利用HYSPLIT模型分析茶园假眼小绿叶蝉迁飞扩散行为

【目的】明确假眼小绿叶蝉[Empoasca vitis (G?the)]迁飞扩散行为特征,揭示影响其种群迁飞扩散的关键因素。【方法】利用系留气球悬挂诱虫黄板诱捕不同朝向、不同高度假眼小绿叶蝉,通过HYSPLIT-4气流动力模型和气象数据,分析模拟假眼小绿叶蝉迁飞扩散行为。通过田间虫口调查,结合种群密度与扩散系数分析,明确推动假眼小绿叶蝉种群分布转化的驱动因素。【结果】假眼小绿叶蝉最高飞行高度为8 m,2~8 m高度内,随高度增加,假眼小绿叶蝉数量逐步下降。HYSPLIT-4气流动力模型分析结果表明,假眼小绿叶蝉迁飞轨迹只与迁飞时间有关,高度对其迁飞轨迹与直线扩散距离没有影响。此外,HYSPLIT-4气流动力模型分析结果还表明,假眼小绿叶蝉24 h直线迁飞距离为35.70~178.10 km。种群密度与扩散系数分析表明,假眼小绿叶蝉有聚集分布和随机分布两种分布型,迁飞和扩散是导致两种分布型转化的重要因素。【结论】借助气流,假眼小绿叶蝉可以实现区域性的迁飞。在种群密度驱动下,假眼小绿叶蝉种群分布存在聚集分布和随机分布的转化,也促使假眼小绿叶蝉种群发生田间扩散和区域性迁飞。因此,假眼小绿叶蝉的防控应以主要防治区为中心,向外扩展200 km的范围内开展统防统治。

基于 HYSPLIT 模型的达州与成都空气质量相关性研究

选取2016—2020年四川盆地霾高发季空气质量数据,对四川盆地区域污染类型进行统计分析,再基于HYSPLIT后向轨迹模式,利用聚类分析、潜在源贡献因子、浓度权重轨迹等方法,重点研究了达州比成都先污染情况下两个城市空气质量的相关性机理。结果表明:达州比成都先污染的类型占比最高,为40.7%。达州先污染类型下,其地面风场的地面风速小于成都市,地面风速>2 m/s的发生频率4.1%明显小于成都市的18.7%,达州市东东北风(ENE)、东北风(NE)、东风(E)占比最高,分别为16.7%、16.3%、15.3%。综合风速和风向两个因子,成都地面受东北向(NNE和NE)的气流影响最大,这和达州的偏东风气流方向吻合。成都污染潜在源区主要位于其城区至东南一带,其余在达州西部、南充东部、遂宁和资阳、重庆交界处、重庆西部一角、自贡和内江西南部。达州比成都先污染这种天气类型下,达州对成都的空气质量影响不是主要原因。

基于拉格朗日混合单粒子轨迹模式(HYSPLIT)的核污染物扩散数值预报技术

本研究利用拉格朗日混合单粒子轨迹模式(HYSPLIT)开展了核污染物数值预报试验。欧洲示踪试验和虚拟事故情景下的模拟预报试验结果表明,HYSPLIT模式模拟的1h内轨迹最小绝对误差约为0.2°,该模式可以有效地预报核污染物的扩散轨迹。模拟轨迹误差主要受风向和风速的影响,且初始状态误差会使轨迹模拟的误差随着预报时效增加而逐渐增大;对于单次轨迹模拟,模式模拟轨迹会存在偏差,但在一定时间范围内,轨迹模拟可以很好反映示踪剂在释放后空间范围内整体的分布特征;利用大气扩散模式HYSPLIT和中尺度天气预报模式(WRF),可以实现区域核污染物的数值预报,模式可以预报出事故区域核泄漏物质的扩散路径和浓度分布。

