2021-2022年冬季成都地区一次持续性PM_(2.5)污染过程分析

为更好地研究近年来盆地PM_(25)污染的变化规律,通过分析2021-2022年冬季成都地区一次细颗粒物(PM2.5)污染的变化特征与气象条件关系得出,本次污染过程具有持续时间长(持续21 d),前期日变化不明显,后期污染较前期严重的特点。由于污染过程期间,较强的晴空辐射创造了有利的逆温条件,大气混合层高度较低,垂直方向上的通风能力较弱,使大气稳定不利于污染扩散,同时垂直和水平风场对污染物的输送能力都较弱,使PM_(2.5)逐步积累。进一步依托风廓线雷达观测数据计算局地回流指数(R),发现污染过程后期成都各地区R值逐步增大,水平输送能力逐步增强,前期东南部较好,后期西部较好。

Co-variation of the surface wind speed and the sea surface temperature over mesoscale eddies in the Gulf Stream region:momentum vertical mixing aspect

The co-variation of surface wind speed and sea surface temperature (SST) over the Gulf Stream frontal region is investigated using high-resolution satellite measurements and atmospheric reanalysis data. Results show that the pattern of positive SST-surface wind speed correlations is anchored by strong SST gradient and marine atmospheric boundary layer (MABL) height front, with active warm and cold-ocean eddies around. The MABL has an obvious transitional structure along the strong SST front, with greater (lesser) heights over the north (south) side. The significant positive SST-surface wind-speed perturbation correlations are mostly found over both strong warm and cold eddies. The surface wind speed increases (decreases) about 0.32 (0.41) m/s and the MABL elevates (drops) approximate 55 (54) m per 1℃ of SST perturbation induced by warm (cold) eddies. The response of the surface wind speed to SST perturbations over the mesoscale eddies is mainly attributed to the momentum vertical mixing in the MABL, which is confirmed by the linear relationships between the downwind (crosswind) SST gradient and wind divergence (curl).

多级组合加砂工艺主缝内支撑剂铺置规律

支撑剂在裂缝内的铺置规律决定了水力裂缝的导流能力以及油井的增产效果。利用自主设计的可视化平行板裂缝模型分别进行了现场排量为4.96 m^(3)/min时不同注入位置(上部、中部、下部)、不同注入顺序(大粒径→小粒径和小粒径→大粒径)40~80目和80~120目支撑剂在主缝内的组合铺砂实验,通过入口处砂堤高度h_(p)、砂堤平衡高度H_(p)、前缘铺置率R_(fp)和总体铺置率R tp四个参数评价了注入位置及顺序对支撑剂铺置规律的影响,并通过各粒径支撑剂在裂缝前缘和裂缝总体中的填充比例分析了对支撑效果的贡献。实验结果表明:注入位置决定了支撑剂在裂缝内的砂堤形态和前缘铺置效果,上部注入能更好地连通主缝与井筒,大粒径→小粒径注入时,入口处砂堤高度h_(p)分别为中部和下部注入的1.81和46.57倍,前缘铺置率R_(fp)分别为中部和下部注入的1.47和13.18倍;小粒径→大粒径注入时,h_(p)分别为中部和下部注入的1.56和33.37倍,R_(fp)分别为中部和下部注入的1.33和12.07倍;注入顺序在显著影响砂堤形态的同时也对铺置效果有一定的影响,大粒径→小粒径注入时能产生一定厚度的混砂层;小粒径→大粒径注入时砂堤高度变化更均匀,前缘铺置效果稍好;总体来看,大粒径支撑剂更易沉降,对主缝支撑效果贡献更大,但小粒径支撑剂更易被运移到裂缝深处填充次级裂缝,有助于提升压裂施工的整体支撑效率。

乌鲁木齐一次重污染过程及其边界层特征分析

针对2020年1月5—17日乌鲁木齐出现的重污染天气,利用乌鲁木齐的探空站资料和地面常规气象数据计算了最大混合层高度、平均风速、逆温特性、边界层通风量、能见度、相对湿度等,对最大混合层高度、能见度、相对湿度与PM2.5质量浓度进行了相关性分析,并利用Hysplit后向气团轨迹模式分析污染形成源。结果表明:此次重污染天气过程大气层结较为稳定,主要表现为逆温层厚(平均577 m)、逆温强度大(平均1.7℃/100 m)、最大混合层高度低(平均400 m);边界层通风量对局地空气质量影响显著;PM2.5质量浓度与相对湿度呈弱的正相关,与能见度呈指数相关;Hysplit后向气团轨迹模式分析得出此次污染过程以局地排放为主要形成源。

