影响华北重度和轻度高温热浪的大气背景场差异分析

首先识别了1961—2020年华北地区的高温热浪事件,在此基础上筛选出重度和轻度高温热浪事件多发年份,对比分析了重度和轻度高温热浪事件的时空变化特征以及大气背景差异。结果表明,重度和轻度高温热浪发生频次的高值区分别位于华北北部和中南部。自20世纪60年代以来,华北重度和轻度高温热浪事件频次均呈现显著的增长趋势,其中重度高温热浪事件频次的增加更为明显。对应华北重度高温热浪事件多发,东亚中纬度地区为准相当正压结构的异常反气旋性环流控制,华北地区位于异常反气旋性环流的东南部。在该异常环流背景下,华北地区上空呈现异常下沉运动、云量偏少、大气整体偏干。在异常下沉绝热增温的同时,晴朗干燥的配置有利于更多的太阳辐射到达地表,相应的向上长波辐射和感热通量增加,进一步加热近地表大气。在华北轻度高温热浪事件高发年,华北位于异常反气旋(东南侧)和气旋(西北侧)性环流之间,主要受异常西南风控制。异常西南风向华北输送暖平流加热大气的同时,增加了华北上空的水汽。偏多的水汽捕获更多的长波辐射并反射至地表,利于气温升高。

近10年华北背景大气PM_(2.5)中重金属健康风险及污染来源的变化

为探究近10年华北背景大气PM_(2.5)中重金属的变化特征,分别于2011年12月至2013年1月(Ⅰ期)和2019年9月至2021年11月(Ⅱ期),在位于渤海中部的砣矶岛国家大气背景监测站各采集71个和160个PM_(2.5)样品,利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定样品中重金属浓度,对比Ⅰ期与Ⅱ期重金属浓度、来源及健康风险.结果表明,Ⅱ期砣矶岛ρ(PM_(2.5))均值为(54.06±39.71)μg·m^(-3),比Ⅰ期浓度低3.53μg·m^(-3).Ⅱ期PM_(2.5)中ρ(Zn)、ρ(Mn)、ρ(As)、ρ(Pb)和ρ(V)比Ⅰ期分别降低了54.53、172.63、0.8、79.06和3.81 ng·m^(-3),而ρ(Cr)、ρ(Cu)、ρ(Cd)和ρ(Ni)分别升高了2.01、5.42、3.03和3.55 ng·m^(-3).PMF结果表明,Ⅱ期污染源贡献率大小为:工业排放源(32.32%)>燃煤源(27.47%)>机动车排放(23.70%)>船舶排放(9.69%)>扬尘源(6.83%),与Ⅰ期相比,扬尘源和船舶排放源对砣矶岛PM_(2.5)中金属的贡献率分别降低20.73%和8.83%,燃煤源和工业排放的贡献率分别增加2.50%和13.52%.Ⅱ期重金属总致癌风险增加,主要以Cr和Cd的贡献为主,总非致癌风险降低,以Mn贡献为主.因此,在大气污染治理进程中要进一步加强对Cr、Cd和Mn等重金属的污染源的管控.

长三角背景大气PM_(2.5)中非极性有机化合物组成特征及来源

为了探究长三角区域大气细颗粒物中非极性有机化合物的组成及来源特征,于2019年12月至2020年11月在临安区域大气本底站采集了129个PM_(2.5)样品,对其有机碳(OC)、元素碳(EC)和非极性有机化合物(NPOCs,包括多环芳烃、正构烷烃和藿烷类)进行了分析,并用分子示踪物、特征比值和正定矩阵因子分析模型等方法探究了有机气溶胶的主要来源.结果表明,临安ρ(PM_(2.5))的年平均值约为(32.36±20.44)μg·m^(-3),ρ(NPOCs)年平均值约为(59.05±40.39)ng·m^(-3),呈现出冬高夏低的季节变化特征.正构烷烃主要源于化石燃料和生物质(草和木材等)燃烧等人为源,其次为高等植物角质层蜡排放;多环芳烃主要源于燃煤燃烧、机动车排放和生物质燃烧等非化石源的混合贡献;藿烷类物质主要源于机动车排放,其中冬季还受到燃煤源的影响.后向轨迹聚类分析和潜在源区分析表明临安主要受到外来气团输送的影响.结合正定矩阵因子分析模型对采样期间观测到的NPOCs进行源解析,得到了燃煤燃烧源、交通排放源和生物质燃烧等非化石源:冬季以交通源为主,贡献率为59%;春、夏季以燃煤源为主,贡献率分别为58%和57%;秋季以生物质燃烧等非化石源为主,贡献率为64%.

