淮河流域重点城市大气污染源区特征的印痕分析

利用NCEP-fnl再分析气象资料和大气环境监测空气污染指数(API),运用印痕模型,对淮河流域重点城市(郑州、徐州和连云港)的大气污染物源区进行分析,内容包括2010年全年API指数大于300的重污染个例情况以及API大于100的所有污染个例的统计特征。研究结果表明:重污染的出现往往伴随印痕空间分布形态与方向的极大改变,污染发展加重阶段印痕影响区域长度收缩、侧向扩展,污染最重的阶段则对应印痕影响区域和方向的急剧变化,说明重污染过程与天气系统转换期的风速减小、风向改变有密切关系。统计表明:郑州市的潜在污染影响源区主要分布在偏西和西北方向,春季西北方向的影响最显著;徐州市的潜在污染影响源区主要为西南方向,秋季最显著;连云港的潜在污染源区主要为西南和偏西方向,西南方向的影响在秋季最显著。

江汉平原秸秆焚烧污染物排放的估算

为了解江汉平原地区秸秆焚烧的危害,通过入户调查确定该地区主要农作物秸秆露天燃烧的比例,用排放因子法估算2010年该地区主要农作物秸秆焚烧排放的大气污染物量,结合入户调查的结果、MOD/MYD14A1和GLC2000-China的地表覆盖数据,分析该地区农作物秸秆焚烧排放的时空分布。结果表明,2010年江汉平原秸秆焚烧共排放73.3 Gg(1 Gg=109g)PM2.5,18.6 Gg OC,3.27 Gg BC,7763 Gg CO2,238 Gg CO,10.6 Gg CH4,28.6 Gg NMHCs,0.382 Gg N2O,5.74 Gg NH3,8.26 Gg SO2和17.1 Gg NOx,其中5月、9月和10月是秸秆焚烧的高峰期。在所有县市中,监利县、仙桃市和天门市是秸秆焚烧排放最多的3个地区,荆州市市辖区是单位面积农田上秸秆焚烧PM2.5排放最高的地区;在所有的农作物中,水稻秸秆焚烧对排放的贡献最大,其次是油菜和小麦。

海南岛地区海陆风的统计分析和数值模拟研究

根据实测资料统计分析海南岛地区的海陆风现象和季节变化，并利用WRF模式对全岛海陆风环流进行数值模拟。结果表明，海南岛四季代表月的月平均海陆风日为12．2d，月平均频率约为40％，夏季最高（约49％），冬、春季相当（约41％），秋季最少（约29％）；中部山区周围海陆风出现频率较高，北部丘陵地区出现频率较低。海南岛夏季的海陆风环流最强，典型海陆风日的海风环流厚度达2．5km、陆风环流厚度约1．5km；白天海风向岛内伸展60-100km，在岛屿长轴附近形成强辐合带；冬季通常在岛屿中部形成偏南北向的海风辐合带；春季兼有夏季和冬季的特点；秋季海陆风的范围最小、强度最弱，主要出现在西南部山地边缘。各季陆风发展相对较弱，陆风辐合线偏向海上或在岸线附近，其范围和强度明显小于海风环流。海岛山体机械绕流作用明显，迎风面陆风时段易形成陆风锋，夏季常出现在凌晨至05-09时，弧形辐合带向海上推进约10-30km，冬季出现在东南部沿海且强度较弱；背风面海风锋可在北部．西部的平坦地区登陆并向岛内推进，海风发展旺盛时背风面与迎风面的海风在海岛中心汇合，形成覆盖全岛的强辐合带。

北京地区日最大边界层高度的气候统计特征

使用北京气象站探空观测数据和地面气温观测数据,以干绝热曲线法估算1984-2013年逐日最大边界层高度,同时计算对应的边界层平均风速和通风量。统计分析这3个边界层参量的平均特征,并利用2001-2012年的空气污染指数（API）,探讨大气污染与边界层参量的关系。结果表明：（1）日最大边界层高度的30年月均值以春季和夏初（3-6月）最高,约1600 m;夏季和秋初（7-10月）次之,约1300 m;冬季（11月、12月和1月）最低,约1000-1200 m。（2）夏季,日最大边界层高度不同数值的频率大致为对称分布,峰值处于1000-1600 m范围;秋、冬季,频率分布系统性地向低值一方偏斜,600-800 m的出现频率大大增加;春季边界层高度的变化极大。（3）各季边界层平均风速以夏季为最小。（4）一年中春季通风量最大,秋季次之,冬季较低,夏季最小。（5）秋、冬季,北京中度和重污染个例（API〉200）集中分布于弱风、低边界层和小通风量条件,反映污染物局地累积的作用;春季污染个例半数以上以高风速、高通风量为特征,反映沙尘类外部输入性污染的作用。

