应用HYSPLIT-4模式分析小麦条锈病菌远程传播事例

小麦条锈病的发生及大区流行与病原菌的远程传播密切相关。预测小麦条锈病大区流行的关键是搞清病原菌的远程传播路线和孢子云浓度变化规律。气流是菌源传播的主要动力,因此,气流运动的物理模型是对小麦条锈病菌远程传播事例分析的有力工具。本研究利用再分析格点资料(NCEP/NCAR Reanalysis Data),基于HYSPLIT-4模式,对历史上我国小麦条锈病菌远程传播的经典事例(分别发生于1960、1964、1975和1983年)进行了分析,着落区孢子浓度时间序列模拟结果与观察到病害发生前几天的降雨事件是相符的,结果表明小麦条锈病的远程传播及发生时间可通过计算大气环流运动来预测,病原菌孢子的沉降除由于孢子自身重力而引起的沉降外,很大程度上还受到降雨引起的湿沉降的影响。HYS-PLIT-4模式可用于探讨我国小麦条锈病区域间菌源传播关系问题,进行病害的预测预报,进一步指导我国小麦条锈病越夏和越冬调查以及菌源区综合治理和小麦品种布局。该研究在方法和技术上也可为研究其它病原菌远程传播提供借鉴。

基于HYSPLIT-4模式的小麦条锈病菌远程传播研究

基于HYSPLIT-4模式,利用历史气象数据,研究了小麦条锈病菌的远程传播规律,特别是西北、华北、新疆、四川、云南、贵州之间的菌源关系。结果表明:秋季,西北外来菌源主要来自于四川、云南、贵州,华北外来菌源主要来自于西北、四川、云南、贵州,四川外来菌源主要来自于西北、云南和贵州,云南外来菌源主要来自于贵州,贵州外来菌源主要来自于云南;春季,华北菌源主要影响华北地区,西北菌源主要影响西北、华北、四川的小麦条锈病的流行,四川、云南、贵州的菌源对华北、西北、西南地区有很大影响。其他地区的菌源对新疆几乎没有影响;虽然新疆的菌源偶尔可以传播到其他地区,但是影响很小。

鲁西地区一次持续性污染天气过程的风场结构特征及其影响分析

基于空气污染数据、风廓线雷达资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料(2.5°×2.5°)和全球同化系统(GDAS)资料(1°×1°),对比分析了山东西部地区2016年1月一次持续性污染天气过程中3个天气阶段的风场结构特征及对污染天气和污染物质量浓度的影响。结果表明:此次过程中,污染物质量浓度有持续时间长和存在波动变化的特点;500 hPa冷暖平流强弱、850 hPa上暖脊、925 hPa切变线和地面冷高压可影响地面污染物的积聚和输送;对应垂直风场上水平气流输送通道越低,地面污染物积聚越快,垂直气流下降到500 m时会引起霾和雾天气的转化;水平风对污染物质量浓度的影响明显大于垂直气流的影响;近地面风速越小、持续时间越长,越有利于积聚类污染天气产生,地面到1000 m大气层偏北风为4 m·s^(-1)<风速≤6 m·s^(-1)时,有利于输送类污染天气产生,混合类污染天气受上游输送作用和本地积聚作用共同影响,是重度污染天气最主要的形成方式;1500 m至3000 m大气层风速为8 m·s^(-1)以上的西风和西北风对地面污染物消散具有明显的作用,风速越大或风向的经向分量越大,污染物消散越快。

长江三角洲地区大气污染物水平输送场特征分析

以长江三角洲地区为研究对象,探讨城市群环境污染规律.利用区域中尺度大气数值预报模式MM5模拟2004年1,4,7和10月长江三角洲地区的气象场.结果表明:冬季,长江三角洲地区近地面及500 m高度层主要为西北风控制,输送气流主要来自西部内陆地区;春季,盛行东南风和偏东风,存在明显的东南向西北方向的输送气流;夏季,则以偏南输送气流为主,杭州湾地区海面向内陆方向以及太湖湖面风速较大,输送扩散能力较强;秋季则转为东北风,近地面杭州湾以北盛行北风,以南主要受海面东北风的影响.结合HYSPLIT-4三维轨迹模式计算分析该地区典型污染过程时污染物的输送气流轨迹,证实了污染过程伴随500 m高度处东北主频气流的"外源"输入现象.