中国主要背景区域冬季大气PM_(2.5)中非极性有机化合物组成及来源解析

本研究于2019年12月至2020年1月在5个区域大气本底站:临安、金沙、龙凤山、上甸子和瓦里关,同步采集了PM_(2.5)样品,分析了其中的非极性有机物:多环芳烃、正构烷烃和藿烷类化合物。结果表明,上甸子和龙凤山的多环芳烃平均浓度显著高于其他站点,分别为35.2±25.6 ng/m^(3)和27.5±16.8 ng/m^(3);藿烷类物质的浓度在上甸子和临安出现高值,分别为2.72±1.78 ng/m^(3)和2.47±0.990 ng/m^(3);正构烷烃浓度以临安最高,为86.7±40.6 ng/m^(3)。对各站点多环芳烃和藿烷类化合物采用比值法,正构烷烃采用主峰碳数(C_(max))、碳优势指数(carbon preference index,CPI)和植物蜡贡献率(%Wax C_(n)),结合主成分分析-多元线性回归模型(PCA/MLR)综合进行源解析。结果显示采样期间除瓦里关外,其余站点燃烧源均以化石燃料源为主,贡献率分别为临安(94.9%)>金沙(75.3%)>龙凤山(74.7%)>上甸子(62.5%)>瓦里关(35.6%)。后向轨迹聚类分析(HYSPLIT)和潜在源贡献因子分析法(PSCF)表明各站点主要受到外来传输气团的影响,并查明了各站点的潜在污染源区。对背景站点的研究表明,东北地区和京津冀地区PM_(2.5)中非极性有机物来源相似,京津冀地区的生物质燃烧源贡献率高于东北地区;长江中下游地区化石燃料贡献率显著高于生物质燃烧;华中地区燃煤和交通排放源排放贡献率均低于长江三角洲地区;青藏高原地区生物质燃烧贡献率远高于其他地区。

中国稻纵卷叶螟发生特点及北迁的大气背景

稻纵卷叶螟因其发生面积大、暴发频率高、致害程度重而成为我国水稻生产上的重要害虫。为了阐明大气背景对其北迁重大过程的影响,利用2000—2012年中国稻纵卷叶螟灯诱数据分析了我国水稻主产区稻纵卷叶螟迁入的主要特征;选取2007年7月下旬的一次重大北迁过程作为典型个例,运用中尺度天气研究和预报模式WRF,结合NCEP气象再分析资料,模拟了这一过程的大气背景,推算了稻纵卷叶螟的迁飞轨迹,并分析了大气背景对稻纵卷叶螟灾变性迁入的影响。研究表明:(1)这13年中,我国稻纵卷叶螟的迁入大多在3月初始见,3—8月为北迁期,从南到北先后在华南、西南、江岭、江淮稻区出现迁入峰;9—11月为南迁期,从北到南先后迁入江淮、江岭、华南稻区并出现相应的迁入峰,10月底至11月初为终见期。(2)北迁个例中各站逆推轨迹分析显示:包括再迁飞在内的不同时段虫源地基本上位于降虫区的西南方,迁飞高度都变化于550—850 m之间,但在沿海地区降落的稻纵卷叶螟迁飞轨迹是复杂的。(3)水平气流是稻纵卷叶螟远距离北迁的主要运载动力,925 h Pa上南方稻区一致的偏南气流对稻纵卷叶螟北迁极为有利;三维流场的起伏、特别是垂直气流的强弱变化对迁飞高度的变化起重要的作用。(4)下沉气流和降水是稻纵卷叶螟降落的关键动力因素,两者都对降虫有明显影响。(5)在这一北迁过程中,稻纵卷叶螟种群多降落在相对湿度大的区域,降虫区的相对湿度均在75%以上。

大气背景对红外目标探测的影响

针对大气背景是一个纵深背景而非一个平面，无法使用现有对比度计算公式计算的实际，基于红外焦平面探测器工作原理推导出了大气背景下探测器处辐射照度的对比度计算公式。通过对大气背景的红外辐射计算，并与报道的飞机红外辐射数据比较，应用对比度计算公式做分析可知：大气背景对探测的影响是必须考虑的；在3~5μm大气窗口的大气背景辐射很小，选择3~5μm大气窗口探测更容易发现目标；在8~12μm大气窗口内10μm附近的大气背景辐射较强，目标不易被探测。随着探测距离增加，探测器到无限远处的大气背景辐射亮度与探测器和目标之间的大气背景辐射亮度之差在减小，它会增大对比度，这是分析探测距离不可忽视的一个因素。