大气环境监测结果空间代表性的一个分析实例

通过计算石家庄西北郊大气环境监测站2014年的逐时浓度印痕,系统分析影响当地空气质量的潜在污染来源区域.使用实际气象观测资料和CALMET风场诊断模式获得当地区域边界层风场;使用反向拉格朗日粒子扩散模式计算印痕,分析其平均分布和日变化,以及与主要污染物(PM_(10))浓度变化的关系.结果表明,(1)石家庄地区山地-平原局地环流对风场有重要影响.(2)西北郊站监测结果代表的污染源区域有明显的日变化,午后主要为偏南和东南方向的污染来源,夜间至次日上午主要为西北山前和山地区域的来源.(3)PM_(10)浓度与污染来源区域具有同步的日变化关系,午后浓度下降,夜间浓度升高并维持到次日早上和正午.从夜间至次日上午时段西北方向的污染来源决定了该站的空气质量.(4)监测结果代表的主要污染物来源区域远超出其行政属地范围,外部来源的贡献率超过60%,当地影响不足40%.(5)造成西北郊站监测浓度整体偏高的主要原因是地形和位置因素,及测站以西的实际污染排放源.

珠江三角洲区域大气扩散和输送特征诊断分析

为了深入研究珠江三角洲区域大气扩散和输送特征,利用2006年珠江三角洲地区460个地面自动气象站的全年逐时气象数据和探空资料,对自动气象站资料进行质量控制并整理,使用Calmet模式诊断出逐时气象场。利用逐时风场和72小时轨迹,对该地区的扩散类型进行分类(系统大风型、弱背景影响型和局地环流型),并依此对该地区的流动状况进行分析。还根据季节和分类结果对扩散路径进行简单的分类,并依此研究珠江三角洲地区的大气输送路径以及影响范围。分析结果表明:珠江三角洲地区大气输送特征具有明显的季风性以及海陆风特征;该地区春季和冬季的大气输送和扩散能力较好,夏季次之,秋季最差;大气输送轨迹随季节变化明显,并且在不同的扩散类型之间有显著的差异。

全国低风速气象特征分析

利用1985—2014年NCDC数据库345个地面站的气象资料,统计全国低风速条件的日变化、月际变化、年际变化和持续性等基本特征,分析低风速频率空间分布的规律和季节变化。选取哈尔滨、乌鲁木齐、北京和成都4个代表城市,分析不同地区低风速条件的特征和年际变化情况。结果表明:1)30年间,全国低风速频率约为40%,其中哈尔滨低至25%,成都高达60%;2)低风速出现频率表现为夜间高、白天低的特征;3)全国从9月至次年1月,低风速状况出现频繁,之后不断减少,春季4月达到最低,哈尔滨秋季的低风速频率最高,其他3个代表城市皆是秋冬季的低风速频率最高;4)全国持续3个小时(及以上)的低风速状况出现概率为36%,其中成都地区的低风速持续性高,持续12小时(及以上)的概率达到20%;5)全国低风速频率的总体空间分布是南方高北方低,内陆高沿海低,分布的范围和频率随季节变化;6)哈尔滨的低风速频率有明显增加趋势,其他3个代表城市的长期变化趋势不明显。

广东省小风气象特征分析

用2006年广东省460个地面自动气象站的逐时气象资料,分析该地区的小风气象特征。将全省划分为西南、粤北、粤东和中部地区,分析各区小风状态的日、月变化和持续性特征,统计小风结果对污染输送轨迹的影响。结果表明:1)广东全省小风发生频率约为50%,粤北山区最高,粤东地区最低;2)4个地区日变化规律相似,白天小风频率随着时间推移不断减小,下午达到最低值,随后不断增加,午夜至清晨时段保持较高值;3)4个地区月际变化趋势并不显著,相对而言,西南地区秋冬季节小风频率偏高,呈现一定月变化趋势;4)广东全省总体小风状况持续性较差,粤北山区较高,粤东地区最差;5)区域小风和小风长时间持续是造成局地和区域性污染的重要原因。

