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。

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。

日本福岛第一核电站核泄漏后放射性物质运动轨迹

日本北部近海于2011年3月11日发生里氏9.0级地震,导致福岛第一核电站发生一连串事故并引发了核泄漏。日前此次核事故级别由事发后定的5级提至7级(核事故最高级别),核泄漏后放射性物质的扩散与迁移是目前关于核事故研究的热点之一。利用HYSPLIT模型模拟核爆炸后空气中放射性物质的运动轨迹发现核大气颗粒物主要运移方向为东和东北方向,进入太平洋上空,甚至美国境内,亦有朝南转西南运移的轨迹与趋势,使得放射性物质进入中国上空。根据历史气象资料对接下来的5—8月份大气颗粒物的运动轨迹进行预测,分析结果显示放射性物质随后可能往北,东北和西部运移,由于风向,降雨和洋流等的影响,将会继续影响中国,运移到中国的携带放射性物质的大气颗粒物主要来自高空。

基于D、^(18)O同位素和HYSPLIT4气团轨迹模型的黑河上游降水水汽来源研究

基于黑河上游祁连山区2012年10月至2013年9月间次降水事件的δD、δ^(18)O数据,建立了当地大气降水线方程δD=8.29δ^(18)O+17.13,并分析了各降水事件的氘盈余值特征,推断其水汽源区的气候条件相对干燥。结合HYSPLIT4气团轨迹模型计算结果,推断研究区降水全年主要受西风带水汽影响,春秋两季降水的水汽除了来自西风输送外,还混有局地和当地蒸散发水汽;夏季降水的水汽来源较为复杂,受到西风环流、内循环水汽以及少量东南亚季风水汽的综合作用;冬季的西风带水汽占有绝对优势。

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。

胶州湾大气降水水溶性离子组成特征及来源解析

基于2019年6月至2020年8月胶州湾沿岸的大气降水样品,分析降水主要水溶性离子(Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、NH^(4+)、F-、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、MAS-(甲基磺酸根))的组成特征和湿沉降通量,评估其对近海营养成分输入的贡献和潜在生态效应,并利用气团后向轨迹和正定矩阵因子分解法(PMF)解析其主要来源.结果表明,观测期间,胶州湾大气降水雨量加权平均(Volume-weighted Mean,VWM)pH为6.41,电导率的VWM值为19.3μS/cm,降水中水溶性离子以Na^(+)、NH^(4+)、NO_(3)^(-)、Cl^(-)和SO_(4)^(2-)为主,在季节上呈现出冬春季浓度明显高于夏秋季的特征,而湿沉降通量则因受降水量的控制而主要集中在夏季(约占55%).胶州湾区域大气降水共清除7274.6t水溶性离子,营养盐(主要为NH^(4+)和NO_(3)^(-),以氮计)沉降入海量达951.9t/a,表明降水在清洁大气的同时也加剧了海洋环境的污染和海洋生态系统的失衡.气团后向轨迹分析得到了观测期间控制胶州湾降水的4类主要气团,在不同季节,降水过程受到不同气团的影响,其中以来自华东地区和东北方向的气团的影响较大.基于PMF的源解析结果显示,胶州湾大气降水水溶性离子受到农业源、海洋源、扬尘源、生物质和垃圾燃烧源、工业和交通源5种来源的共同控制,其中以农业源排放的贡献最为突出(26.7%),而其他4种源的贡献大致相当.研究证实胶州湾大气环境受到复杂人为源排放、矿物沙尘以及海洋源排放的综合制约,而人为排放的贡献占主导地位.

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。

阿拉善地区降水同位素特征与水汽来源

基于2013—2015年阿拉善高原阿右旗的降水氢氧稳定同位素组成数据,分析阿拉善高原降水δD和δ18 O的特征与变化规律,揭示当地的水汽来源与迁移路径。结果表明:(a)阿拉善高原降水δD和δ18 O的变化呈现明显的季节特征,即夏季偏高,冬季偏低。(b)主要气象参数(降水量、气温、大气湿度和风速)中,气温是控制阿拉善高原降水δD和δ18 O的主导因素;通过与周边区域的比较,阿拉善高原当地大气降水线的斜率和截距较低,这是由阿拉善高原降水受到非平衡蒸发作用强烈所致;(c)HYSPLIT气团轨迹模型模拟和降水同位素分析揭示了阿拉善高原阿右旗降水主要来自西风和极低气团。

