城市环境气象与上海世博会气象保障

进入21世纪后，我国的城市化已进入高速发展阶段。城市在国民经济和社会发展中占有举足轻重的地位。城市化过程对城市局地气候环境产生了重要影响，为研究城市化带来的诸多影响，帮助人们更好地享受城市生活，城市环境气象作为一个学科应运而生，

城市热岛对上海夏季高温热浪的影响

通过对1975—2004年夏半年（5-10月）上海市区及各区县共11个气象站逐日最高气温和近3年（2005—2007年）夏季（6-8月）市区和郊区6个自动气象站小时平均温度等资料进行对比分析,揭示了上海夏季城市热岛的演变特征及其对高温热浪的影响。结果表明：上海夏季城区和郊区各站点均表现出增温的趋势,但是增温趋势强度不一致。城市热岛效应引起的增温在城区远大于郊区。由于城市热岛的存在,表现出市中心比近郊区和远郊区具有更多的高温日数、更高的极端最高气温、更长的高温持续时间。然而,大范围的高温所占的比例却并不高。

上海夏季近地面臭氧浓度及其相关气象因子的分析和预报

为了揭示城市近地面臭氧浓度的变化特征及其相关气象因素,尝试进行近地面臭氧浓度预报。通过对2005年夏季(6～9月上旬)上海徐家汇地区近地面臭氧的观测与分析,建立了用于夏季臭氧浓度预报和高浓度臭氧污染事件预警的一种简便、实用的统计回归方法。结果表明:天气条件对臭氧形成具有明显的作用,臭氧浓度晴天最大、多云天次之、阴雨天最小;臭氧具有明显的日变化特征,12:00～14:00之间为最大值,凌晨3:00～5:00之间有一很小的次峰,5:00～6:00之间为最小值。产生高浓度臭氧污染是多项因子的综合结果,一般在高压系统的影响下,晴天少云,紫外辐射较强,相对湿度较低,气温较高,地面和高空吹偏北风,且风速较小的情形时容易产生高浓度臭氧污染。引进高浓度臭氧潜势指数和风向影响指数两个指标,并综合考虑多种气象要素,通过逐步回归建立的臭氧浓度预报方程,对逐日最大臭氧浓度具有较好的拟合效果和可预报性。

气象条件对上海世博会期间空气质量影响

观测资料显示,2010年世博会期间上海的空气质量为2001年以来同期最优。利用近10年上海近地面气象观测数据、美国环境预报中心NCEP/NCAR再分析资料和中国气象局国家气候中心的环流指数监测数据,分析了有利于空气污染扩散的近地面气象条件及大气环流特征,及其对上海世博会期间空气质量的影响。结果表明:2010年世博会期间,上海近地面东风明显偏多且偏大,近地层接地逆温明显少于往年,降水量和降水日数也较常年明显偏多,综合气象条件有利于空气质量的提高。西太平洋副热带高压较常年异常偏大、偏强、偏西,影响上海地区的夏季风更多源自西太平洋副热带高压南侧的偏东气流输送,这为上述区域的东风活跃创造了条件。尽管上海世博会期间的空气质量联防联控措施使得污染排放低于常年,但气象条件不利时,大气环流的输送扩散仍导致了上海世博会期间上海的3次污染事件,这说明气象条件是上海世博会期间空气质量优良的主要影响原因之一。

上海市大气降尘污染的地面气象背景特征

对上海市11 a(1993—2003年)的月降尘量和同期气象要素资料分析表明,降尘量的年际变化呈下降趋势、月际变化呈双峰型分布,气象因子是这种分布的主要影响因素;重点运用聚类分析方法将降尘地面气象背景分为A、B、C、D、E 5个类型,不同天气类型对降尘量的影响不同,其中A型最有利于降尘,其气象特征是偏南风频率、3 m/s以上风速频率、蒸发量和气温位居其他各类之首,降水量、雨日数、湿度中等,气压低。冬季,降水与降尘量呈现为一定的正相关关系。

用TSI天气分型方法分析上海环境空气质量

基于主成分分析和聚类分析的TSI天气分型方法,把2003-2005年上海市的气象资料按季节分型,对比分析上海市四季不同天气类型下的空气污染指数,结果发现:四季API最大值的天气类型为冬季Ⅷ型、春季Ⅲ型、夏季Ⅰ型、秋季Ⅱ型;不同天气类型下同一污染物指数冬季差别最显著,春秋季节次之,夏季最不显著;冬季污染物指数最大,春季次之,夏季最小;各季节各天气类型下,均以PM10污染指数最大。