近水平观测条件下大气背景光偏振度的计算模型

在光电成像领域,偏振滤波抑制大气背景光是提高成像质量的重要技术途径,其前提条件是分析和计算近水平观测条件下大气背景光偏振度。经典的Rayleigh散射理论和Wilkie天空光偏振模型在近水平观测条件下计算大气背景光偏振度存在较大误差。通过改进Wilkie模型,给出以观测地的经纬度、观测日期和时间、观测方向及大气能见度为输入的近水平观测条件下大气背景光偏振度的计算模型。实验表明:该模型在近水平观测条件下取得比Rayleigh散射理论和Wilkie天空光偏振模型更精确的大气背景光偏振度计算结果。此外,分析了偏振片消光比对大气背景光偏振度测量误差的影响。

我国四个大气背景点颗粒物浓度及其元素分布特征

选择全国由南至北的4个大气背景站(广东南岭、湖北神农架、山西庞泉沟和吉林长白山),于2013年分4个季度同步采集环境空气颗粒物PM10和PM2.5样品,采用微波消解电感耦合等离子体质谱法测定滤膜样品中60余种元素.结果表明,4个背景点PM2.5日均质量浓度平均值为17μg·m-3,PM10为29μg·m-3,低于《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)规定的一级浓度限值.第一季度的PM10和PM2.5最高,除长白山第三季度高于第四季度之外,其他3个点位均呈现第二季度>第四季度>第三季度的趋势.PM2.5和PM10二者呈线性正相关,4个季度的PM2.5/PM10比值均小于0.5,第二、第三季度较高,而第一、第四季度较低.PM10和PM2.5中元素随季节变化不大,PM2.5含量在同一水平上低于PM10.Na、Mg、Al、S、K、Ca、Fe、Zn质量浓度在0.1—10μg·m-3之间,P、Ti、Mn、Ni、Cu、Ba、Pb质量浓度在10—100 ng·m-3之间,Cd、Co、Ge、Ga、Zr、Sr、V等质量浓度在0.01—10 ng·m-3之间.K、Al、Ca含量大于10%,S、Mg、Na、Fe、Zn、Pb、Mn含量大于1%,Cu、P、Ba、Ti量介于0.5%—1%,其他痕量元素含量所占比例小于0.5%.

2003年我国稻纵卷叶螟发生特征及其灾变大气背景的研究

2003年我国稻纵卷叶螟的灾变造成了水稻的明显减产。本文以GIS为平台,对2003年我国稻纵卷叶螟发生的大气环流背景进行了研究。结果表明:(1)2003年我国稻纵卷叶螟发生情况特重。(2)850 hPa大气环流形势对稻纵卷叶螟的迁飞和降落有重要的宏观调控作用。(3)850 hPa风场上的盛行偏南风对稻纵卷叶螟北迁有利,925 hPa风场上的盛行偏北风对南迁有利,这两个高度上的风向反气旋式切变对害虫迁入和降落十分有利。(4)迁飞路径上的降水对稻纵卷叶螟的降落有迫降作用,但南迁过程中降水作用明显小于北迁。

云南省褐飞虱早期迁入虫源及其发生大气背景分析

为了探明我国西南稻区褐飞虱早期迁入种群的虫源地,为后期预测和防治提供依据,通过对2007—2016年云南植保站4—5月份褐飞虱虫情进行分析,选取出云南省勐海、芒市、江城、师宗、麻栗坡、广南6个代表性站点,利用WRF-FlexPart耦合模式对2013年、2015年和2016年这些站点的早期迁入峰进行了数值模拟,得到近年来云南省褐飞虱早期迁入虫源的虫源地。选取了2013年褐飞虱早期迁入量较大的迁入峰进行了大气背景分析,结合峰期影响褐飞虱迁飞的大气动力场、温度场和相对湿度场,探讨了影响云南省褐飞虱早期迁入的大气背景。研究结果表明:(1)近年来云南省褐飞虱迁入的虫源主要来自缅甸,部分来自老挝和泰国,少数来自越南,还有极少量来自孟加拉国。(2)这一时期,当释放高度分别为1500、2000 m时,褐飞虱的迁飞高度分别集中在2216 m和2489 m,平均迁飞高度分别是2167、2454 m,从不同释放高度回推的褐飞虱迁飞高度的起伏趋势具有较好的一致性,表明模式能较好地反映系统性垂直气流和下垫面起伏对其上层三维流场和种群迁飞的影响。(3)选取2013年5月22—26日发生在云南勐海、麻栗坡和广南的一次典型褐飞虱迁入过程,分析了大气背景场对褐飞虱迁飞的影响,结果显示:受印缅低压控制或影响,高空从境外虫源区至云南降虫区有西南水平气流作为种群输送动力;温场在降虫区东北侧有"低温屏障墙"存在,阻止了种群的继续北迁;垂直速度场上虫源区有上升气流促使种群起飞迁出,降虫区有下沉气流促使种群降落;弱降水形成的拖曳下沉气流对降虫也十分有利;相对湿度场对此次迁飞过程不形成任何胁迫。