城市新区大气混合层高度特征分析

分析大气混合层高度的时空变化特征,为优化城市新区内各类型重点大气污染源的布局提供科学依据。收集江西某城市新区内2个气象观测站近10年逐小时实测风速数据及ERA再分析云量数据,采用国标法计算得到能反映两地大气扩散条件的大气混合层高度的逐时数据,并结合2016—2020年该区域空气质量数据,利用SPSS分析大气混合层高度与区域大气污染状况之间的相关性。该城市新区内两地的大气混合层高度有明显差别,但随时间变化的特征总体相同;污染条件下,混合层高度与大气污染物之间的相关性较高且明显优于空气质量等级“优、良”条件下。大气扩散能力的变化特征明显且存在区域差异。

眉山市臭氧污染特征及相关气象因子分析

利用2016—2021年眉山空气质量数据和同期气象观测数据、2022年6月27—30日无人机臭氧垂直观测数据,对眉山市臭氧污染特征、相关气象因子与臭氧污染关系进行分析。结果表明:臭氧污染主要集中在39月,且5月和8月臭氧污染日数最多;夏季对流层低层0~1km臭氧浓度随高度的增加整体呈先略增后递减的趋势,峰值多出现在离地面100~300m处;日最高气温、平均气温、平均相对湿度、最大混合层高度和日照时数与臭氧浓度相关性最强、最显著。

贵阳市中心城区混合层高度变化特征与环境空气质量关系研究

根据2017年至2021年贵阳市中心城区的10个国控站点环境空气质量变化趋势,运用L波段雷达探空秒级数据,计算得出贵阳近5年混合层高度随时间序列变化特征,分析表明:(1)贵阳市四季混合层高度具有明显的季节变化,夏高冬低,日变化特征为07时至18时高,19时至06时低;(2)贵阳市混合层高度与污染天气的环境容量有直接相关性;(3)冬季大气以中性层结主导,低风速,混合层厚度低于200m是造成贵阳市主城区冬季轻度污染的主要因素。

成渝双城经济圈城市化特点对大气污染扩散条件的影响

成渝双城经济圈在复杂大地形和独特盆地气象条件等影响下,一直是中国雾霾频发地之一。为探究成渝双城经济圈局地大气污染扩散气象条件的变化,针对成渝地区独特地形特点,根据地理分布与城市规模选取了成渝双城经济圈7个代表城市,分析了近21年来成渝双城经济圈的城市发展过程中大气污染扩散条件变化特征。结果表明:成渝双城经济圈城市化发展水平逐年增加,区域发展不均衡,表现为成都和重庆的城镇化率高于全国平均水平,成都平原经济区增幅较小,重庆、川东北经济区及川南经济区增幅较大,且2010年城市化发展明显放缓;2000-2018年成渝双城经济圈的空气质量逐年转好,西北部PM2.5降幅明显高于东南部;成渝双城经济圈的污染扩散能力时空差异明显,盆地边缘城市污染扩散能力优于盆地中心城市,土地城市化率低的城市好于土地城市化率高的城市,2010年之后,宜宾和南充污染扩散能力有比较明显的增强。

边界层参数化方案对边界层热力和动力结构特征影响的比较

本文利用高分辨率中尺度WRF模式,通过改变边界层参数化方案进行多组试验,评估该模式对美国北部森林地区边界层结构的模拟能力,同时比较了五种不同边界层参数化方案模拟得出的边界层热力和动力结构.结果表明:除个别方案外,配合不同边界层方案的WRF模式都能成功模拟出白天对流边界层强湍流混合特征和夜间稳定边界层内强逆温、逆湿和低空急流等热力和动力结构.非局地YSU、ACM2方案在白天表现出强的湍流混合和卷夹,相比于局地MYJ、UW方案,模拟的对流边界层温度更高、湿度更低、混合层高度更高、感热通量更大,更接近实际观测,这表明在不稳定层结下考虑非局地大涡输送更为合理,但局地方案在风速和风向的预报上存在一定优势.TEMF方案得到的白天局地湍流混合强度为所有方案中最弱,混合层难以发展,无法体现对流边界层内气象要素垂直分布均匀的特点.对于夜间稳定边界层的模拟,不同参数化方案之间的差异较小,但是YSU方案在一定程度上高估了机械湍流,导致局地湍流混合偏强,从而影响了其对稳定边界层的模拟能力.

南京地区一次灰霾天气的微脉冲激光雷达观测分析

利用微脉冲激光雷达（MPL）对2012年10月南京地区的一次灰霾天气进行了不间断观测,结合地面气象要素和PM10、PM2.5质量浓度资料分析了此次污染过程颗粒物质量浓度、气象要素、气溶胶垂直方向光学特性和混合层高度（MLH）日变化趋势以及相关性并与11月11-12日非灰霾天气做了消光系数和 MLH 的比较.结果表明,本次灰霾天气颗粒物浓度与近地面消光系数日变化较相似,基本上呈现夜间高午后低的趋势；灰霾期间MLH峰值滞后于地面温度峰值2h,MLH与PM2.5呈现负相关关系,两者相关系数为-0.57；霾天MLH远低于非灰霾天；霾期间近地面消光系数大部分时刻大于1.0km^-1,远大于非霾日0.1-0.25km^-1范围的消光系数.