影响上海市空气质量的地面天气类型及气象要素分析

地面天气形势及气象要素的变化在空气污染潜势预报中具有很好的指示作用。利用天气学原理将地面天气系统进行分型,探索研究不同地面天气类型对上海空气质量变化的影响。整理、分析2003—2005年地面天气类型和气象要素与空气质量的关系,发现:(1)上海秋冬季以大陆冷性高压系统移动为主,而夏季主要以副热带高压和台风影响为主,春季是冬季与夏季之间的过渡,天气系统转换较为频繁。(2)春、秋、冬季易引起上海市空气污染的天气类型有L型高压、高压、高压前和均压场4种地面天气类型,与空气质量优等级相对应的天气类型是低压槽、高压底和高压后。夏季空气质量优等级对应的天气类型主要有台风、高压(副高)和低压槽。(3)秋冬季节典型天气过程一般经历高压前(或冷空气)→L型高压→高压→高压后(或高压底)→低压槽的转换,PM10浓度变化也表现为先升后降。(4)气象要素的变化也与空气污染存在密切联系,气压与空气污染物的关系为正相关,而气温、相对湿度和风速与空气污染物浓度呈负相关。

近138年上海地区高温热浪事件分析

深入了解特大城市高温热浪的变化特征和发生条件对于科学防御其引发的灾害具有重要的实际意义。根据中国气象局高温日和高温预警信号阈值定义了上海地区高温热浪三级标准,并引入高温有效积温,基于1873-2010年上海市徐家汇站日最高气温资料分析了上海地区高温热浪的多尺度时频特征;基于环流指数和NCEP再分析资料,探讨了上海地区高温热浪异常偏强年的大气环流异常特征。结果表明:(1)将高温有效积温与高温热浪发生频次结合,可更合理地表征高温热浪的炎热程度。(2)近138年来上海共发生214次高温热浪事件,其平均高温有效积温为8.3℃,7月高温热浪发生频次和高温有效积温均多于8月。(3)近138年来上海地区高温热浪有三段持续偏多与偏强期:19世纪90年代初至19世纪末、20世纪20年代末至50年代初、80年代末尤其是21世纪初以来;最强的高温热浪事件出现在1934年;而21世纪初的10年,其炎热程度正呈明显上升趋势。(4)上海地区高温热浪异常偏强年的主要环流特征是夏季北半球副热带高压异常偏强、西太平洋副热带高压异常偏西和印缅槽异常偏弱,如高温热浪异常偏强年夏季平均的西太平洋副热带高压西伸脊点伸展至我国东南沿海约122°E附近,而低纬地区印度半岛至孟加拉湾的低槽区基本消失。

上海地区持续东风系统控制下污染扩散条件分析

利用常规气象资料、物理量场资料、PM_(2.5)小时浓度数据和激光雷达资料,对2014年上半年上海地区持续东风系统控制下两次截然不同的污染变化时空分布特征及其扩散条件进行对比分析。结果表明:海陆温差变化造成两次过程垂直扩散条件显著不同。1月26日海温相对于陆地较高,东风气流为暖平流,海陆热力差异造成近地层垂直温度层结趋于不稳定,加速边界层污染物的垂直扩散;而3月10日过程则相反,海温相对于陆地较低,东风气流为冷平流,造成近地层垂直温度层结趋于稳定,抑制边界层污染物的垂直扩散。此外,激光雷达资料能够直观反映污染物垂直分布,对于了解污染过程的传输特征和形成有一定指导意义。

上海地区臭氧垂直分布特征分析

对2007年5月至2009年12月期间上海市宝山国家气候观象台的臭氧探空观测数据分析表明,臭氧的垂直分布主要受光化学和动力输送作用影响控制。光化学作用对臭氧分布的影响在边界层和平流层中上层非常明显。边界层内臭氧浓度呈正梯度变化,受气温、辐射、水汽等因素的影响,造成边界层臭氧浓度夏季最高、冬季最低的季节变化。在26 km以上的平流层中上层,光化学作用使得夏季平流层中上层臭氧浓度最高,冬季反之。动力输送过程对于对流层上层至平流层低层10-17 km高度影响显著,平流层-对流层交换使得春季该层臭氧浓度最高。

