兰州市区最大混合层厚度变化特征分析

根据Holzworth干绝热曲线法求最大混合层厚度的基本原理 ,提出了两种计算最大混合层厚度的方法———求解二元一次方程组法和逐步逼近法。利用此方法和兰州市气象站1 988～ 1 992年逐日的气象观测资料 ,计算并分析了兰州市城区最大混合层厚度的时间变化特征 ,其月平均值的年变化呈单周期型 ,即 1 2月最低 ( 71 6m) ,5月份最高 ( 2 0 74m) ;旬平均值的年变化趋势基本上与月平均值的年变化一致 ,只是在 4月下旬和 6月下旬分别出现两个峰值。冬季兰州地区处于不同天气系统控制时 ,其最大混合层厚度也有一定变化 ,其中冷锋过境前平均最大混合层厚度最低 ( 735m) ;冷锋过境后受蒙古高压前部控制时 ,平均最大混合层厚度最高为 ( 946m)。兰州城区SO2 、CO和NOX 三种污染物月平均浓度值的年变化也呈单周期型 ,但与月平均最大混合层厚度年变化曲线的位相几乎相反 ,即 1 2月份的浓度峰值对应平均最大混合层厚度的谷值 ,呈显著的反相关关系 ;其旬平均值的相关系数分别为 - 0 .774、- 0 .82 7和 - 0 .743,这表明最大混合层厚度是影响城市空气污染的重要因素。

北京地区平均最大混合层厚度的时间变化特征

大气混合层厚度是大气环境质量影响预测中所需的重要参数。应用Holzworth干绝热法计算最大混合层厚度的基本原理,采用王式功等提出的逐步逼近法计算了北京观象台站1970—2007年的最大混合层厚度,分析了最大混合层厚度38年的变化和月平均值的年变化特征,同时应用2004—2007年同期的北京地区空气质量等级与同期大气混合层厚度逐月分布频率进行比较。结果表明,北京观象台的平均最大混合层厚度自1970—1998年有逐年减小趋势,1998年达到最小值,而从1998—2007年有逐年增加趋势,年平均最大混合层厚度与年降水日数有较为明显的负相关关系。最大混合层厚度的年变化表现出冬季低和夏季高的特征,且在夏季的7月和8月出现一个相对的低谷。空气质量等级与同期大气混合层厚度逐月分布频率表明,较高的最大混合层厚度出现频率较大的月,空气质量等级为1级和2级出现的频率高,而较低的最大混合层厚度出现频率较大的月,其空气质量等级为3级和4级出现的频率高。

呼和浩特城区最大混合层厚度变化特征分析

根据干绝热曲线法求算最大混合层厚度(MMD)的理论,使用呼和浩特市1956年11月至2009年3月逐日的常规气象观测资料,计算并分析了呼和浩特城区最大混合层厚度的时间变化特征。从月平均值的年变化看,12月最低(993m),5月份最高(2874m)。旬平均值的年变化趋势基本上与月平均值的年变化一致。当呼和浩特地区日平均风速不同时,其最大混合层厚度也有一定变化,日平均风速小于1m/s时,最大混合层厚度平均值不到1500m;日均风速大于2m/s时,最大混合层厚度平均值均超过2100m。呼和浩特城区SO2、NO2和PM10三种污染物月平均空气污染指数(API)的年变化与月平均最大混合层厚度年变化曲线的位相几乎相反,相关系数分别为-0.750、-0.854和-0.514,这体现了最大混合层厚度是影响城市空气污染的重要因素。

四川盆地最大混合层厚度与大气污染物浓度的关系

基于2015~2018年四川盆地温江站、宜宾站、达川站和沙坪坝站的探空和地面观测资料以及同期AQI、6种主要污染物(SO_(2)、NO_(2)、CO、O_(3)、PM_(2.5)、PM_(10))质量浓度资料,使用逐步逼近法计算得到了四川盆地成都、宜宾、达州、重庆四城市的每日最大混合层厚度(Maximum mixing depth,MMD),并对其时间变化特征及其与各种污染物浓度之间的关系进行了分析。结果表明,四川盆地年平均MMD约1200m。季节变化明显,春夏高、秋冬低。9月至次年1月MMD相对较小。相关分析显示,剔除降水影响后,MMD与AQI、PM_(2.5)、PM_(10)、SO_(2)、NO_(2)、CO浓度均呈负相关,而与O_(3)浓度显著正相关。在污染最为严重的冬季,MMD明显低于春夏季节。MMD越小、颗粒物浓度越高。低MMD大大压缩了近地面污染物的扩散空间,污染物在有限的空间内不断累积、浓度增大。