基于HYSPLIT模式的凉山“8.21”致洪暴雨水汽特征分析

利用常规地面、高空气象观测资料、NCEP再分析资料和GDAS资料,结合HYSPLIT模式对凉山州2023年8月21日致洪暴雨天气过程的环流形势和水汽特征进行分析。结果表明:短波槽、切变线、地面冷空气及强烈的不稳定能量是此次暴雨产生的有利条件。运用HYSPLIT模式追踪发现,700 hPa水汽主要来源于东南气流,600 hPa水汽主要来源于西南或偏南气流,500 hPa水汽主要来源于北方,从而形成“上冷下暖”的不稳定层结,有利于触发对流天气。进一步对追踪结果做聚类分析发现,影响此次暴雨天气的中低层(700~600 hPa)水汽主要来源于凉山州及周边地区,其次是孟加拉湾及周边地区,两者的水汽贡献率之和高达90%以上。500 hPa水汽主要来源于孟加拉湾及周边地区和青藏高原东侧,两者的水汽贡献率占79%。凉山及周边地区水汽在暴雨过程中的贡献越往低层越高。暴雨发生过程中,低层均存在MPV1<0、MPV2>0的配置,且MPV1<0、MPV2>0的区域与暴雨区有很好的对应关系。

基于HYSPLIT模式的邢台市冬季PM2.5的主要传输途径和潜在贡献源的分析研究

本文利用HYSPLIT模式模拟了2022年11月-2023年1月邢台市100米高度24h后向轨迹,使用了聚类、PSCF、CWT三种不同分析方法分析邢台市冬季PM2.5主要传输途径和潜在贡献源;发现邢台市冬季区域传输的主要传输途径一是来自南、西南方向,包括河南南部、山西长治和邯郸等地;二是源自北、东北方向,包括沧州、德州、保定东部和石家庄、衡水等地,而来自蒙古、甘肃方向的气团有较强的清洗作用。潜在贡献源北方主要分布在保定东部、石家庄、衡水西部等地,南方主要分布在邯郸、安阳、鹤壁等地。

基于HYSPLIT模型模拟六盘山地区水汽来源以及与降水量相关性分析

本文采用宁夏六盘山地区2020年夏季气象观测资料、同期微波辐射计资料以及NCEP全球同化气象资料,结合后向轨迹HYSPLIT模型、线性回归方法,研究了六盘山夏季降水水汽来源以及降水量与气象要素、降水资源的相关性分析。结果显示:1) 8月份比7月份和9月份分别多出20.3%和23.1%的偏南暖湿气流输送,造成六盘山地区8月份降水量分别是7月份和9月份的2.1和4.7倍。2) 7月份水汽输送潜在源主要在陕西西南部地区,对六盘山水汽贡献率较大。3) 降水量与湿度呈正相关且相关系数较高(0.3),与十分风速呈负相关且相关系数较低(0.04)。4) 降水量与降水资源(可降水量、水汽通量、不稳定能量)呈显著相关,回归方程达到显著水平。

成都市一次重雾霾过程成因及污染源的HYSPLIT模式分析

利用成都地区环境空气质量指数资料、常规气象观测资料和ECMWF第五代全球再分析资料(ERA5),对2017年成都市冬季一次持续重雾霾过程的成因进行分析,并利用HYSPLIT后向轨迹模式分析此次污染物的来源。结果表明:此次重雾霾过程的成因是高低空相配合的不利环流形势,风速较低,垂直切变小,层结稳定,对流层中低层存在干暖空气构成逆温层,抑制了污染物的扩散。根据模式的结果,此次污染气团主要来源于较远距离的西北地区、四川盆地西南地区及盆地内部流转的气团。

利用HYSPLIT分析沈阳市大气污染物时空变化特征

为了解沈阳市大气污染物传输路径和浓度变化规律,利用NCEP气象再分析资料与HYSPLIT模式结合,计算了不同季节抵达沈阳市的气团轨迹,并通过聚类分析方法得到每个季度气团轨迹的代表性传输路径,并将其与对应污染物浓度数值结合。结果表明:夏季,偏南方向的轨迹1气团对应O_(3)浓度最高,为90.59μg/m~3,而来自西北方向的轨迹2气团,其AQI数值较低,为42.59,显示较清洁的空气质量。冬季,来自北偏西方向的轨迹2气团,其PM_(10)浓度最高,为97.28μg/m~3,而来自北偏西方向的轨迹3气团,其AQI数值最高,达到100.5,表明污染较为严重。除O_(3)外,冬季各项污染物平均浓度均高于其他季节。