上海市天气和污染对儿童哮喘就诊人次的影响

目的研究上海市天气和大气污染对3-14岁儿童哮喘就诊人数的影响。方法在控制了时间的中长期效应、节假日效应、星期效应基础上利用广义相加的泊松回归模型分析了2009年1月1日到2010年12月31日上海市三家三甲儿科专科医院3-14岁儿童哮喘的就诊人数受天气（温度、湿度）和大气污染SO2、NO2、O3、PM10（量直径在10微米以下的颗粒物）、PM2.5（量直径在2.5微米以下的颗粒物）的影响。结果模型结果显示上海市温度和大气污染物对3-14岁儿童哮喘的就诊人数有影响：当平均温度低于20℃时儿童哮喘的就诊人数明显高于其他温度段;同时,滞后一天的污染物与3-14岁儿童哮喘的就诊人数有统计学意义,表现为：PM10、PM2.5、NO2、SO2每升高10μg/m3相应的3-14岁儿童哮喘就诊人数增加大约0.69%（CI：0.27%-1.1%,P=0.001）、0.78%（CI：0.16%-1.4%,P=0.014）,1.49%（CI：2.72%-4.94%,P〈0.001）,1.73%（CI：0.7%-2.76%,P=0.001）,O3每升高10ppb儿童哮喘就诊人数会相应增加大约3.83%（CI：2.7%-4.94%,P〈0.001）。结论根据本研究结果可通过提供有效的天气防护措施预防儿童哮喘的发作。

长江三角洲主要城市高温灾害的趋势分析

根据长江三角洲主要城市南京、上海和杭州的最高温度与最低温度资料,运用常规统计手段和Mann-Kendal突变检测方法,分析了3个城市的强高温过程,并对高温次数进行了描述性统计,同时,分析研究了3个城市高温发生次数的年际变化和季节变化,以及高温次数与夏季平均温度的关系,其结果可供验证全球气候变暖的数值模拟研究参考,同时有助于城市热浪预警预报业务的开展。

上海市温湿度与感冒就诊人次的时间序列研究

目的研究上海市天气变化对普通感冒门、急诊人次的影响。方法利用自然立方样条函数控制了季节效应和时间的长期趋势、用哑元变量描述星期效应、节假日、医保结算期等混杂效应,在此基础上构建了广义相加的泊松回归模型,分析了2008～2010年温度和湿度对上海市所有二、三级医院门、急诊人次的影响。结果温度与感冒就诊人数有着非线性的负相关,但是不同年龄层对温度的耐受力不同,具体表现为:儿童(14岁以下)的感冒高发期为10.9℃,其对温度的耐受力较成人(14～64岁)和老人(65岁及以上)差,成人和老人的高发期分别为6.5℃和6.8℃。成人由于夏季工作环境内的空调效应使得平均温度在高于27.5℃后感冒就诊人数有所回升。湿度对感冒就诊人数的对数相对危险度分别为-3.2×10-3(0～14岁)、-5.05×10-3(14～65岁)、-4.13×10-3(65岁以上)。结论温度和湿度是感冒门、急诊人次的主要影响因素,根据本研究结果对公众提供及时恰当的预防措施有助于减少感冒的发生。

上海市一次重霾污染过程的特征及成因分析

利用PM2.5、PM10、O3、NO2、CO 5种大气成分浓度数据、常规气象观测数据和NCEP再分析资料,结合HYSPLIT4后向轨迹模式,对2013年12月1—9日发生在上海市的一次大面积、长时间重霾污染天气过程,从大气成分浓度变化、天气形势特征及成因机制等方面进行了综合分析.研究表明,此次重霾污染期间的日空气质量指数(air quality indexs,AQI)均超过150的中度污染限值,水平能见度最低降至100m以下,首要污染物PM2.5最高小时浓度达到602.3μg·m-3,创造了上海市有PM2.5监测记录以来的历史峰值.本次过程具有较强的区域性,是一次大范围的重霾天气过程,受气象条件这一扩散大背景影响很大.相比于近十年的气象场平均态而言,此次污染时段内的高空场更不利于上升运动的发展,更加静稳的地面高压场分布为重霾污染天气的发生、发展提供了有利的气象条件,近地面稳定的大气层结和静小风,非常不利于污染物的扩散.研究还表明该污染事件与大范围秸秆集中燃烧,造成大量污染物排放有一定关系.通过后向轨迹计算分析,发现颗粒物长距离输送对区域污染产生重要影响.

上海地区一次典型空气污染过程分析

利用上海地区大气污染物监测资料和美国环境预报中心(NCEP)逐6 h的1°×1°全球再分析资料,结合微脉冲激光雷达数据反演的气溶胶消光系数和美国NOAA研制的轨迹模式HYSPLIT气流后向轨迹的模拟结果,分析了2014年5月25—30日上海地区一次严重空气污染天气过程,初步探讨了此次污染过程的污染物源、输送路径、气象条件及大气边界层特征。结果表明:上海地区此次空气污染过程以PM2.5影响为主,主要受沙尘外源性输入和秸秆燃烧共同影响,过程持续时间长;中低空(850—700 h Pa)水平输送、垂直风场分布及大气层结变化为此次空气污染过程的发生提供了有利条件;微脉冲激光雷达监测的距离平方订正回波信号强度、气溶胶消光系数和PM2.5浓度之间存在正相关关系,对上海地区污染天气过程的预报具有重要指示意义。