西北干旱区和黄土高原大气边界层特征对比及其对气候干湿变化的响应

利用西北干旱区民勤、黄土高原平凉和榆中3站2006—2009年1、4、7月和10月逐日08:00时和20:00时探空资料、降水和日最高气温,计算和对比分析了最大混合层厚度(ML)、逆温层特征和垂直温湿场及其对干湿气候变化形成的影响.结果表明:最大混合层厚度与最高地气温差关系较为密切,呈显著正相关,干旱区民勤较密切其相关系数达0.92.最大混合层厚度4月最深厚,干旱区民勤高达2 871m,明显高于黄土区两站200～400m左右,平凉最为浅薄,1月不足1 000m;但日降水量≥5mm的降水发生时榆中较深厚,高于其他两站300～400m.强降水发生前后干旱区湿度变化大,发生时高低空湿度迅速增大,而黄土高原变化湿度小,榆中中低层增湿较明显.干旱区近地层较干,但有降水时中高层增湿较黄土高原显著.干湿气候变化与最大混合层厚度、逆温层的频数和强度、近地面层的干湿程度关系密切,混合层越深厚,逆温层多而强,近地层越干,干旱加剧.

浙江省空气质量与大气自净能力的特征分析

利用最新的高时空分辨率ERA-Interim探空和地面资料,计算分析了1979—2015年浙江省大气输送和自净能力的时空分布变化特征,结合环保局空气质量监测数据探讨了浙江省空气质量与大气自净能力的关系,结果表明:大气自净能力在春、夏季表现出沿海地区小,内陆地区大的分布;到了秋、冬季,沿海地区大气自净能力增大,内陆地区则减小;研究时段内全省平均大气自净能力有增大趋势。表征低层输送能力的10 m风速在秋、冬季最大,夏季最小,随时间略有减小,这是浙江省空气污染加剧的可能原因之一;10 m风速的分布基本呈从东部沿海地区往西部山区逐渐减小的变化趋势,秋、冬季风速略大,以偏北风为主。浙江省大部分地区冬季大气自净能力最差,盛行的偏北风又容易将北方污染物带下来,因此冬季是浙江省最易发生空气污染的时段。当风速较小,风向转为偏西北风时,污染物从北方输入并且积累,最易出现较严重的污染天气。中度及以上的空气污染主要发生在杭嘉湖、宁波、绍兴、金华这些经济发达的地区,沿海地区的舟山、温州、台州由于大气输送条件好发生站次很少。丽水和衢州山区海拔高,加之本地工业经济发展较弱,空气污染发生的频次较少。

中国典型代表城市空气污染特征及其与气象参数的关系

基于2000年6月至2013年8月中国120个环境保护重点城市的空气污染逐日监测数据及同期地面气象观测资料和探空资料,分析了中国典型代表城市的空气质量状况及其与污染气象参数的相关性。结果表明:中国典型代表城市的AQI整体呈由北向南减小的空间分布特征,北方城市API的季节分布呈"冬高夏低"型,且变幅明显大于南方城市。北方城市的逆温层厚度整体较南方城市高,且代表城市的逆温层厚度在年际尺度上均呈"U"型分布,并呈现"冬半年强夏半年弱"的特点。中国典型代表城市最大混合层厚度与逆温层厚度呈反位相关系,北方和南方地区高海拔城市最大混合层厚度较高,变幅大;南方地区低海拔城市则相反。污染气象参数与API关系密切。可见,北方城市冬季污染重,是由取暖引起的污染排放量增加和由污染气象参数反映的大气边界层扩散能力降低双重作用造成的,可以为空气污染潜势预报提供参考。