基于HYSPLIT的金华梅汛期暴雨水汽路径和源地分析

基于国家和区域自动气象站逐日降水资料、全球同化系统(GDAS)资料、ERA5再分析资料,引入拉格朗日混合单粒子轨道模型HYSPLIT分析了金华市2015—2020年9次梅汛期暴雨天气过程中的水汽特征。结果表明:梅汛期暴雨在500 m高度上的水汽输送路径有4条,分别为偏南路径、偏西至偏南短距离路径、偏东路径和西南路径,对应的水汽源地南海北部贡献率最大,为44.38%,其次是浙江上游周边地区,贡献率为26.96%;在1500 m高度上水汽输送路径有3条,分别为西南路径、偏南路径和偏西路径,对应的水汽源地孟加拉湾西部贡献率最大,为45.04%,其次是南海北部,贡献率为38.08%;在3000 m高度上水汽输送路径有3条,分别为西南路径,偏西路径和偏南路径,对应的水汽源地老挝附近海面贡献率最大,为67.80%。对于不同的起始追踪高度,水汽的输送大部分都集中于低层,随着高度的增加,水汽输送路径会顺时针旋转。

利用HYSPLIT模型分析麦蚜远距离迁飞前向轨迹

为了监测麦蚜远距离迁飞,本文利用HYSPLIT-4气流动力模型模拟空中不同高度麦蚜24h内的迁飞轨迹,分析其扩散方向和距离。结果表明:氦气球携带的10—100m各高度设置的粘板均捕捉到了麦蚜,各高度迁飞轨迹几乎一致,迁飞距离没有显著差异。100m高空起始迁飞的麦蚜,24h内最远模拟迁飞至达山西省太原市,最大直线迁飞距离494.43km。4月21—28日,豫西洛宁捕获点的麦蚜其中有6d由南向北迁飞。

HYSPLIT模式轨迹计算误差分析

基于NCEP 1°×1°再分析资料GDAS和NCEP2.5°×2.5°再分析资料GBL,利用美国NOAA空气资源实验室ARL研发的一种用于计算和分析大气污染物输送、扩散轨迹的混合单粒子拉格朗日综合轨迹模式HYSPLIT,对2010年3月12日12时和田站距地100 m高度空气质点的3 d前向轨迹进行了模拟,分析了轨迹计算中的积分误差和分辨率误差.此次轨迹模拟试验中,积分误差对轨迹计算误差的贡献很小.随着积分时间的延长,积分误差略有增大.积分误差并未随着驱动数据分辨率的提高而减小.分辨率误差在积分的各个时刻并不相同,它与地形高度与天气系统有关.在轨迹模式中,轨迹计算基于风速在时间和空间上的线性插值,轨迹模拟的不确定性也与插值有关.使用不同分辨率的驱动数据对轨迹计算结果影响显著,分辨率误差对轨迹计算误差的贡献远大于积分过程中截断近似等带来的积分误差.

基于HYSPLIT模式分析的塔克拉玛干沙漠南缘暴雨水汽特征

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2001—2020年5—9月(暖季)塔克拉玛干沙漠南缘(简称沙漠南缘)发生的5次暴雨天气大尺度环流背景和水汽特征,再运用HYSPLIT模式(拉格朗日)方法模拟计算了该区域暴雨天气的水汽轨迹、主要路径及不同源地的水汽贡献。结果表明:暴雨天气的水汽源地主要来自西南亚、中亚、北疆;水汽自源地出发经巴基斯坦北部、印度西北部、阿富汗东北部(简称IPA关键区)和南疆关键区,分别从西南和偏北路径进入暴雨区,途经南疆关键区的水汽来源对暴雨的贡献较大。沙漠南缘暴雨过程中,大气中层(500 hPa)的水汽主要源自西南亚,但沿途损失很大,而低层(700 hPa)的主要水汽贡献来自北疆,且沿途损失较小。来自北疆和南疆盆地的水汽主要从近地层输送至700 hPa;来自西南亚、大西洋及其沿岸等地的水汽主要输送至700 hPa以上。基于上述特征,建立了沙漠南缘暴雨过程水汽来源及路径的三维结构模型,并对各层水汽贡献和来源做了更细致的描述。

基于HYSPLIT4.8的常州市大气污染扩散应急响应系统研究

利用中尺度数值预报模式、大气扩散模式及地理信息系统软件建立了常州市大气污染扩散应急响应系统,该系统以中尺度数值模式CWRF输出的大气背景场作为气象初始场,运用美国国家海洋大气局(NOAA)最新开发的大气污染扩散模式HYSPLIT4.8计算大气污染物的轨迹、扩散、沉降浓度及扩散范围,采用叠加了常州、金坛和溧阳加密观测站点的地理信息系统软件(GoogleEarth)精确地显示出大气污染物的传播路径、影响区域和污染物浓度的变化情况。

