利用HYSPLIT模型分析茶园假眼小绿叶蝉迁飞扩散行为

【目的】明确假眼小绿叶蝉[Empoasca vitis (G?the)]迁飞扩散行为特征,揭示影响其种群迁飞扩散的关键因素。【方法】利用系留气球悬挂诱虫黄板诱捕不同朝向、不同高度假眼小绿叶蝉,通过HYSPLIT-4气流动力模型和气象数据,分析模拟假眼小绿叶蝉迁飞扩散行为。通过田间虫口调查,结合种群密度与扩散系数分析,明确推动假眼小绿叶蝉种群分布转化的驱动因素。【结果】假眼小绿叶蝉最高飞行高度为8 m,2~8 m高度内,随高度增加,假眼小绿叶蝉数量逐步下降。HYSPLIT-4气流动力模型分析结果表明,假眼小绿叶蝉迁飞轨迹只与迁飞时间有关,高度对其迁飞轨迹与直线扩散距离没有影响。此外,HYSPLIT-4气流动力模型分析结果还表明,假眼小绿叶蝉24 h直线迁飞距离为35.70~178.10 km。种群密度与扩散系数分析表明,假眼小绿叶蝉有聚集分布和随机分布两种分布型,迁飞和扩散是导致两种分布型转化的重要因素。【结论】借助气流,假眼小绿叶蝉可以实现区域性的迁飞。在种群密度驱动下,假眼小绿叶蝉种群分布存在聚集分布和随机分布的转化,也促使假眼小绿叶蝉种群发生田间扩散和区域性迁飞。因此,假眼小绿叶蝉的防控应以主要防治区为中心,向外扩展200 km的范围内开展统防统治。

基于HYSPLIT模型的2016年乌鲁木齐市一次典型大气污染过程分析

本研究分析了2016年乌鲁木齐市逐日的空气质量指数(AQI)和6种大气污染物因子,讨论污染特征和影响因素。结果表明各污染物之间存在着较强的相关性,PM_(10)、PM_(2.5)同SO_2、NO_2、CO的相关性较强,且均为正相关,O_3和其他污染物的相关性不显著。典型污染事件中乌鲁木齐市气流后向轨迹聚类分析表明吐鲁番盆地、天山山脉、乌鲁木齐河谷、及准噶尔盆地间的局地环流形成的平流逆温配合辐射逆温是形成乌鲁木齐市夜间深厚逆温层的重要原因。夜间逆温条件下,市区风场辐合,风速小,使得污染物扩散受到抑制,是影响此次重污染过程的主要因素。

草地贪夜蛾迁飞气象预报方法探索及应用

为了准确预报害虫的迁飞轨迹,将天气预报技术应用于迁飞性害虫的预测预报,基于天气预报平台,利用欧洲中心中短期气象数值预报产品以及大气环流形势及低层风动力对草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)的迁飞路径、迁入时间(包括首见日及高峰日)、落区等进行预报,并基于2021年草地贪夜蛾迁飞的2次典型预报案,分析2021年草地贪夜蛾春季北迁至湖北(首见日)以及秋季南迁回湖北(高峰日)的典型天气过程以及迁飞层气象要素场,运用HYSPLIT轨迹模型模拟迁飞后向轨迹,再利用草地贪夜蛾田间监测数据、测报灯监测数据以及迁飞轨迹对预报结论进行验证。结果显示,2次典型预报案例的预报结论与草地贪夜蛾田间监测数据及测报灯监测数据以及轨迹模拟的情景吻合度较好,草地贪夜蛾迁入时间、落区及路径预报基本正确。研究表明,将天气预报技术应用于迁飞性害虫的预报具有实际可行性。

东昆仑木孜塔格峰地区水汽来源分析

降水是山地冰川重要的补给,水汽来源与降水的多少密切相关。本文选取昆仑山东部木孜塔格峰现代冰川分布区,基于混合单粒子拉格朗日综合轨迹(HYSPLIT)模型和全球数据同化系统(GDAS)对木孜塔格峰地区2005—2022年水汽来源进行后向轨迹分析,并探讨其季节变化,揭示木孜塔格峰地区水汽来源及其规律。结果表明:木孜塔格峰地区的水汽源主要随着中纬度西风带向欧亚内陆延伸,在青藏高原西部分为三路,分别从天山山脉、帕米尔高原以及从高空平流层进入我国青藏高原,印度洋水汽向北翻越喜马拉雅山或者西北转向东与西风环流混合进入高原腹地。木孜塔格峰地区主要由陆源水汽控制,分别是从帕米尔高原和天山山脉进入,其水汽占总量的62.52%;海源水汽则为西风带的高空水汽(大西洋水汽)以及印度洋水汽,占总量的37.48%;且海源水汽的占比逐年上升。从多年季节平均角度分析,除了以上的水汽源以外,夏季的局地再循环水汽比重较高,占总量的22.64%。本文研究结果将为理解东昆仑木孜塔格峰地区水循环提供重要参考。