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。

济南市四季PM_(10)、PM_(2.5)输送来源及其传输过程

利用HYSPLIT模型计算出济南市2012年全年逐日72 h的气流后向轨迹。对四季的气流轨迹做聚类分析得到抵达济南市的5种轨迹类型,结合PM10、PM2.5的日均浓度资料,计算潜在源的贡献作用和浓度权重轨迹,得到影响济南市四季PM10和PM2.5浓度的潜在源区以及不同潜在源区,对济南市四季的PM10和PM2.5浓度的贡献。结果表明:四季PM10的潜在源区和PM2.5的潜在源区分布大体相同。四季的PM10和PM2.5的潜在源区都包括济南市的周边地区,该区域对济南市日均的ρ(PM10)和ρ(PM2.5)的贡献分别在0.1、0.06 mg/m3以上。春季,2种污染物的潜在源区为江苏北部源区。夏季,其污染物潜在源区为山东省南部源区与江苏北部源区。秋季,2种污染物的潜在源区主要分布在河北南部、河南东部、江苏北部等地区;冬季,其污染物潜在源区主要分布在津冀鲁交界地区、河南东部、安徽北部等地区。

渤海大气二氧化硫浓度分布及陆源输送研究

利用2005年OMI/Aura反演的大气边界层二氧化硫(SO2)垂直柱密度数据,分析了渤海大气SO2浓度分布时空变化特征,并利用FNL气象资料,运用HYSPLIT模型对渤海大气环流后向轨迹进行分析。研究表明:渤海海域大气SO2浓度随季节变化明显,在秋冬季SO2浓度比较高,在冬季高达6.187×1016cm-2;在春夏季SO2浓度都比较低,夏季是一年中最低的季节,约为3.766×1016cm-2;在不同季节SO2浓度空间分布极不均衡。通过后向轨迹分析发现,渤海大气SO2浓度主要受环渤海陆上地区影响,在冬季影响最强烈,在夏季相对弱些。

基于激光雷达观测网的杭州及周边地区颗粒物污染特征研究

激光雷达观测网是研究区域大气颗粒物污染分布特征的有力工具.长三角地区激光雷达观测网部分站点的激光雷达资料与地面气象数据、PM2.5、PM10质量浓度数据,以及HYSPLIT后向轨迹模型模拟的后向轨迹相结合,对2016年9月杭州及其周边地区一次颗粒物污染的来源和成因进行了分析.分析结果表明,9月8日杭州颗粒物污染过程是该地区局地污染与高空输送共同作用的结果,且粗粒子主要来源于西北方向.杭州地区S02浓度整体较低,PM2.5浓度与N02浓度呈正相关,细颗粒物主要以硝酸盐为主.较高的N02浓度和高湿度、低风速的不利气象条件,是该地区局地细粒子快速增长的主要原因.

乐山市2016年冬季颗粒物重污染过程与输送路径及潜在源区

对乐山市2016年12月—2017年2月的大气污染特征及气象条件进行研究分析,并结合HYSPLIT(后向轨迹模式),用聚类方法、PSCF(潜在源贡献因子法)、CWT(浓度权重轨迹分析法)分别模拟了研究期间PM_(2.5)的主要潜在源区.结果表明:研究期间,乐山市以PM_(2.5)污染为主.因风速低、无降水、相对湿度高、边界层高度降低等原因,使乐山市发生了一次持续时间较长的重污染过程(2017年1月1—7日),该过程二次污染物累积特征较为明显;春节期间,因烟花爆竹集中燃放产生的大量污染物使乐山市出现了一次严重污染(2017年1月28日),ρ(PM_(2.5))日均值达358μg/m^3.乐山市复杂的地形引起的热力差异有利于局地环流的生成与发展,山谷风的存在可能是造成夜间乐山市郊区站点ρ(PM_(2.5))高于城区站点的主要原因.结合后向轨迹与ρ(PM_(2.5))日均值分析发现,来自盆地内部的气流(占比为28.57%)对乐山市空气质量产生的影响最大.乐山市东部边界附近、宜宾市西北部、自贡市南部等地对乐山市PM_(2.5)的潜在源贡献(WPSCF)在0.96以上,说明这些地区是研究期间影响乐山市ρ(PM_(2.5))的重要潜在源区,模型的模拟结果与风向、风速、ρ(PM_(2.5))监测值插值结果相符.研究显示,乐山市大气污染过程除了与在不利气象条件下污染物的累积有关外,区域污染物的输送贡献也不容忽视.