基于激光雷达和微波辐射计观测确定混合层高度方法的比较

利用苏州地区2010年1月4,7,16日和2月4日4天的激光雷达及微波辐射计观测资料,比较了不同遥感手段探测晴天大气混合层高度的差异,发现试验期间该地区的混合层高度在300～1500 m之间。利用梯度法、标准偏差法、小波法从激光雷达数据中提取混合层高度并进行了对比,结果表明三种方法都能较好地反演混合层高度并且一致性较好,三者差异主要存在于大气边界层的发展和消亡阶段;梯度法和小波法结果无明显差异,而标准偏差法结果稍高于其他方法。在此基础上,利用微波辐射计探测的大气温度,使用温度梯度法估算大气混合层高度,并与激光雷达探测结果进行了比较,结果表明,大多数情况下激光雷达探测结果高于微波辐射计观测结果;两种遥感手段有较好的相关性,相关系数为0.76。激光雷达同微波辐射计结果存在差异,尤其是在边界层的发展和消散阶段,这是由两种遥感手段探测原理不同造成的。

大气混合层高度的确定与计算方法研究

利用多个飞机场的气象资料对河北省及京、津地区的大气混合层高度进行研究，采用３种方法对大气混合层高度进行确定，把不同方法所得结果与实测值比较、分析后发现，干绝热法和经局地气象条件修正后的罗氏法是确定大区域大气混合层的最佳方法。利用离散点最小二乘曲线拟合原理得出精确度较高、计算简单的混合层高度计算公式。

北京地区夏末秋初气象要素对PM_(2.5)污染的影响

利用北京宝联站及北京上甸子大气本底站2006—2008年的7—9月PM_(2.5)连续观测资料以及北京市观象台的探空数据、海淀气象站的风廓线雷达和降水量等资料,对北京地区夏末秋初PM_(2.5)的质量浓度特征及其与气象要素的关系进行了统计分析。结果表明:城区站各月平均PM_(2.5)质量浓度明显高于郊区站,高空偏南气流的输送是造成城区及本底地区出现细颗粒物污染的主要原因。从地面风速来看,城区当北风和南风分别达到2 m·s^(-1)和3.5 m·s^(-)以上时能起到扩散作用;郊区在低风速的北风条件下也能起到扩散和稀释作用,而南风基本上对郊区的颗粒物无扩散作用。PM_(2.5)质量浓度在降水前后的清除量与降水量、初始质量浓度均呈正相关关系,城区及郊区的云下清除过程更多取决于降水前污染物的浓度,降水量作用较弱。当混合层高度突破1500 m时,垂直扩散对污染物的稀释扩散效果明显。

用云高仪测量边界层高度

为了研究测量混合层高度的方法,对判断混合层高度的几种重要方法,如目测法、梯度法等进行了分析,采用本文中所介绍的的Steyn法,通过阐述其理论基础,给出了理想模型图,并举例强调实际运用时初始值选择对拟合结果的影响。利用云高仪Vaisala测得的3幅雷达回波信号图(气溶胶后向散射系数和高度)进行拟合,得到了混合层高度等结果。结果表明,Steyn法即使在混合层后向散射系数多变、混合层高度偏低的复杂情况下,仍能准确有效地识别混合层高度、夹卷层厚度等信息,大气边界层日变化的实测结果与理论预测值能较好地吻合。

北京城市大气混合层与气溶胶垂直分布观测研究

2002年3～10月在北京大学利用微脉冲激光雷达(MPL)观测了气溶胶时空变化。提出一种反演混合层高度的方法,这种方法减小了仪器订正的误差,反演的混合层高度与探空测量结果有很好的一致性。利用该方法计算了观测期间晴天无云天气条件下的混合层高度,分析了混合层高度及其增长率的日变化、季节变化,初步研究了混合层高度和近地面气溶胶分布的相互关系,分析了表征大气扩散能力的通风系数的日变化。结果表明,利用MPL监测城市混合层是可行的和优越的。

陕西省混合层高度变化规律研究

根据陕西省99个气象台站2006—2011年逐时气象观测资料,统计计算了各站四季及年平均混合层高度,并利用GIS系统绘制等值线分布图,分析了混合层高度的区域分布特征、四季和全年日变化特征。分析表明:(1)全年和四季平均混合层高度均以关中最高、陕北其次、陕南最低,其中陕北区域北部高、中部低,关中和陕南均为东北部高、西南部低;(2)各区域混合层高度均以春季最高,夏季其次,冬季最低,大致以冬季12月或1月最低,随后快速升高,4—5月达到最高,以后逐渐降低;(3)日变化均呈单峰型,日出后开始迅速升高,13:00前后达到最高,16:00开始迅速降低,日落后至次日日出前持续较低,春、夏季峰值持续时间较长,秋、冬季较短;(4)四季陕北和关中全天平均混合层高度差异不大,大部分时间关中略高于陕北;陕南春、夏季白天、秋季9:00—16:00、冬季10:00—15:00明显低于陕北和关中,而秋季18:00至次日7:00、冬季17:00至次日7:00大多高于陕北和关中。

