回流指数在空气质量变化研究中的应用

将回流指数引入珠三角污染气象条件的研究中,尝试使用回流指数判别形成区域大气污染的机理.运用中尺度数值模式WRF得到珠三角精细化的回流指数时空分布,同时与边界层外场观测试验结果进行比对从而验证模式对边界层内风场的模拟效果.最后,分别对干湿季冷高压影响下的污染过程进行分析,湿季选取2013年4月13—16日的珠三角重污染过程,干季选取同年12月8—10日的污染过程.结果表明:在本研究的两次过程中,使用回流指数Rcritical=0.6作为阈值能较好地区分局地污染物回流堆积与上风向污染物输送两种因素在冷高压型污染过程中何者占主导,当区域中回流指数普遍低于0.6则是污染物局地回流堆积作用更明显,若普遍高于0.6则是受上风向污染物的输送影响更明显;在局地回流堆积为主要形成机理的污染过程中,地面污染物浓度与边界层整体回流系数呈反方向变化关系,地面污染物浓度峰值对应边界层回流系数谷值;在污染物输送为主要形成因素的污染过程中,边界层中低层回流系数达到峰值时代表该区域此时受上风向风场输送作用最显著,地面污染物浓度同时达到峰值.

基于风廓线雷达的广州边界层局地回流指数廓线对污染物浓度的影响

利用2016—2019年广州增城风廓线雷达资料、地面气象站资料及附近广州九龙镇污染物浓度数据,研究了广州边界层局地回流指数R廓线对污染物浓度变化的影响,并综合分析了造成污染日或污染过程的R廓线及其阈值.结果表明,污染物浓度变化与局地回流指数R呈负相关及负滞后相关,负相关系数随高度的升高而下降.污染物NO_(2)浓度变化与局地回流指数R的负相关性最高,污染物O_(3)浓度变化与局地回流指数R的负相关性最低.不同季节、不同污染物浓度与局地回流指数R的负相关性有差异.当局地回流指数R(平均)<0.3的厚度大于400 m或至少3个高度层(每层高度差60 m)R<0.28时,发生复合型污染过程的可能性增大,同时可能出现超过7 d的长时间污染过程.

2021-2022年冬季成都地区一次持续性PM_(2.5)污染过程分析

为更好地研究近年来盆地PM_(25)污染的变化规律,通过分析2021-2022年冬季成都地区一次细颗粒物(PM2.5)污染的变化特征与气象条件关系得出,本次污染过程具有持续时间长(持续21 d),前期日变化不明显,后期污染较前期严重的特点。由于污染过程期间,较强的晴空辐射创造了有利的逆温条件,大气混合层高度较低,垂直方向上的通风能力较弱,使大气稳定不利于污染扩散,同时垂直和水平风场对污染物的输送能力都较弱,使PM_(2.5)逐步积累。进一步依托风廓线雷达观测数据计算局地回流指数(R),发现污染过程后期成都各地区R值逐步增大,水平输送能力逐步增强,前期东南部较好,后期西部较好。

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。

珠三角干季海陆风特征及其对空气质量影响的观测

通过2004年10月在珠江三角洲(以下简称“珠三角”)开展大气边界层观测试验得到的垂直风温资料和逐时PM2.5浓度资料,利用局地环流指数(RF)等方法研究了珠三角海陆风特征及其对空气质量的影响.结果表明:局地环流指数是表征局地大气输送能力的有效指标;冷暖气团对峙导致珠三角污染日背景风场较弱,沿海海陆风活动活跃,空气质量指数与RF系数相关性颇高,珠三角沿海100~400m处RF系数值主要分布在0.5~0.8之间;在海陆风影响下低层风场的有效输送能力较弱,不利于污染物的输送扩散.而随着冷空气全面控制珠三角,垂直风场RF系数值高达0.9以上,海陆风难以发展,风场输送能力强,能够持续的将污染物输送出去.观测发现沿海观测点试验期间海陆风发生频率约为47.8%,其中72.7%的海陆风日出现了污染天气,海陆风日地面风向呈现出明显的随时间顺时针偏转特征,海风约从16:00时开始出现,并在20:00达到最大影响高度约为600~800m.夜间海风将污染物输送回内陆观测点,导致内陆PM2.5浓度在19:00~21:00时出现浓度峰值,呈现出明显的双峰结构.

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。

基于风廓线雷达的成都地区一次持续性臭氧污染过程分析

利用成都地区空气质量数据、地面气象观测和成都天府风廓线雷达资料,对2023年7月成都地区一次持续性臭氧污染天气过程的大气边界层特征进行了研究.结果表明:本次污染过程,成都地区前期主要受青藏高压外围西北气流影响,后期转为大陆高压和副热带高压系统共同影响;高温低湿强辐射无雨的地面气象条件有利于臭氧生成;边界层水平风速普遍小于4 m·s^(-1),垂直上升和下沉运动弱;臭氧浓度与边界层通风系数呈负相关,相关系数为-0.63,非污染日的平均通风系数(8501 m^(2)·s^(-1))约为污染日(3648 m^(2)·s^(-1))的2.3倍,通风系数对污染态势的变化具有指示意义;回流指数与臭氧污染过程的发生存在反向关系,当边界层内整层或部分高度层回流指数小于0.4时,臭氧污染发生的可能性较大.