基于HYSPLIT的中国夏季风暖湿气流影响区域分界探讨

利用美国国家环境预报中心提供的2013-2016年全球资料同化系统风向数据,引入混合单粒子拉格朗日积分传输扩散模型的后向轨迹模式,追踪云南、广西两省区的雨季水汽来源,定量分析了16个样点降水水汽源地的贡献率,模拟了各地理方向的水汽输送路径,并尝试界定了两股夏季风暖湿气流的交互影响区域。主要研究结果有:1)云南雨季降水的水汽源地有孟加拉湾、南海和北方极地大陆,以孟加拉湾为主;7、8月份南海水汽占较大比例,9、10月份北方极地大陆有明显影响。2)广西雨季降水的水汽源地是南海、孟加拉湾、北太平洋和极地大陆,以南海水汽为主;4-8月份孟加拉湾、南海的两股水汽并重,9、10月份北太平洋水汽和北方极地大陆气团也占较大比例。3)西南水汽和南海水汽交互影响区域应在云南省中东部的哀牢山东侧,即研究样点个旧、蒙自、砚山一带,无量山/哀牢山大地形阻隔作用应是其主要成因之一。

基于轨迹模型的和田绿洲沙尘移动轨迹及气象特征分析

以塔克拉玛干沙漠南缘的和田绿洲为研究区域,使用HYSPLIT后向轨迹模型和NCEP的GDAS全球气象要素数据,将和田绿洲西北部的墨玉县城作为模拟受点(79.72°E,37.26°N),对2004—2018年墨玉县发生的2891次沙尘天气进行36 h的后向轨迹模拟,并通过k-means聚类分析法,定量分析沙尘天气期间气流的传输路径及气象特征。结果表明:2004—2018年,研究区沙尘天气的发生频率变化幅度不大,没有明显的增减趋势;年内沙尘天气主要集中在春季和夏季(3—7月),占全年沙尘天气总数的70.23%,5、6月是强沙尘暴最活跃期。在沙尘天气期间气流的移动高度和轨迹相差较大,按照气流的起源地和到达墨玉县的方向将沙尘暴分为NW-W簇、N-N簇、NE-E簇和E-ES簇4簇轨迹类型,其发生天数占比分别为18.9%、12.3%、60.1%和7.8%。由东向西的沙尘天气发生天数占比最高(60.1%),但主要以浮尘天气为主;由西北向东南方向的沙尘发生频率不高,但移动速度最快,强沙尘暴和扬沙主要来自西北和西部方向;由北向南的沙尘暴速度最慢(1.36 m/s),空气湿度最低(26.4%),但气温最高(292.58 K)。定量印证了墨玉县沙尘暴不同传输路径,可为绿洲区沙尘暴研究提供参考。

疫情前后长沙市PM_(2.5)水溶性离子污染特征及潜在源区分布

利用2019年11月1日-2020年2月29日长沙市六种常规大气污染物(PM_(2.5)、PM_(10)、NO_(2)、SO_(2)、O_(3)及CO)及PM_(2.5)组分数据分析了长沙市疫情前后大气污染物浓度及气象条件变化、PM_(2.5)水溶性离子污染特征、PM_(2.5)传输路径和潜在源区。结果发现:各大气污染物受疫情影响浓度降幅范围为14.3%~64.4%,NO_(2)降幅最大;疫情前后气象条件基本一致,本地排放减少是造成污染物浓度大幅下降的主要原因;疫情期间SNA浓度显著下降,NO_(3)^(-)浓度降低尤为明显,移动源影响明显减少;SOR、NOR出现不同程度上升,颗粒物二次转化显著。疫情前后PM_(2.5)高值由外来传输转为本地,污染方位位于西北方向;基于后向轨迹分析,正常生产期间气流轨迹以北方为主,但PM_(2.5)浓度受东南方向的福建影响显著,疫情期间,PM_(2.5)受湖南-湖北-江西交界处气流影响显著;基于潜在源分析,正常生产期间PM_(2.5)潜在源区以湖南、湖北及广东为主,疫情期间潜在源区主要以省内传输为主。