北京近年地表风速和大气混合层厚度变化特征研究

文章利用北京地区2009-2014年20个气象站观测资料,计算和分析了地表风速和大气混合层厚度的时空变化,结果表明:北京地区近年地表风速呈下降趋势,城区和郊区平原下降幅度大于郊区山地,区域气候背景变化和人为观测环境改变导致的风速下降比例分别占7%和5%~6%。地表风速在春季和冬季明显大于夏季和秋季,一天中风速最大时段出现在午后至傍晚,凌晨02-06时风速最小,在空间上呈北部山区和东部平原高、中心城区和西南地区低的分布特征。大气混合层厚度平均为524 m,近年明显下降,对污染扩散较为不利,其中城区和郊区平原下降幅度约9%~10%,郊区山地下降幅度约6%。在季节变化方面,春季和夏季混合层厚度最大,午后12-14時是混合层厚度最大时段,平均可达1 200 m,而凌晨02-05时的混合层厚度则最低。混合层厚度空间分布有明显的日夜差异,总体上"城区<郊区平原<郊区山地",存在以密云为中心的东北部山区和以通州为中心的东南部平原区2个高值区,而包括中心城西部在内的西南地区则为低值区。

天津市近地层PM_(2.5)的垂直分布特征

大气细颗粒物PM2.5是导致城市能见度降低的重要原因之一,研究低层大气细颗粒物的垂直分布特征,利于了解边界层内污染物的大气物理化学反应机制,能为大气污染综合治理决策提供新的科学数据。2006年8月16日—2007年8月31日期间以天津市255m气象塔为观测平台,分别在40m、120m和220m3个不同高度进行大气污染物PM2.5质量浓度和气象要素的同步观测。对观测资料的分析表明:PM2.5质量浓度季节变化规律非常明显,冬季最高,春季最低。PM2.5日变化特征非常明显,呈明显的双峰变化规律:冬季峰值最大、春季最小。边界层内PM2.5质量浓度在各个高度存在明显差异,受逆温层影响,四个季节的早晨第一个峰值出现时间随高度增加均存在滞后现象,PM2.5从地面扩散到220m大约需要2h。各个观测高度PM2.5质量浓度随风向变化不大,得到天津市细粒子主要是由本地源生成的结论。

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴过程的大气边界层特征分析

利用系留探空、近地层梯度铁塔及地面气象站观测的数据,对塔克拉玛干沙漠腹地一次沙尘暴天气过程前后大气稳定度、混合层高度、地面气象要素及风、温、湿廓线等大气边界层特征量进行了分析。结果表明:沙尘暴发生时大气层结变得不稳定,沙尘天气过程中大气稳定度经历了稳定—不稳定—稳定的转变;沙尘暴的发生抑制了白天混合层高度的发展,维持了夜间混合层的存在,缩小了混合层高度的日变化;沙尘暴天气是一个降温增湿的过程;沙尘暴过境前后大气层结发生了转变,边界层风、温、湿廓线都打破了原有分布规律,影响了大气边界层结构的发展变化。

2018年常州一次罕见持续性雾-霾天气分析

利用常规气象观测资料、探空资料、污染物浓度及AQI资料、NCEP再分析资料等,对2018年11月24日至12月3日夜间常州持续11 d的强浓雾和严重霾天气过程进行了分析。结果表明:(1)此次雾-霾过程持续时间长、范围广、强度大、污染重。(2)中纬度地区高层持续纬向环流控制、中低层暖脊稳定存在,地面持续受均压场或弱倒槽顶部、弱冷锋前部影响,是这次持续性雾-霾过程的重要天气条件。(3)边界层内弱辐散、负涡度及弱的下沉气流是此次雾-霾天气得以长时间维持、发展的动力因子。近地层长时间水汽饱和且维持小风速利于雾-霾的长时间维持。(4)近地面高强度的贴地逆温长时间维持和持续较低的混合层高度是此次雾-霾形成、发展和长时间维持的重要热力条件。雾比霾的平均混合层高度明显偏低且霾等级越高混合层高度越低,混合层高度的变化先于能见度变化,对雾-霾临近预警有较好的指导作用。(5)弱冷空气渗透、风速适当增加、混合层高度的先期快速下降、负净辐射曝辐量绝对值的明显增大是雾爆发性增强的主要原因。