海南岛地区大气边界层高度的时空变化特征

利用WRF模式模拟分析海南岛及其邻近海区的大气边界层高度时空变化特征。结果表明,海南岛春夏季北部开阔地区平均边界层较高,约500~600 m;秋冬季海岛的西北–东–东南沿岸的半环绕地带平均边界层较高,约500~700 m;岛内中南部山区平均边界层高度较低且季节变化不大,数值约200~500 m。各季盛行风向及海风发展因素与平均边界层的空间分布之间有良好的对应关系。海岛周边海区秋冬季平均边界层高度约500~800 m,春夏季约100~500 m,呈秋冬季高、春夏季低的季节变化特征。岛内边界层高度最大值出现在春夏季,可达1800 m以上;沿岸地区边界层高度最大值出现在秋冬季,约1300~1500 m。海南岛岛内区域具有典型的陆面大气边界层日变化规律;沿海地带受盛行风向的影响,向岸流和离岸流时边界层日变化分别表现为海洋性和陆地性的特点。

关中盆地近地面风场和大气输送特征分析

利用2017年151个地面气象站的逐时观测数据和相关高空资料分析关中盆地近地面风场与输送特征。首先分析盆地内代表性站点的风速和风向观测事实,然后用CALMET风场诊断模式和轨迹计算模式获取当地逐小时风场和每日逐小时传输轨迹,分析风场类型。结果表明:关中盆地内日平均风速约1~3 m s-1,夏季风速高、秋冬季低;盆地中央的主导风向以沿地形走向的东北风和西南风为主,盆地四周测站的主导风向表现出顺着地形向盆地中央汇流的趋势。各站主导风向的季节变化不大。盆地内风场分为系统控制型、弱天气背景型和局地环流型3类,全年出现日数比例分别占8%、17.3%和74.7%。以山谷风日夜循环为特征的局地环流型风场最多。以西安城区为源点的大气输送轨迹显示,系统控制型风场以偏东北方向的输送为主,弱天气背景型和局地环流型风场的轨迹输送都大致以偏东北和偏西(以及偏西南)沿盆地走向以及偏东南朝向秦岭山地这三个方向为主。局地环流型的轨迹影响范围小,集中于盆地中央和南侧山地之间,表明这是一种不利于污染扩散的风场类型。

气压脉动仪及湍流大气中的气压脉动频谱特征研究

基于自制气压脉动仪在内蒙古科尔沁地区大气边界层与大气环境综合实验站2019年夏季的观测资料,计算气压脉动特征参数,分析气压频谱及气压标准差特征。结果表明,自制气压脉动仪能够反映气压的快速变化,频率响应接近1 Hz;气压脉动方差谱曲线在0.0006~0.5 Hz的频率范围内满足n-2标度率,峰值频率低于风速和温度;不同稳定层结条件下的气压脉动归一化方差谱在高频区合并为一条曲线,在低频区根据大气稳定度排列;气压涨落对湍流能量的贡献主要体现在较大尺度上,风速和温度主要体现在较小尺度上;气压标准差和气压脉动强度存在明显的白天强、夜晚弱的日变化特征。

松弛涡旋累积法获取细颗粒物湍流通量的实验研究

利用2018年12月27日-2019年1月8日山东省平原县大气环境实验站观测资料,基于近地面层各物理量湍流输送特征的相似性,以温度(T)作为代理变量,采用松弛涡旋累积法(The Relaxed Eddy Accumulation,REA)计算了重霾天气过程细颗粒物湍流通量,并给出了可信度验证.结果表明:实验观测期间,温度(T)、水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)等不同物理量的REA法获取的湍流通量的经验系数b分别为bT=0.56、bH2O=0.56、bCO2=0.56.经验系数b的中位数随归一化采样阈值HREA的增大而逐渐减小;b值的离散性随HREA的变化存在一个极小值;考虑到温度b值的离散性最小,建议选取温度作为代理变量.REA法计算的细颗粒物湍流通量结果与细颗粒物湍流通量测量装置的结果具有较好的一致性,说明采用代理变量的REA法适用于细颗粒物湍流通量的获取.