瓦里关温室气体本底研究的主要进展

由于温室气体浓度显著增长及其在气候与环境变化中的作用,国际上众多的科学计划和观测体系都把它们的时空分布、源汇及趋势列为重要内容,获得的各种资料在评价人类活动对气候和环境的影响及有关对策研究中起着关键作用。文章阐述了在中国内陆本底地区开展温室气体长期、定点观测的意义和必要性,系统地讨论了10多年来中国瓦里关本底站温室气体本底研究的主要进展。利用瓦里关经严格国际比对和质量控制的大气CO2、CH4长期观测资料,结合同期的地面风资料进行统计分析,建立了瓦里关大气CO2和CH4本底资料筛选方法;利用本底观测资料,研究了瓦里关大气CO2及其δ13C、CH4和CO本底变化及源汇特征所体现的亚洲内陆地域特点和全球代表性,并进一步与同期、同纬度海洋边界层参比值(MBL)以及北半球其他6个大气本底站同期观测数据对比分析,发现了瓦里关大气CH4和CO独特的季节变化并探讨了成因;根据空气团后向轨迹簇所途经的下垫面源汇同观测的大气CO2和CH4浓度变化之间的关系,探讨了瓦里关大气CO2和CH4的输送来源;利用Hysplit-4扩散与输送模式,计算了冬、夏典型月份人为源和自然生态系统源汇对瓦里关大气CO2浓度变化的贡献。并在现有基础上,提出了有待进一步解决的科学问题。

北京沙尘天气的变化特征及其沙尘源地分析

通过对北京市沙尘天气的变化特征、出现沙尘天气的天气形势、移动路径、关键区域和地表特征的分析,以及与降水量的相关分析,研究了北京市沙尘天气的变化趋势及其沙尘源地的基本特征。结果表明,近56年来,北京市浮尘、扬沙和沙尘暴等天气现象均呈现出不规则的波动减少的变化态势;进入北京的冷空气和沙尘主要有偏西、西北和偏北三条移动路径;蒙古气旋加冷锋是北京产生沙尘天气的最主要天气系统;影响北京的沙尘质点主要来源于我国内蒙古以及中蒙边境地区;从地表特征来看,北京市周边地区存在着大片的沙尘来源地。沙尘天气与降水量的相关分析表明,沙尘源区的春季降水对当年北京市三种沙尘天气的影响突出,而本地的降水更多的是仅仅影响当年的沙尘暴天气。要缓解北京市的沙尘天气灾害,除了在北京市及其周边地区植树造林、建立生态屏障外,还要加强对沙尘源地的监测与管理,坚持以草定畜、适度放牧,严防植被破坏,同时要及时预报沙尘天气的影响范围和持续时间,把危害降到最低程度。

一次台风远距离暴雨水汽条件及输送过程研究

利用NCEP FNL分析资料,结合HYSPLIT轨迹模式对2012年8月26日发生在黄淮地区的一次台风远距离暴雨过程的水汽条件及输送过程进行分析。结果表明:产生暴雨的水汽来自黄海上空,水汽输送高度主要在700 hPa以下;强降水发生时水汽净流入较大,而降水发生前和降水结束后均呈现净流出;从水汽通道空气块的运动轨迹来看,水汽是在台风环流和副热带高压环流的共同引导下从东部进入暴雨区。气块在通过黄海上空贴近海面运行时所吸收的水汽是这次过程的主要水汽来源。

舟山本岛大气污染输送过程的数值模拟分析

利用HYSPLIT-4后向轨迹模式和NCEP(美国国家环境预报中心)的2012年GDAS(全球资料同化系统)气象数据,结合NO2、PM2.5、PM10和SO2等常规大气污染物的质量浓度数据,对舟山本岛2012年4月、7月、10月和12月的大气污染输送过程进行了模拟,并通过聚类分析和潜在源区分析〔包括PSCF(潜在源贡献)和CWT(浓度权重轨迹)计算〕,确定大气污染传输路径及影响源区.结果表明:舟山本岛气流后向轨迹呈明显的季节变化特征,4月主要受来自黄海海面气流轨迹的影响,其占总轨迹数的36.7%,ρ(PM10)为(53.24±24.33)μgm3;7月以途经琉球群岛和东海气流轨迹为主,占总轨迹数的48.4%,对ρ(NO2)、ρ(PM2.5)、ρ(PM10)和ρ(SO2)贡献分别为(24.63±6.33)、(28.60±4.83)、(52.89±18.76)和(8.67±3.11)μgm3;10月气流轨迹主要来自于东海海面,占总轨迹数的49.2%;12月气流则主要来自辽宁南部和黄海,占总轨迹数的66.1%,对ρ(NO2)、ρ(PM2.5)、ρ(PM10)和ρ(SO2)贡献分别为(28.48±15.14)、(58.71±14.10)、(69.83±38.94)和(20.83±13.28)μgm3.舟山本岛PM2.5的潜在源主要为毗邻城市间局地污染,集中于浙江沿海城市及杭州湾、上海等地.