上海地区一次典型连续颗粒物污染过程分析

2013年3月4—9日上海地区出现了一次连续6 d的污染过程,本文利用PM_(2.5)和PM_(10)的小时监测资料、常规气象资料、激光雷达资料、FY-3A卫星监测资料及NCEP再分析资料,综合探讨了此次连续污染过程的气象特征,发现此次连续污染与天气形势的高低空配置有密切关系,槽后被西北气流控制,稳定的垂直层结及地面较弱的气压场,有利于污染物的积聚和污染天气的维持。文章还对此次连续污染过程中的重污染过程进行了深入的诊断分析,研究发现850 hPa及以上中低空西北气流将上游污染物输送至上海,再配合下沉运动沉降到地面,是造成此次重度污染过程的主因;同时,本地风力小、近地层垂直温度层结稳定等均不利于污染物在水平和垂直方向上的扩散,为污染物的积聚创造了条件。

气象参数对人体舒适度的影响研究

为研究气象参数对人体舒适度的影响,用慕尼黑人体热量平衡模型(MEMI)分析了南京舒适感的概率分布、年际、月际变化以及气象参数和生理等效温度(PET)的相互关系。结果表明:各舒适感觉出现的频率差别较大,在年际分布上有波动,月际分布上很不均匀。PET随温度线性增加,在多云天气1m/s风速时增幅最大;PET和平均辐射温度之间也是线性增加关系,温度较高时增幅大;PET随着风速的增加呈现先快后慢的非线性减小关系,低温时降幅明显,高温阴天时降幅最小;相对湿度在高温时可使PET显著增加。

1998 和 2003 年上海市夏季人群死亡分析

目的探索上海夏季全人群死亡的影响因素。方法收集上海1998、2003年6月15日—9月15日逐日全人群死亡资料及同期气象资料、逐日污染物浓度资料、社会统计资料进行分析。结果除2003年8月的平均最高气温低于1998年同期外,2003年其他月平均最高气温、热日天数、最长热日持续时间和极端最高温度均高于1998年,但2003年夏季日平均死亡数和热日及非热日平均死亡数均低于1998年。经多元逐步回归分析,1998、2003年夏季高温日死亡与气象关系的回归方程的R2分别为0.7696和0.5603,均有统计学意义(P<0.001)。1998年夏季死亡数与热日连续天数、热浪出现的时间有关(均P<0.001);2003年夏季死亡数与热日连续天数、热浪出现时间、日最高气温有关(均P<0.05)。上海人口老龄化趋势在继续,65岁以上的老龄人口比例从1998年的12.32%增加到2003年的14.79%,造成易感人群增加;而医疗条件、收入水平和居民生活条件等均有不同程度的提高。结论高温是夏季死亡增加的主要影响因素,生活条件的改善,如空调的使用、居住条件的改善,可能有助于降低人群易感程度,减少死亡。

近50a来中国大城市体感温度变化

采用全国主要省会城市的地面气象资料,利用MEM I模型计算了1955—2005年的体感温度(PET-physiological equivalent temperature),并分析了年和季节平均体感温度演化的时间和空间特征。结果表明:近50a来平均体感温度增加了1.745℃,变化速率约为0.349℃/10a,比同期的温度增率高,体感温度的增加主要发生在最近25a里;变化速率的季节差异也很明显,春季高达0.457℃/10a,冬季为0.443℃/10a,秋季为0.361℃/10a,夏季最小仅为0.129℃/10a;我国主要省会城市的极端冷日数在逐年将少,极端热日数在逐年增加;从区域分布上看,只有四个城市(贵阳、乌鲁木齐、长沙、重庆)PET均值在减小,其余城市都在增加,以哈尔滨、海口的变化速率最大。

近134年上海冬季气温变化特征及其可能成因

使用上海1873—2006年共134年冬季气温资料和1961—2004年NCEP/NCAR再分析资料,分析了上海冬季气温的变化特征及其可能成因。结果表明,百余年来上海冬季气温有3次明显的增温过程和2次降温过程,总体上呈现出显著的增温趋势,其中1970年代以来增温幅度最大。上海冬季气温具有2年、40年和80年的变化周期,在1980年代中期冬季气温发生增暖突变。134年间上海冬季平均日数显著缩短,趋势倾向率为-1.6 d/(10 a)。上海冬季气温变化是全球气候变化和局地城市化双重作用的结果。上海冬季气温变化与北半球温度和全中国气温的变化基本一致,西伯利亚高压和东亚冬季风强度的减弱使得上海冬季气温增暖,局地人口增加、土地利用变化等因素也对上海冬季气温起到了一定的增温作用。