乌鲁木齐冬季浅薄型焚风对大气扩散条件及空气质量的影响

基于2013—2015年冬季乌鲁木齐市6个环境监测站6类污染物逐时的浓度数据,结合乌鲁木齐逐时的地面气象数据、风廓线雷达及常规探空资料,分析了浅薄型焚风对大气扩散条件及污染物浓度变化规律的影响。研究发现:冬季乌鲁木齐浅薄型焚风的出现频率为57.3%,焚风气流平均气流底高约600 m,气流顶高约2100 m,气流厚度约1500 m;乌鲁木齐市冬季焚风日大气扩散条件与非焚风日相比,最大混合层厚度偏低200 m,逆温层厚度偏厚350 m,逆温差差异达4.4℃,逆温强度和平均风速差别不大;焚风日各污染等级的出现频率都高于非焚风日:Ⅲ-Ⅵ级污染日出现频率累积偏高18%,Ⅵ级严重污染日则必有焚风相伴随;除O3以外,焚风日里各类污染物浓度都高于非焚风日,但日变化规律类似;6类污染物浓度的空间分布在焚风日和非焚风日一致,但是各站污染物浓度均高于非焚风日(O3除外)。市区偏南地带空气质量稍优于市区中心和北部地区。

民勤大气边界层特征与沙尘天气的气候学关系研究

为了更好地理解西北干旱区大气混合层(ML)厚度的变化特征及其对当地沙尘气候形成的影响,利用民勤2006—2008年3—6月逐日08时和20时探空资料、降水和日最高气温,计算和分析了最大混合层厚度、逆温层特征和垂直风场及其对沙尘气候形成的影响。结果表明,民勤沙尘天气的大气边界层有显著的昼夜变化,白天厚、逆温强而多;沙尘天气的最大混合层厚度在2 600 m左右,介于无降水与有降水天气之间;扬沙主要由锋面中的冷空气引起,而沙尘暴主要由低层风场的剧烈扰动和500 m以上高层冷锋入侵引起。沙尘暴发生前近地面风场有明显的扰动,沙尘暴发生时在500 hPa以下有显著的冷空气活动,白天较强。能见度小于100 m的强沙尘暴夜间风速大,冷空气较强。

中国西北干旱区沙尘暴源地风沙大气边界层特征

应用西北干旱区沙尘暴源地甘肃省民勤县1971—2008年共1811个大风／沙尘暴个例的逐日08：00和20：00高空资料、降水、日最高气温以及沙尘暴实时资料，详细探讨了不同月份和季节干湿变化、沙尘暴强度、沙尘暴出现时间和持续时间的大气边界层垂直结构变化特征。结果表明：（1）沙尘暴发生时4—5月最大混合层较厚，在2500m以上；而强沙尘暴发生时6—7月较厚，7月最厚为2530m。3～8月沙尘暴发生时最大混合层厚度低于大风发生时的200~400m；4—5月下午沙尘暴发生时最大混合层较深厚，在2700In左右。沙尘暴持续时间与最大混合层厚度成反比。（2）沙尘暴发生时扰动和锋面逆温频次多而强，扰动逆温明显较强，达2．5℃／100m，锋面逆温高度在700~1000m，扰动逆温高度在150~400m之间；而大风发生时辐射和锋面辐射逆温频次多而强，强沙尘暴发生时锋面逆温明显较强，这说明沙尘暴多由风场的剧烈扰动和锋面过境引起。（3）白天800hPa以上有干气层存在，夜间干暖和逆湿现象显著。近地层越干冷、西北风越强，强沙尘暴持续时间越长。

陇中黄土高原半干旱区对流降水的边界层特征

采用2006—2011年的降水、探空和陆面资料,分析了对流降水时的边界层和陆面过程特征,发现在对流降水前3 d至后1 d的最大混合层厚度逐日变化中,在降水之前基本呈现出逐渐增厚并在降水前日达到最大,说明边界层热力对流环境很可能是对流性天气发展的重要能量基础。基于此,又重点分析了陆面通量的角色和作用,发现对流降水发生时段不同,陆面热通量也存在明显差异,傍晚对流降水的感热通量累积值是最大的,而午后对流降水的潜热通量最小;按降水量分类对比,感热通量与降水量存在较明显的正相关关系,而潜热通量则与降水量的关系复杂;当前1 d最大混合层厚度超过3 000 m或当日的感热通量累计值超过2 000 W·m^(-2)时,则在当日发生降水量超过17 mm的对流性降水的概率较大。综合分析表明,陆面热力作用对对流天气形成,尤其是对傍晚时段的对流降水具有重要作用,而局地蒸发对局地水循环的形成还不足以对对流降水产生实质性的贡献。