基于气流轨迹大气输送对大连市酸雨形成分析

文章利用HYSPLIT-4后推气流轨迹模式,对辽宁省大连市2007年的降水来源进行气流轨迹模拟,再通过聚类分析方法,得到气流的平均轨迹分布,从而分析大连市降水的来源及各方向气流对酸雨形成的影响。研究表明,大连市酸雨污染主要由西-南、西北和北-东-南3个方向气流形成。在季风影响下,6-10月的雨季,来自西-南方向气流多经过河北、京津、山东、我国东部沿海等工业发达地区或朝鲜半岛;起源于北绕行东-南方向气流仅在辽宁省内行12小时后,也途经山东或朝鲜半岛及南部海域,这2个方向的气流运行高度低,地面污染贡献大,携带大量致酸前体物,在大连形成酸性降水频率高,导致其酸雨污染严重。而来自西北方向的气流经过蒙古、内蒙古、辽宁西部等工业欠发达地区,且多在高空运行,气流相对干净,很少形成酸性降水。

南京一次持续性浓雾天气过程的边界层特征及水汽来源分析

本文选取2006年12月24—27日(平流辐射雾)南京大雾的外场观测资料及NCEP的2.5°×2.5°NC再分析资料和GDAS全球1°×1°气象资料,结合天气形势、气象要素、物理量场,并利用轨迹分析方法,对这次浓雾的边界层特征及水汽输送进行分析,探讨这次浓雾形成和持续的主要边界层物理和天气学成因。分析表明:(1)这次浓雾过程期间始终存在深厚的逆温层结,甚至出现多层逆温。浓雾过程中,在中上空不同逆温层顶温度比地面温度高出2~5℃。逆温层厚多在200 m以上,26日08时逆温层厚达500 m。逆温层的存在,使大气层结更加稳定,在雾形成前期利于低层水汽聚集,雾形成后又抑制水汽的扩散,利于雾体的发展和维持,是这次浓雾能持续约64 h,强浓雾时段(能见度<50 m)持续约37 h的重要因素。(2)这次平流雾过程低层水汽通量散度呈负值,上空持续出现水汽辐合,最强水汽辐合出现在25日02时左右,为-30×10^(-7)g·s^(-1)·cm^(-2)·hPa^(-1)。低层辐合利于水汽的聚集,雾得以形成和发展,而雾过程后期水汽辐散则加快雾的消亡。贯穿整个雾过程的水汽辐合是这次平流辐射雾长时间维持的重要条件。(3)这次平流辐射雾过程中水汽输送路径是自中国东部沿海抵达南京;雾期间,水汽又来自海上源源不断的输送,最大时南京上空水汽通量达到2 g·s^(-1)·hPa^(-1)·cm^(-1)。水汽的供应和后期补充量,决定了浓雾的持续时间。

一次强沙尘暴长距离输送的数值模拟研究

利用HYSPLIT-4传输，扩散模式对2003年4月9日发生在我国西北的强沙尘暴进行长距离输送的数值模拟研究，并进行轨迹和浓度分析．研究结果表明：（1）2003年4月9日强沙尘暴过程的沙尘来源并非某单一地区；（2）此次沙尘暴长距离输送过程中，主要有两个高浓度中心向东传输．一个在北纬35度附近，主要在1500～3000m高空传输，另一个在北纬40度附近，且主要在1500m以下传输，后期两者合二为一．

北京地区三级以上污染日的气象影响因子初步分析

依据2001—2007年北京市环境保护局公布的SO2、NO2和PM10日平均空气质量等级大于或等于三级以上的污染日作为样本,统计分析了污染日3种污染物指数与同期南郊观象台(近郊区)的地面和探空气象要素的相关关系。同时采用Hysplit-4后向轨迹分析方法,对出现四级以上污染的重污染日污染源进行了初步探讨。结果表明:风向是造成上述3种污染物出现重污染的主要原因之一;污染日存在两重或多重逆温层,而且逆温层较低较厚,垂直对流和水平扩散作用较弱,湿沉降作用较小,因此污染物不易扩散和输送,堆积在近地面,造成重污染。北京西南、东南部地区以及沙尘暴过程内蒙古、河北北部是造成重污染天气的主要输送源地。研究结果可为北京重污染过程的预警预测及其综合防治提供科学依据。