北京地区大气氨时空变化特征

在北京城区和上甸子本底地区分别开展了为期3a和1a的NH_(3)在线观测,并结合风向、风速、温度、相对湿度等气象因素的变化特征,分析了北京地区NH_(3)浓度水平、年季特征及影响因素.结果发现,北京城区和本底地区的NH_(3)年均浓度分别为(32.5±20.8)×10^(-9)V/V和(11.6±10.3)×10^(-9)V/V,北京城区的NH_(3)浓度高于大多数国内外主要城市和地区的NH_(3)浓度水平.城区和本底地区NH_(3)浓度年变化特征为夏季高,分别为(34.1±6.8)×10^(-9)V/V和(11.1±2.2)×10^(-9)V/V,冬季低,分别为(19.7±9.3)×10^(-9)V/V和(2.4±0.6)×10^(-9)V/V.NH_(3)的日变化特征受气象因素影响明显,其结果表明,春季城区NH_(3)浓度峰值出现在15:00,而本底地区受西南风影响在20:00达到峰值;夏季城区NH_(3)浓度最高值在7:00出现,本底地区则呈现双峰值(分别在09:00和22:00);秋季城区和本底地区的日变化规律一致,均在22:00出现峰值;冬季城区的峰值出现时间晚于本底地区,峰值分别出现在23:00和20:00.西南风是造成本底地区NH_(3)浓度升高的主要原因,春季和夏季,随着西南向风速的增大,NH_(3)浓度显著升高.城区的NH_(3)浓度则主要受到局地排放的影响.浓度权重轨迹法的研究结果发现,北京、天津、河北及河南北部地区是影响北京地区大气NH_(3)的主要源区.

上海市郊春季PM_(10)污染的观测研究

利用上海市郊金山环境监测站2007年春季的逐时PM10和气象参数的观测数据,分析了PM10日平均质量浓度和最大质量浓度的时间变化规律,小时平均质量浓度的分布规律,气象条件对PM10质量浓度的影响,并利用HYSPLIT轨迹模型结合气象观测数据对一次最严重的PM10污染过程进行了分析。结果表明,PM10在春季有11日出现超标,污染比较严重;风和降雨对PM10质量浓度均有较为明显的影响;4月2日监测点PM10日平均和最高质量浓度分别达到0.78 mg/m3和1.0 mg/m3,均为全年最高值,这与北方冷空气携带沙尘南下的影响有关。

长沙市冬季重污染过程PM_(2.5)污染特征和潜在源分析

文章针对2019年12月长沙市冬季气象数据和大气污染物质量浓度在线监测数据,分析大气污染特征及气象因素,通过HYSPLIT后向轨迹模型和NCEP的GDAS气象数据对12月及污染过程的3个阶段逐时72 h气流后向轨迹进行聚类,利用潜在源贡献因子(PSCF)和浓度权重轨迹(CWT)揭示长沙市冬季PM_(2.5)的潜在源区及其贡献特征。结果表明:12月长沙市PM_(2.5)平均浓度分别为77.12μg/m^(3),其中阶段Ⅱ(185.9μg/m^(3))>阶段Ⅰ(80.9μg/m^(3))>阶段Ⅲ(59.1μg/m^(3)),相关性分析和特征雷达图表明,污染过程以一次颗粒物的排放为主;风速上升过程长沙市PM_(2.5)污染方位由西南方向南方转移,不利气象条件促进了污染过程PM_(2.5)的积累和爆发;聚类分析显示长沙市12月来自湘鄂交界处的轨迹3最频繁,来自福建和广东的轨迹4携带PM_(2.5)浓度最高。阶段Ⅰ偏燃煤型污染显著,受安徽、江西和湖南3个省份的气流轨迹影响;阶段Ⅱ偏二次型污染受福建和广东气流轨迹影响;阶段Ⅲ转变为偏综合型和其他类型污染,与北方气流占比相对阶段Ⅱ上升有关,主要受来自江西和福建交界处的轨迹1影响浓度和占比均为最大;WPSCF和WCWT结果显示,长沙市PM_(2.5)浓度的主要源区位于湖南西南、北部及广东、湖北等地。