天基导弹预警紫外波段尾焰信号与大气背景分析

利用氧化铝粒子模型计算了导弹尾焰在200～400 nm波段光谱辐亮度,通过Modtran软件计算了大气垂直方向紫外信号的透射率及不同条件下的大气紫外波段背景亮度,通过对不同高度上导弹尾焰紫外信号与大气背景亮度比较,得到当导弹目标高度超过40 km后,240～300 nm波段的比值较高,理论上可用来在日光照射模式下,进行目标探测与识别。

探析如何完善国家大气背景监测站建设

大气背景监测是环境监测的重要组成部分。我国大气背景监测站建设较晚,目前仍存在技术和管理方面的问题。需要从增加运行经费,加强人员培训,保障人员稳定,增加不间断电源及备用监测设备等方面考虑我国大气背景监测站的发展完善。

1991年江淮梅雨期持续暴雨过程的大气环流背景的初步分析

1991年江淮地区出现了持续性的大暴雨。它包括三次暴雨过程。亚欧地区中高纬经向环流明显,乌拉尔阻塞高压强大而持久,冷空气活动强烈而频繁。500hPa上西太平洋高压脊线比常年提前1个月越过20°N,长期停滞在20°—25°N之间。东亚季风早1个月推进到长江流域。西太平洋高压在850hPa的西脊点有3次东退过程,与500hPa上脊线的3次北进以及三个暴雨时段相吻合。降水、冷空气及低纬的θse的振荡周期为20—25天,而30—50天周期则很不明显。

湘桂走廊白背飞虱早期虫源及灾变大气背景

为阐明湘桂走廊白背飞虱早期虫源及大气背景在其北迁过程中的影响,利用HYSPLIT软件模拟白背飞虱灾变性迁入高峰期、始见期后向轨迹,分别从个性及共性角度,分析湘桂走廊白背飞虱主要虫源地及其灾变大气背景。结果表明:(1)1991—2014年湘桂走廊白背飞虱的迁入始见期、首次迁入高峰期分别为0.9 d/10 a、1.6 d/10 a;(2)西南路径是湘桂走廊白背飞虱初始虫源迁入的主要路径,永福站、兴安站和全州站虫源西南路径占比分别为54%、50%、72%;(3)中南半岛白背飞虱借助微弱上升气流完成起飞,850 hPa高度上的强劲的西南气流、丰富的水汽条件有利于其北迁,降水是白背飞虱降落的重要大气动力机制。研究结果为白背飞虱的异地监测及科学防治提供科学依据。

南岭国家大气背景站异戊二烯的在线观测研究

在2015年7~11月,选取我国珠江三角洲北部的广东南岭国家大气背景站为观测点,应用预浓缩-气相色谱/质谱联用等仪器进行连续在线监测,研究了大气中异戊二烯的浓度水平、干湿季变化、昼夜变化及其影响因素,并初步探讨了高浓度O_3污染天气以及典型台风天气过程对森林大气异戊二烯含量变化的影响.结果表明,广东南岭森林大气异戊二烯的平均浓度为(0.173±0.171)×10^(-9),低于国内其它大气背景站.湿季异戊二烯浓度高于干季,分别为(0.261±0.178)×10^(-9)和(0.080±0.089)×10^(-9).白天(06:00~18:00)异戊二烯浓度[(0.247±0.332)×10^(-9)]远高于夜晚[(0.071±0.129)×10^(-9)],异戊二烯浓度于06:00开始稳步升高,午后14:00达到峰值,之后逐渐降低.异戊二烯浓度水平与温度呈正指数相关关系,且湿季温度对异戊二烯浓度水平影响更加显著(R2=0.308).O_3污染日异戊二烯的日均浓度[(0.257±0.128)×10^(-9)]水平普遍高于非O_3污染日[(0.158±0.173)×10^(-9)],然而O_3污染日异戊二烯的光化学降解反应相对更为活跃.对台风"杜鹃"的分析表明,台风天气过程中外来污染气团的输送会导致森林大气异戊二烯含量显著增加.