2013年8月亚青会期间南京轻度污染气象条件分析

该文利用站点和探空资料、NCEP/NCAR再分析资料、MODIS卫星遥感资料和环保局监测数据,对2013年8月南京举办第二届亚洲青年运动会期间,在采取了《2013年第二届亚青会举办期间环境质量保障临时管控措施》下仍出现的2次轻度污染事件成因进行了探究。发现该地工业源接近零排放,气溶胶光学厚度明显减小,但气温异常偏高、降水量偏少、日照偏多的天气形势有利于空气污染出现。8月11日西太平洋副热带高压位置偏北偏西,强度偏强,江苏处于副高中心,大气层结稳定而不利于污染物扩散,属于副高控制型污染形势;8月30日江苏省处于冷锋前均压场,近地层风速小,属于冷锋前部型污染形势。地面气象要素的观测分析表明,污染期间能见度与相对湿度呈反比,并与风速正相关:即风速小,湿度大,不利于污染物的扩散,能见度低;反之亦然。逆温层的出现使得低空大气垂直运动受限制,污染物被阻滞。利用Hysplit-4模式反演污染物的扩散轨迹,发现外源输送是此次轻度污染过程中污染物积累的重要原因,来自江西、安徽、河北、山东境内的污染物则是其主要来源。综上,气象条件对此次空气轻度污染出现有重要影响。

华南沿海某大气背景点黑碳气溶胶污染特征

黑碳气溶胶(BC)因其显著的气候效应和对人类健康的危害而成为研究的热点。研究背景点位BC的浓度水平和来源特征有助于掌握BC在区域尺度上的辐射强迫特性和环境影响。2009年秋季在华南沿海某区域大气背景点进行了为期约40 d的BC在线观测。观测期间BC的平均浓度为(2.34±1.33)μg/m3,与其它区域背景点相比处于较高水平。利用中尺度天气研究和预报系统WRF模拟的高分辨率三维气象场数据驱动HYSPLIT-4反向轨迹模式,模拟观测期间每小时的气团轨迹,将所有轨迹分为来源特征明显的东北沿海、北方内陆、香港方向和东南海面方向四类。当受到东北沿海来源气团影响时,BC的浓度为平均水平的1.4倍,BC和CO有较好的线性相关关系,而其它三类气团影响时的BC浓度都低于平均浓度,且BC和CO的相关关系很差,说明来自东北沿海地区的较近距离区域传输是影响该背景点大气BC的主要源区。

基于后向轨迹模式下的合肥市大气污染来源研究

利用HYSPLIT(hybrid single-particle Lagrangian integrated trajectory)-4后向轨迹模式和美国国家环境预报中心(NCEP)的全球资料同化系统(GDAS)气象数据,结合SO2、NO2、PM10和PM2.5等常规大气污染物的质量浓度数据,对安徽省合肥市2014年的大气污染输送过程进行了模拟,并通过聚类分析和轨迹分型确定大气污染传输路径及影响源区.结果表明:合肥市的气流后向轨迹季节变化明显;合肥市不同季节的污染物潜在源区不同.1月份西北方向气流占43%,城市间局地气流占57%,SO2、NO2、PM10、PM2.5各项污染物浓度都很大;4月份从长三角地区来的气流占58%,各项污染物浓度都很低;7月份城市间局地气流占48%,长三角地区来的气流占24%,PM10浓度较高,其他污染物浓度较低;10月份城市间局地气流占50%,北方气流占27%,长三角地区来的气流占23%,PM10浓度较高,其他污染物浓度较低.影响合肥市大气污染的来源主要有北方气流,长三角地区来的气流和城市间局地气流.

