中国重霾过程污染气象研究进展

对近年来中国重霾污染过程的气象成因的相关研究进行了总结,从大气环流背景、边界层流场以及气象因子等方面进行综合分析,并介绍了相关区域输送对污染的影响贡献,得出关于中国重霾过程污染气象的一致结论:冬季重霾发生的典型天气条件为高空500 h Pa西风纬向环流指数高,南北气流交换不畅,利于中国中东部高空稳定形势的发展,对应近地弱高低压系统,均压场控制频繁,稳定的大气层结使污染物更易在近地累积,偏南暖湿气流则促使大量二次污染物生成;副热带高压与青藏高原高压、西风带高压并合的形势,是引起中国夏季大气环境质量恶化的主要原因;台风引起的下沉逆温稳定天气,易造成珠三角地区重霾污染。区域和局地山脉气流辐合效应使污染物较易在山麓地带聚积,海陆风和山谷风带动局地污染物的垂直输送和区域间输送。地面弱风速、风向以及高湿度是影响大气质量的直接关键因子,混合层高度与空气质量具有较强的相关性,对限制污染物的垂向有效扩散产生重要影响。数值模拟气象要素对空气质量影响贡献得到多次验证,霾预警开始发挥重要作用,区域污染的输送作用对重点城市空气质量的影响不容忽视。在重霾过程污染气象的研究还有待深化的方面包括:重视模拟研究,对污染物在大气中多尺度传输、沉降及化学循环等全周期的行为轨迹进行追踪定量,制定有针对性的污染控制技术与对策;开展大气污染的影响边界研究,辅助气象预报为特定区域空气质量保障提出即时有效的防控措施和预警方案,为提高污染控制措施的有效性奠定科学基础。

基于激光雷达分析一次重霾过程混合层高度

为深化对冬季重霾天气大气混合层高度的认识,利用Mie散射激光雷达观测了成都市2014年1月23日至2月4日一次典型重霾天气过程。基于Mie散射激光雷达探测获取的后向散射系数,使用SBH99算法计算了该过程的混合层高度,并系统分析其演变特征及其与气象因子的关系,研究结果表明:将激光雷达探测的混合层高度与探空曲线表征出的混合层高度进行对比分析,结果显示两者具有较好的一致性,相关系数为0.893 4;此次重霾过程中,混合层高度平均值较低,约378 m;霾天气发生后,混合层高度显著下降,并且混合层高度的最大值与最小值之间差距缩小,日变化波动不明显;混合层高度的发展与空气温度的变化趋势呈正相关关系,与相对湿度呈负相关关系。

苏州市一次重霾污染天气过程的数值模拟

本文对苏州地区2015年12月13—15日发生的一次典型的重霾污染天气过程进行了数值模拟,分析了颗粒物及其组分的时空变化特征及其气象影响因子,以期为该区域空气污染治理和预防提供科学依据。结果表明:(1)利用WRF-Chem模式对此次重霾污染天气过程的污染气体成分进行数值模拟后发现,小时平均的PM_(2.5)、PM_(10)、CO、SO_2、NO_2模拟值与实测值的相关系数较高,达到0.68以上,通过了P<0.01的显著性检验,且日变化过程对应也较好。(2)通过分析此次污染过程的天气背景,发现污染形成期高空环流比较平直,中层为均匀的弱高压控制,地面受弱高压脊控制,这种形势容易导致颗粒物的堆积。后期地面等压线密集时,风速大,有利于污染物的输送与扩散。(3)通过分析此次污染过程期间气象要素的变化发现,有逆温、风速小、相对湿度大等不利的气象条件是导致此次污染过程发生的重要原因之一。(4)HYSPLIT轨迹分析显示,此次重霾过程主要受北方大范围灰霾颗粒物南下影响,北方污染气团逐步南推,14至15日本地大气扩散条件差、污染物累积,最终导致本地污染加重,从而发生重霾事件。(5)火点图的分布进一步验证了此次重霾污染过程是由外来污染气团输入所导致。

成都一次霾过程中颗粒物消光作用的垂直变化

基于2017年1月4~7日成都地区一次重霾过程中,颗粒物粒径谱的垂直加密观测和激光雷达同步观测数据,利用Mie散射理论计算颗粒物消光系数并与激光雷达反演结果对比,计算了不同粒径谱颗粒物消光系数以及消光贡献率.分析表明:重霾期间,在不同边界层高度上颗粒物消光系数表现为PM_1>PM_(2.5~10)>PM_(1~2.5)>PM_(>10),其中PM1的消光贡献率整体上维持在49.5%~69.4%,是本次重霾过程中影响颗粒物消光系数大小的主要因子.在大气边界层内,不同粒径谱颗粒物消光作用呈现出显著垂直变化和昼夜差异,白天在600m以下和700~1100m之间颗粒物消光系数出现高值区;夜间颗粒物消光系数整体上随高度呈现出明显递减趋势,在1100m处出现高值.此外,夜间在200m以下颗粒物消光系数明显大于白天,且PM>1的消光贡献率也明显大于白天.整体上,PM_1消光贡献率随高度递增,而PM_(>1)消光贡献率随高度递减.