基于HYSPLIT的中国夏季风暖湿气流影响区域分界探讨

利用美国国家环境预报中心提供的2013-2016年全球资料同化系统风向数据,引入混合单粒子拉格朗日积分传输扩散模型的后向轨迹模式,追踪云南、广西两省区的雨季水汽来源,定量分析了16个样点降水水汽源地的贡献率,模拟了各地理方向的水汽输送路径,并尝试界定了两股夏季风暖湿气流的交互影响区域。主要研究结果有:1)云南雨季降水的水汽源地有孟加拉湾、南海和北方极地大陆,以孟加拉湾为主;7、8月份南海水汽占较大比例,9、10月份北方极地大陆有明显影响。2)广西雨季降水的水汽源地是南海、孟加拉湾、北太平洋和极地大陆,以南海水汽为主;4-8月份孟加拉湾、南海的两股水汽并重,9、10月份北太平洋水汽和北方极地大陆气团也占较大比例。3)西南水汽和南海水汽交互影响区域应在云南省中东部的哀牢山东侧,即研究样点个旧、蒙自、砚山一带,无量山/哀牢山大地形阻隔作用应是其主要成因之一。

基于HYSPLIT的典型工业集群区大气污染应急预警系统——以天津临港工业区为例

为使在突发性大气污染事故发生后能够快速确定其危险程度和范围,在天津临港工业区建立了基于混合单粒子拉格朗日综合轨迹模式(HYSPLIT)的大气污染应急预警系统。该系统由WRF-ARW数值预报模式、HYSPLIT大气扩散模式、地理信息系统及工业园区污染源数据库等部分组成。作为该系统核心的HYSPLIT模式,使用拉格朗日法与欧拉法、质点模型与烟团模型相结合的方法进行计算,模拟物质在大气中的传输、扩散和沉降。系统水平和垂直分辨率分别为0.01°×0.01°和1 m,WRF-ARW 24 h气象预报数据每8 h更新1次,且在工业区内建有气象观测站提供实时气象数据以应对特殊和意外状况。污染源数据库包括了各企业的地理位置信息和各排放物种的物理和化学特征。系统的结果使用以Google maps为核心的可视化网页输出。

基于HYSPLIT和PSCF的防风固沙生态服务功能空间模拟

针对以盐渍化影响和风沙活动为特征的北方农牧交错带,研究其生态系统服务功能空间差异及其流变机制,有助于明确服务提供区(SPA)与服务受益区(SBA)之间的空间关系,制定跨区生态补偿方案。采用混合单粒子拉格朗日积分轨道(HYSPLIT)模型和源贡献潜势(PSCF)模型,模拟了大型盐碱沙尘源地(安固里淖干涸盐碱湖)防风固沙生态系统服务(SSS)对风蚀的影响,确定了在土地覆盖、人口和国内生产总值(GDP)方面的辐射效益,并以辐射效益结果为依据提出跨地区的横向生态补偿方案。结果表明:在2015年,安固里淖干涸盐碱湖生态系统SSS效益显著,固沙量达到367.93万t;研究区SSS传输路径向东部延伸,主要影响我国华北和东北地区,SBA土地面积为189.37万km^2,占全国总面积的19.66%,受益范围包括北京市等15个省(市、区),是研究区面积的41167倍;受益人口达5.27亿人,受益GDP总量为28.37万亿元;研究区生态系统提供的SSS使得SBA降尘量减少147.17万t,直接经济效益达44.26亿元;研究区投入生态建设的资金应由北京市等15个受益省(市)共同承担,黑龙江省和内蒙古自治区补偿金额最大,其次为河北省、吉林省和辽宁省等,浙江省需支付的生态补偿金额最少。本研究通过横向生态补偿促进生态建设,以减轻由土壤风蚀造成的损害,可为有关部门的政策决策者提供参考。