南京一次辐射雾过程的边界层特征

选取2007年12月13—14日南京一次辐射雾的外场观测资料及NCEP的2.5°×2.5°NC再分析资料和GDAS全球1°×1°气象资料,从天气形势背景、气象要素以及物理量场等方面,探讨雾形成和持续的主要边界层物理和天气学成因;并利用HYSPLIT-4轨迹模式对此次雾过程进行后向轨迹分析。分析表明:(1)此次雾过程期间始终存在逆温层,甚至出现多层逆温。逆温层的存在,使大气层结更加稳定,利于雾的形成和发展。(2)此次辐射雾过程水汽输送较平流辐射雾小,水汽来源主要来自本地辐射降温后的水汽凝结。(3)此次雾过程地面受高压控制,低层水汽通量散度为正值,近地面有弱辐散,利于辐射降温水汽凝结,而持续的水汽辐散造成的水汽流出以及雾后期随着北部干冷空气南下使得这次辐射雾寿命较短。

悬铃木方翅网蝽飞行能力测试及远距离扩散轨迹分析

【目的】摸清温度、日龄和性别对悬铃木方翅网蝽Corythucha ciliata成虫飞行能力的影响,分析其远距离扩散轨迹。【方法】本研究通过飞行磨系统、高空系留气球和HYSPLIT-4模型相结合的方法测定了悬铃木方翅网蝽飞行能力及模拟其种群随气流远距离扩散轨迹。【结果】飞行磨研究结果表明,随着悬铃木方翅网蝽日龄的增加其飞行距离和飞行时间逐渐增加,10日龄成虫飞行距离和飞行时间最长,随后逐渐下降。不同测试温度(19℃,22℃,25℃,29℃和31℃)下,10日龄成虫飞行距离和飞行时间在19℃时最小,随着温度的升高飞行距离和飞行时间都逐渐增加,在25℃时两者都达到最大,随后逐渐降低,在25℃时的飞行距离显著大于其他测试温度下; 28℃时平均飞行速度最快,显著高于其他测试温度下。雌虫在飞行距离和飞行时间上显著高于雄虫。高空系留气球观测结果表明,在5和10 m处悬铃木方翅网蝽种群密度较大,随着高度的上升诱捕数量逐渐下降,在35 m高度处种群数量最低,随后又随着高度的升高诱捕数量逐渐增加,65 m以上高度未能诱捕到试虫。利用HYSPLIT-4模型模拟了2015年悬铃木方翅网蝽由南向北的扩散路线为:河南省郑州市-山西省晋城市陵川县-长治市沁县-沂州市繁峙县-河北省张家口市。【结论】室内悬铃木方翅网蝽成虫在10日龄、25℃温度下飞行能力最强。田间悬铃木方翅网蝽成虫可随气流上升至65 m高度,具备随气流进行低空扩散的能力。

小麦条锈病原孢子远距离传输数值模拟

应用HYSPLIT-4模式对2002年4月15日入侵河南省境内的条锈病原孢子进行远距离输送模拟,结果显示此次入侵河南部分县市的条锈病菌来源并非单一,主要包括西北方向的甘-陕-晋线和西南方向的贵-渝-鄂线,孢子传输主要在低压稳定气流中进行。此次入侵影响范围还包括甘肃东南部、四川东部、湖北北部、陕西南部和山西大部,其中西北方向来源的孢子质量浓度和影响区域范围要大于西南方向。

河源夏季臭氧污染特征及其成因

2015年9月至2016年8月,在广东河源城区内采用在线连续观测,分析该地区近地面臭氧(O_3)及其前体物的变化规律和相关性,重点探讨了夏季O_3污染特征及成因。结果表明,河源市城区O_3总超标天数为10 d,主要集中在7—9月。O_3浓度变化呈现明显的春、冬季低,夏、秋季高的季节变化。O_3浓度日变化呈典型单峰特征,前体物主要呈双峰变化。O_3小时浓度和CO无明显的相关性,与NO2浓度呈现较高的负相关关系;气象及HYSPLIT-4模型计算综合分析结果表明,夏季污染时段河源高空、低空气团大部来自西南方向,夏季O_3污染主要来源于珠三角区域传输和本地源排放。

小麦条锈病典型越夏区孢子传输的数值模拟

在阿坝和陇南越夏区使用HYSPLIT-4沉降模型对条锈病菌孢子进行连续多年的数值模拟,并使用ArcGIS9进行叠加计算,得出越夏区孢子传播的沉降概率分布。结果表明:在风场合适的条件下,陇南越夏区的条锈病孢子可以传播到黄淮冬麦区、长江中下游及华北平原冬麦区的部分地区影响其秋苗感病,而阿坝越夏区对其影响甚微;根据模拟结果推测陇南越夏区的条锈病菌可对关中地区的秋苗发病有直接影响;阿坝和陇南地区均可以为四川盆地和陕西南部冬繁区提供冬繁菌源;阿坝和陇南越夏区之间可以进行很好的菌源交流,进一步证明了前人关于西北和川西北越夏区连成一片的论断。