5)协同控制提供科学支撑.

广州市大气污染特征及其典型环流形势分析

基于2016—2019年空气质量监测数据、地面气象观测数据和中低层天气形势图,分析了广州市大气污染特征及其典型环流形势特征,揭示了不同环流形势与污染物浓度之间的关系.结果表明:(1)近年来广州市随着细颗粒物污染持续改善,空气质量优良率基本维持在80%及以上,但光化学污染问题逐渐凸显,O_(3)已成为广州市大气污染的主要污染物.(2)广州市大气污染季节变化明显,主要表现为秋、冬季更易出现大气污染,且多为持续性(≥5 d)污染.(3)经过分型和统计,总结出10种典型500 hPa-850 hPa-地面环流型,分别为台风外围-台风外围-台风外围、副高边缘-反气旋环流-变形高压脊、副高边缘-反气旋环流-冷锋前、副高-偏南气流-均压场、副高-偏东气流-均压场、副高-反气旋环流-均压场、副高边缘-反气旋环流-冷高压脊、西风槽槽后-反气旋环流-变性高压脊、副高-偏南气流-冷锋前、副高边缘-偏南气流-冷锋前.个例分析表明,这10种典型环流型可以概述最主要的广州大气污染环流形势,对空气质量预报有一定的指导作用.

2021年一次春季北方沙尘过程对广州空气质量的影响

2021年3月,中国北方地区发生了大范围的沙尘天气,广州出现了连续3 d都以PM_(10)为首要污染物的罕见现象.为进一步加深关于北方粗粒子气溶胶传输对广州市空气质量影响的理解,本文利用广东省广州生态环境监测中心站的污染物与气象监测数据,结合富集因子法、特征雷达图和后向轨迹法分析了沙尘影响前后广州市大气污染特征的转变.结果表明:沙尘影响期间,(1)粗细粒子浓度比(PM_(2.5)/PM_(10))呈明显下降趋势,从沙尘影响前的0.59降低至0.27,广州市的污染特征由标准型、偏钢铁型转变为偏扬尘型;(2)大气颗粒物中Si、Fe、Ca、Pb、Al、Cu、K浓度显著升高,增幅超过50%,这7种元素的富集因子也显著升高,说明其污染源主要来自于粗颗粒气溶胶的长距离输送;(3)大气颗粒物中Zn和Mn浓度增长不明显,增幅均低于50%,V、Cr、Ni、As的浓度有所降低,这6种元素的富集因子也有所降低,说明其污染源主要来自于广州本地;(4)广州本次污染特征的转变受到源于蒙古国、中国内蒙古西部及南疆盆地的粗离子气溶胶远距离输送和本地生成的共同影响,反映了在大气颗粒物污染不断改善的新形势下,仍需关注北方沙尘对广州市空气质量的影响.本研究为广州市环境污染精细化治理与预警预报提供了理论依据.

2016—2020年广州市PM_(2.5)时空分布特征

对大气污染物进行时空分布特征研究是开展大气污染防治的关键技术支撑.本研究基于广州市52个城市环境空气质量监测站点数据,采用系统聚类法、经验正交函数(EOF)等方法分析了2016—2020年广州市PM_(2.5)浓度的时空分布特征.结果表明:(1)2016—2020年广州市PM_(2.5)污染改善显著,PM_(2.5)年均浓度从35.9μg·m^(-3)下降至23.0μg·m^(-3),达标比例由96.2%上升至100%;PM_(2.5)干季平均浓度为湿季的1.54倍,国控点超标天数为湿季的10.5倍;PM_(2.5)浓度日变化曲线峰谷值浓度差由7.5μg·m^(-3)下降至3.9μg·m^(-3),日变化幅度趋于平缓.(2)广州市PM_(2.5)浓度最高值区主要分布在东西两侧,高值区域范围逐年减小,全市PM_(2.5)浓度分布趋于均匀;采用系统聚类法可将广州市PM_(2.5)分成北部、中北部、南部、中南部4个污染区,其中,北部区PM_(2.5)浓度下降率仅为其他污染区的1/2,推测其PM_(2.5)浓度下降可能更多地由区域背景浓度的下降贡献;EOF分解前3模态累积方差贡献率达93%,分别可表征PM_(2.5)总体污染程度、在南北方向上的区域输送特征及由外围区域向中心城区聚集的污染特征.

广州市环境空气质量保障预警体系及其预测预报系统设计

本文进行广州市空气质量保障预警体系设计研究，以实现亚运会场馆和大气监测国控点每天污染物浓度达到保障目标，提出建立可实时调控空气质量的预警体系。预测预报系统是预警体系的核心技术支撑，能够及时提供区域空气污染特征评估和多种预报时效的预测结果。预测预报系统需要天地空立体化监测网络支持，需要包括多种预测预报技术方法，提高预报准确性，提供空气质量与污柒源、天气形势的数值关系，以确定控制污染源的预警措施，实现保障目标。广州以此设计思路，在国内首次集成三种类型的预测预报系统作为预警系统平台：①基于污染源排放、天气形势变化，包括NAQPMS、CMAQ、CAMx国际先进数值模型的多模式集成预测预报系统；②基于区域观测和天气条件变化的卫星遥感监测与污染气象条件指数预报系统；③基于全球格点气象场和天气形势的新型统计预报系统。此平台在亚运会期间为空气质量评估与预测预报专家会商，为亚组委及时启动预警措施，实现亚运空气质量保障目标圆满成功发挥了关键的作用。