秦岭南北降水空间分异研究

为了探讨秦岭南北降水空间分异特征,本文以秦岭山脊线南北22个气象站点2011-2018年间的逐日降水量及全球资料同化系统风向数据为基础,借助协同克里金插值和混合单粒子拉格朗日积分扩散传输模型(HYSPLIT模型)的后向轨迹模式等方法,对秦岭山区降水进行了空间格局分析、水汽轨迹追踪及水汽源地贡献率计算。结果表明:(1)秦岭山区等降水量线南北空间变化格局反映了山地水汽阻隔效应,同时北麓年降水总量空间差异较小,而南麓年降水总量自西向东则有高-低-高的分布特征、空间变异较大;(2)秦岭山区水汽输送路径主要有三条:源自印度洋孟加拉湾的西南水汽、源自西太平洋的东南水汽、来自蒙古-西伯利亚的北方极地大陆水汽;(3)夏季的秦岭西部山地对西南水汽的阻隔作用效果大于东部山地作用于东南水汽,而秋季的印度洋水汽输送基本对山脉北麓降水没有显现影响,而西太平洋水汽的输送路径只是向东有所偏移。

西南地区不同类型风场与对流层臭氧分布变化的关系

本文利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)1996-2015年间月平均风场、臭氧质量混合比分层资料,通过分类合成方法将中国西南地区夏、冬半年的风场分成三种不同类型,并研究了不同类型风场与对流层臭氧分布变化的关系。研究表明:(1)1996-2015年,我国西南地区700 hPa夏半年风场可分为S1西南风型与S2东南风型,冬半年主要为W强西风型;(2)从700 hPa臭氧质量混合比的分布来看,三种风型均在青藏高原东南侧的四川省西部出现臭氧低值区,S1型和S2型大致都是围绕该低值中心自西北向东南方向增加,但由于东南风的平流作用,S2型更偏向于经向分布,而W型则几乎是呈北低南高的纬向分布;(3)500 hPa上S1型和S2型同样能在四川省西部发现臭氧质量混合比低值区,而W型低值区却消失,呈现出十分平直的南高北低的纬向分布;(4)300 hPa臭氧质量混合比普遍高于中低层,三种风型的臭氧质量混合比几乎都是呈纬向分布,但分布情况变成了北高南低型;此外还发现,中低层冬半年的风型的臭氧混合比都低于夏半年。(5)本文为了更真实探究气块的运动路径,选取三种不同代表月份,运用HYSPLIT后向轨迹模式观察了重庆、昆明、贵阳三地上空700 hPa的气块运动路径并对其进行分析。

2017年金华地区大气降水的水汽输送特征

利用2017年1~12月当地降水资料和同期全球再分析资料,引入HYSPLIT和GrADS气象模型,定量分析金华地区大气降水的水汽输送特征。结果表明:(1)研究区逐月场降水的水汽来源、运移路径存在差异。逐月水汽变化过程与冬、夏季风具有密切的联系。其中,4~5月水汽输送呈现为冬、夏季风之间的转换特征;9~10月为夏、冬季风转型时期。(2)研究区水汽输送通道大致可分为四条:西太平洋、孟加拉湾-南海、欧亚大陆和局地水汽通道;另外,研究区不同高度层的水汽在冬、夏半年的水汽输送通道和贡献率不同。

福建夏初不同山区背景点气溶胶数浓度特征及潜在源区

随着全球经济的发展,快速城市化使生态环境受到严重威胁,已成为全球的研究热点。以福建为例,利用细颗粒物测量仪Fidas Frog研究福建山区夏初时段不同背景下气溶胶数浓度的污染特征及周边城市化对其的影响,2017年6月分别在福建宁德古田(县城)、南平玉山(清洁地区)和福州七星坪(城市郊区)进行连续观测。结果表明,观测期间不同观测点颗粒物数浓度呈不同特征:古田气溶胶数浓度主要集中在小于400 nm处,气溶胶数浓度平均值为434.37 cm^(-3);玉山作为清洁地区,其平均气溶胶数浓度最低,积聚模态(0.18~1.00μm)和粗粒子模态(>1.00~20.00μm)颗粒物数浓度相当;七星坪气溶胶平均数浓度最高,其气溶胶数浓度主要集中在小于500 nm处;古田和玉山数浓度粒径谱呈双峰型分布,而七星坪数浓度粒径谱呈单峰型分布。通过对后向轨迹聚类及气溶胶数浓度的潜在源权重分析,得到古田强潜在源区为观测点以南区域,受古田县城人为活动影响较大;玉山和七星坪强潜在源区都在观测点西南区域,七星坪积聚模态气溶胶主要来自厦门、泉州、莆田和福州等沿海城市。