降雪过程对大兴机场低能见度的影响

统计了大兴机场2019—2022年11月至次年3月降雪天气出现的次数,并重点对大兴机场一次典型降雪影响能见度过程中的气象要素变化特征进行分析,利用HYSPLIT模型对水汽来源进行追踪,以期为大兴机场降雪天气下低能见度的预报和观测提供一定的参考。

江苏东南部典型城市臭氧污染特征与成因分析

2020年10月在江苏东南部典型城市开展臭氧(O3)及其前体物观测实验,基于观测数据并结合光化学箱式模型、源解析模型等工具,对O3前体物特征、O3控制机制以及气象影响因素进行了分析。结果发现,加大对VOCs的减排力度,可有效降低当前大气中臭氧浓度;VOCs组份中烷烃的占比最高,但芳香烃对OFP的贡献最大,VOCs的主要来源是工业源,其中溶剂使用源对OFP贡献最大;区域传输对臭氧的影响较大,主要是区域污染输出的前体物在本地反应生成以及其他区域生成的臭氧直接传输而来。

基于HYSPLIT和PSCF的防风固沙生态服务功能空间模拟

针对以盐渍化影响和风沙活动为特征的北方农牧交错带,研究其生态系统服务功能空间差异及其流变机制,有助于明确服务提供区(SPA)与服务受益区(SBA)之间的空间关系,制定跨区生态补偿方案。采用混合单粒子拉格朗日积分轨道(HYSPLIT)模型和源贡献潜势(PSCF)模型,模拟了大型盐碱沙尘源地(安固里淖干涸盐碱湖)防风固沙生态系统服务(SSS)对风蚀的影响,确定了在土地覆盖、人口和国内生产总值(GDP)方面的辐射效益,并以辐射效益结果为依据提出跨地区的横向生态补偿方案。结果表明:在2015年,安固里淖干涸盐碱湖生态系统SSS效益显著,固沙量达到367.93万t;研究区SSS传输路径向东部延伸,主要影响我国华北和东北地区,SBA土地面积为189.37万km^2,占全国总面积的19.66%,受益范围包括北京市等15个省(市、区),是研究区面积的41167倍;受益人口达5.27亿人,受益GDP总量为28.37万亿元;研究区生态系统提供的SSS使得SBA降尘量减少147.17万t,直接经济效益达44.26亿元;研究区投入生态建设的资金应由北京市等15个受益省(市)共同承担,黑龙江省和内蒙古自治区补偿金额最大,其次为河北省、吉林省和辽宁省等,浙江省需支付的生态补偿金额最少。本研究通过横向生态补偿促进生态建设,以减轻由土壤风蚀造成的损害,可为有关部门的政策决策者提供参考。

基于Hysplit后向轨迹模式分析太原市重污染天气影响

利用Hysplit拉格朗日后向轨迹模式,结合AQI指数分析及当时气象观测数据,分析了2017年12月13—14日太原市出现重污染天气的影响因素。根据分析,12月10—11日太原市区以西北风为主,风力较大,风速较强,从12日开始风向由西北转为南风及东南风,一直持续至14日,形成重污染天气;从14日开始风向逐渐由东南转变为西北风,空气质量出现逐渐好转;太原市东、西、北三面环山,形成喇叭口地形,造成通风不畅,不利于污染物的扩散,尤其偏南风时外来输送的污染物在市区造成大量堆积,难以扩散,外部传输为污染的加重提供了增强的条件。

疫情前后太原市主城区空气质量时空变化特征及影响因素研究

深入探讨城市新冠疫情管控期间大气环境质量及影响因素,对空气质量的改善与治理具有重要意义。以太原市主城区为研究对象,采用克里金插值法、Pearson相关性分析、HYSPLIT轨迹模型对太原市主城区2022年疫情前后空气质量时空变化特征及影响因素进行研究。结果表明:(1)在时间上,O3浓度呈逐月递增趋势。其他污染物在管控期间浓度有所下降,与2021年同期相比,PM2.5下降了23.6%,PM10下降了32.7%,NO2下降了2.6%。(2)在空间分布上,PM2.5、CO、SO2呈“西北低、东南高”的分布特点,PM10浓度则呈“西部低、东部高”的特点。(3)太原市污染物在疫情前及管控期间主要受来自西北方向长距离传输及山西省内晋中地区短距离传输影响。在常态化时期,气流轨迹更分散,来自晋中市和临汾市的短距离传输占比最高,为21.45%。(4)管控期间重点工业企业仍保持较快增长,工业用电量达到28.33亿k W·h,工业活动受管控影响较小;但移动源污染排放减少,缓解了大气污染。