基于HYSPLIT4模式的天水市颗粒物输送路径

首先利用后向轨迹模式(HYSPLIT)模拟了天水市2017~2019年冬季后向轨迹,分析了50,200,500和1000m 4个不同高度以及500m高度不同聚类数量对路径输送聚类统计结果的影响,并以500m高度四个季节的后向轨迹进行聚类分析,进一步运用权重潜在源贡献分析法(WPSCF),探讨了研究期间天水市细颗粒物的潜在源区及不同源区对天水市颗粒物浓度的贡献,结果表明,(1)起始点高度为500m时,颗粒物浓度极值比和极值差均较大,聚类结果最具代表性;(2)不同聚类数量分析结果表明,按照总空间变化(Total spatial variation,TSV)显著增加的原则选取的聚类数量较少,且能反映不同方向的轨迹输送特征;(3)天水市不同季节的轨迹聚类结果表明,冬季来自陕西南部的东南路径是PM_(2.5)污染程度最高的路径,该路径下PM_(2.5)浓度为78.2μg/m^(3),春季西北路径的颗粒物浓度最高,PM_(10)和PM_(2.5)的平均浓度分别是127.9~129.9和40.6~41.0μg/m^(3),夏秋季节不同路径的颗粒物浓度相差不大.

甘肃地区春冬季颗粒物输送路径及潜在源分析——基于HYSPLIT4模式及TraPSA分析平台

利用HYSPLIT4模式和全球资料同化系统数据,计算了甘肃地区5个站点2017~2018年逐时72h气团后向轨迹;结合各站点颗粒物逐时质量浓度数据,选择颗粒物污染最严重的春冬季,利用轨迹聚类方法分析了甘肃地区后向气流轨迹特征;基于潜在源贡献函数(PSCF)分析法和浓度权重轨迹(CWT)分析法,将各站点分析结果输入TraPSA分析平台进行加权叠加分析,探讨了影响甘肃地区春冬季颗粒物质量浓度的潜在源区及其贡献.结果表明:西北路径是影响甘肃地区的首要路径,其移动速度快、输送距离长、污染程度严重;东北路径次之,主要来源地为蒙古及内蒙古地区;甘肃南部地区受东南路径的短距离输送影响较大,且受到来自青藏高原的输送影响;甘肃地区春季气团轨迹的输送距离较冬季长且输送高度高,冬季PM_(2.5)浓度均值和PM_(2.5)/PM_(10)的比值均较夏季高.多站点PSCF叠加分析发现,PM_(10)潜在贡献源区春季主要分布在新疆东部、准噶尔盆地、塔里木盆地东北部及青海西北部,蒙古南部、四川北部、青海西北部及东部有零星分布;冬季主要位于新疆东部及塔里木盆地、青海西北部及东部、陕西南部;冬季源区整体向南偏移,且省内的短距离输送加强.多站点CWT叠加分析发现,PM_(10)浓度贡献区春季主要位于新疆东部地区、准噶尔盆地附近,蒙古南部及内蒙古北部有线性分布,青海北部及甘肃北部区域有零星分布;冬季主要分布在新疆东部及甘肃北部地区;春季较冬季PM_(10)污染的主要贡献区域更大、污染更重,但省内的短距离传输及颗粒物污染程度减弱.

基于Hysplit后向轨迹模式分析太原市重污染天气影响

利用Hysplit拉格朗日后向轨迹模式,结合AQI指数分析及当时气象观测数据,分析了2017年12月13—14日太原市出现重污染天气的影响因素。根据分析,12月10—11日太原市区以西北风为主,风力较大,风速较强,从12日开始风向由西北转为南风及东南风,一直持续至14日,形成重污染天气;从14日开始风向逐渐由东南转变为西北风,空气质量出现逐渐好转;太原市东、西、北三面环山,形成喇叭口地形,造成通风不畅,不利于污染物的扩散,尤其偏南风时外来输送的污染物在市区造成大量堆积,难以扩散,外部传输为污染的加重提供了增强的条件。

利用HYSPLIT模式探析西安市大气颗粒物的输送路径

运用HYSPLIT4.9模式和全球资料同化系统(GDAS)气象数据,计算了2016年西安市四季代表月(1、4、7、10月)气团的24h后向轨迹,利用聚类分析方法分析各月气团轨迹的代表性输送路径。研究发现西安市大气颗粒物的输送路径主要分为远距离运输、城市间运输及本地运输3类。其中,本地输送源所占的比例最大,主要与气象、地形条件有关;周边城市污染物排放也占据较大比例。