无云地球大气背景辐射光谱亮度的计算模型

根据辐射的叠加性,提出了一种用于卫星遥感无云地球大气背景辐射强度计算的理论模型。在利用该模型对晴朗无云地球大气背景的光谱辐射亮度进行计算时,使用迭代法解辐射传输方程并对大气采用动态分层。模型计算的结果与法国6S软件计算结果的对比表明:该模型以及计算方法对于无云地球大气背景向上的辐射亮度计算是精确可行的。且计算结果说明在可见光波段地球大气背景的辐射是很强的,而在红外强吸收波段,地-气系统的辐射很弱,主要来自大气的后向散射。

沙尘暴降尘对甘肃大气环境背景值的影响研究

通过近15年来发生在我国西北地区的较大沙尘暴个例,就沙尘暴对甘肃境内大气环境背景值的影响等问题进行了调查、分析和研究。使用降尘背景观测点的大气降尘资料和样品,统计、分析和研究了沙尘暴降尘在各地区的沉降量、分布范围、化学组分和粒度分布特征等问题。研究认为沙尘暴不只是一种特异的灾害性天气,同时它还是一种跨地区的大范围大气污染现象;在无湿沉降机会时,它会被输送到很远的地方,所影响和污染区域也会更大;沙尘暴还会向下游地区输送有害物质,对生态环境造成潜在和长期的影响;沙尘暴降尘量在甘肃的分布是以河西走廊东部为中心,向大气环流下游地域扩散,形成一个自西向东南迅速递减的梯度分布状态。受沙尘暴降尘的影响,近15年来甘肃省大气自然降尘背景值总体水平呈上升趋势。

面向大气背景测量卫星的任务规划问题——建模及求解方法

研究了面向大气背景测量试验的卫星任务规划问题。采用长短期相结合的规划方式,建立了基于模型预测控制的滚动规划模型,运用禁忌搜索算法进行求解。最后实例验证了方法的有效性;为此类卫星的研制提供了重要的借鉴意义。

大连地区雷暴时空变化特征及其严重年大气环流背景分析

利用1961—2013年大连地区3测站逐日地面雷暴观测资料及1948—2016年NCEP/NCAR再分析月平均资料,采用线性趋势估计和合成分析方法分析了大连地区雷暴日数的时间和空间分布规律,并进一步探讨雷暴严重年5—9月平均大气环流背景特征。结果表明:大连地区雷暴具有明显的地域特征,空间分布主要呈现北部内陆地区多,南部沿海地区少的特点;除2月外,各地其余月份均可发生雷暴,7月和8月达到高峰值,雷暴集中发生在5—9月,雷暴具有较强的季节性,夏季6—8月最多,冬季很少出现雷暴;年平均雷暴日数总体呈减少趋势,其中北部的减少趋势尤为显著;雷暴初日多出现在4月,终日多出现在10月,初日较终日稳定,无论初日和终日均以北部地区较南部地区稳定,各地雷暴初日显著提前,终日推迟不显著,但仅有大连终日推迟趋势显著;雷暴初日和终日北部地区对应的候平均气温阈值分别为-1℃和10℃,南部(东部)地区对应的候平均气温阈值分别为6℃(-1℃)和3℃(8℃);多雷暴年,高层500 hPa蒙古低涡异常偏强,副热带高压偏西偏北,低层850 hPa偏南风水汽输送和大连上空整层垂直上升运动均异常偏强,这些有利于雷暴日数的增多,而少雷暴年与多雷暴年特征基本相反。

沙尘暴对大气背景值的影响及遥感技术应用研究

对近十多年来发生在我国西北地区的较大沙尘暴，及其对甘肃大气背景值的影响、沙尘暴降尘的沉降量、区域分布、化学组份、粒度分布，应用卫星遥感技术监测沙尘暴和沙尘暴的危害等内容，进行了为期二年的调查、取样和研究。回答了沙尘暴研究者所关心的一些问题。