基于 HYSPLIT 模型的达州与成都空气质量相关性研究

选取2016—2020年四川盆地霾高发季空气质量数据,对四川盆地区域污染类型进行统计分析,再基于HYSPLIT后向轨迹模式,利用聚类分析、潜在源贡献因子、浓度权重轨迹等方法,重点研究了达州比成都先污染情况下两个城市空气质量的相关性机理。结果表明:达州比成都先污染的类型占比最高,为40.7%。达州先污染类型下,其地面风场的地面风速小于成都市,地面风速>2 m/s的发生频率4.1%明显小于成都市的18.7%,达州市东东北风(ENE)、东北风(NE)、东风(E)占比最高,分别为16.7%、16.3%、15.3%。综合风速和风向两个因子,成都地面受东北向(NNE和NE)的气流影响最大,这和达州的偏东风气流方向吻合。成都污染潜在源区主要位于其城区至东南一带,其余在达州西部、南充东部、遂宁和资阳、重庆交界处、重庆西部一角、自贡和内江西南部。达州比成都先污染这种天气类型下,达州对成都的空气质量影响不是主要原因。

南昌市大气降水H-O稳定同位素特征及其水汽来源解析

南昌市位于长江流域中下游,濒临中国第一大淡水湖—鄱阳湖,水文网系发育。为了深入理解南昌市大气降水来源与路径,并为区域水循环研究提供基础数据,本研究于2015~2016年期间采集南昌市93个日降水事件样品,开展降水H-O稳定同位素特征及其影响因素研究,并试图阐明该区域大气降水水汽来源。结果表明:(1)降水δ^(18)O和δ^(2)H值变化范围较大,相对于其它季节春季偏正,不是单一气候因子的制约而是多种因子共同影响的结果;(2)建立的当地大气降水线方程为δ^(2)H=8.03δ^(18)O+12.1,H-O稳定同位素分馏处于相对平衡状态,为区域水循环研究提供可靠的参考线。氘盈余(d-excess)和HYSPLIT模型综合分析进一步表明:夏秋季降水多与东南和西南季风携带的太平洋和印度洋水汽有关,而冬春季降水来源广泛,涉及季风、西风带、极地气流及局地蒸发的水汽。本研究成果有助于完善中国南方大气湿度循环理论,对指导当地水资源管理、防洪减灾有重要的实际意义。

滇中喀斯特地区大气降水水汽来源和输送特征

本文利用2010—2019年滇中石林县的全球再分析资料,通过HYSPLIT模型的后向轨迹对不同季节和不同高度的水汽来源进行追踪和分析。结果表明:石林县四季的水汽源地和水汽运移路径存在差异。春季水汽主要来源于受高空西风影响的欧亚大陆和非洲北部,夏季水汽主要来源于孟加拉湾,南海和西太平洋海域,秋季水汽主要来源于孟加拉湾—南海和西太平洋,冬季主要来源于欧亚大陆和非洲北部的高空西风、孟加拉湾海域。石林县的水汽通道有阿拉伯海和孟加拉湾—南海、西太平洋、欧亚非大陆、局地五条水汽通道,且春夏秋冬四季的不同高度层的水汽输送通道和水汽贡献率存在较大差异。

平流层臭氧深度侵入对典型城区的影响过程分析

中纬度平流层臭氧深度侵入是造成对流层至近地面臭氧浓度突增的原因之一。筛选春夏季臭氧浓度升高时段的高分辨率大气再分析数据ERA5,以位涡值的下沉趋势分析了对流层顶折叠位置及变化过程;以AIRS数据反演了臭氧浓度、一氧化碳浓度和相对湿度的垂直廓线,并估计了其分布及相关性;以近地表污染物浓度变化、HYSPLIT模型后向轨迹分析结果证实了臭氧侵入气团的运移轨迹和局地效应;通过激光雷达监测结果观测臭氧垂直浓度分布,确定了臭氧浓度最大值所处高度,判定了受影响近地点的浓度升高时刻;以边界层高度变化、气象条件分析结果及当地与周边城市地面监测数据的逐小时变化情况等综合信息,进行了区域确认和近地面影响判定。通过以上数值综合分析,对城市地区受平流层臭氧深度侵入影响的过程和具体时间进行了详细再现,可为排除非人为排放因素导致的近地表臭氧浓度增加提供回溯分析,为臭氧污染防控决策提供依据。

沈阳市环境空气中PM_(2.5)扩散时空模拟研究

利用2017年沈阳市的PM_(2.5)数据资料,分析颗粒物的月变化、小时变化特征,并利用HYSPLIT模型结合Google Earth对颗粒物立体扩散进行模拟。结果显示:月浓度表现为夏高冬低的特征,日浓度中出现2个浓度峰值,分别是08:00和23:00左右;1月3—9日期间沈阳市出现了持续时间较长的重度污染及严重污染天气,在此期间污染物的浓度升高快速,并且有速消散的特征;三维模拟结果显示,PM_(2.5)扩散影响区域涉及渤海和东海海域、吉林省、黑龙江省、山东省、安徽省等地;四维模拟结果显示,在0~1500 m高度层的PM_(2.5)粒子扩散影响区域为山东省、河南省、安徽省、湖北省、江苏省、浙江省等地;在1500~3000 m高度层由沈阳向南扩散。

北京连续降水水汽输送差异的同位素示踪

为了探讨连续降水过程中水汽输送的变化,应用NCEP/NCAR资料、HYSPLIT后向轨迹模拟及降水稳定同位素资料对北京22场连续降水的水汽输送差异进行了研究。结果表明:连续降水的水汽输送可分为西向水汽输送、远洋水汽输送、近海水汽输送、远源大陆水汽输送和局地大陆水汽输送5种类型,并以近海水汽输送和西向水汽输送为主(降水量占比60.8%)。不同水汽输送类型下降水δ^(18)O的差异主要受水汽源区同位素富集程度及水汽输送途中降水过程的影响,降水氘盈余的变化反映出二次蒸发的影响及水汽源区大气相对湿度的差异。14场连续降水的水汽输送类型发生了变化,且降水δ^(18)O值的变化能够较好地指示水汽输送类型的变化。该结果说明降水同位素特征能够为识别水汽输送类型提供有效信息。

麦红吸浆虫随气流远距离扩散的轨迹分析

为了解麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana(Géhin)种群随气流远距离扩散的可能性和扩散方向,本研究于2010年5月在河南省洛阳市洛宁县,利用系留气球携带取样器调查了麦红吸浆虫种群在5～75m高空的分布以及活动节律,应用HYSPLIT-4大气扩散模型模拟了2010年以洛宁县(34.35°N,111.52°E)为起始点,空中不同高度层麦红吸浆虫种群的扩散轨迹,以及2007年麦红吸浆虫种群在我国北方麦区的扩散轨迹。结果表明:在成虫发生期,麦红吸浆虫在空中5,45,50和65m4个高度层种群密度较大,表现出了明显的成层效应。2010年河南洛宁迁入的种群来自西南方的河南南阳地区,迁出种群能够随气流进入东北方向的河南省宜阳县境内。2007年麦红吸浆虫种群能够随小麦发育期的先后,随西南气流逐步向东北方向扩散。成虫随气流扩散是麦红吸浆虫种群远距离扩散的一种重要方式。研究结果有助于了解我国麦红吸浆虫远距离扩散方式,同时对优化发生动态监测和综合治理提供参考。

北京市区大气气溶胶PM_(2.5)污染特征及颗粒物溯源与追踪分析

重点研究北京市区大气气溶胶中细粒子的污染特征,分析其质量浓度变化与各种自然影响因素的相关性,利用美国空气资源实验室的HYSPLIT模型对颗粒物进行溯源和追踪分析,为正确认识北京市区大气PM2.5污染状况提供重要基础数据,为以后的对比研究和制定相应的污染控制措施提供参考依据。结果表明:(1)PM2.5质量浓度的最高值出现在4月的沙尘天气期间中,由于受沙尘天气影响春季的PM2.5质量浓度居四季之首;(2)温度、相对湿度、风速、降水和气压等是影响PM2.5污染程度的重要因素,不同季节里、不同温度范围内,PM2.5的质量浓度与温度表现出不同的但都强烈的相关性;沙尘天气里风速低于某一阈值(10 km/h)时,PM2.5的质量浓度与风速呈负相关,反之则呈正相关;(3)沙尘主要来自西北、西北偏北或偏西方向,境外源有俄罗斯、蒙古和哈萨克斯坦等国的戈壁或沙漠地区,境内主要来自西部戈壁沙漠地带以及内蒙古的大范围干旱和半干旱地区,到达北京后继续向东或东南、东北方向运移,进入朝鲜、韩国、日本和俄罗斯等邻国。