广州逐时臭氧污染气象条件指数研究及应用

利用2016—2020年近地面臭氧和气象逐时数据,基于相关性分析和概率统计方法,在分析臭氧敏感气象要素特征基础上,综合各气象因子对臭氧生成贡献大小,建立了广州逐时臭氧污染气象条件指数模型及等级标准,并进行了预报及检验.结果表明：(1)高浓度臭氧主要发生在高温低湿情况下,臭氧浓度及臭氧超标率均随着气温的升高而增加,当气温高于30℃时,臭氧浓度随温度的变化升高更为明显;臭氧浓度和超标率随着相对湿度的升高而逐渐降低,其中,当40%≤RH<50%时,臭氧浓度及超标率最高;当风速在1～2 m·s^-1时,臭氧超标率最大.(2)对所建立的广州本地化的逐时臭氧污染气象条件指数模型和分级标准进行了检验评估,结果显示,臭氧污染气象条件指数等级越高,臭氧浓度和超标率也越大,说明该指数能够较好地表征臭氧污染天气的强弱.(3)基于欧洲中心高分辨率数值预报产品,根据污染气象条件指数模型,对广州3种不同天气类型下的指数预报进行对比验证,预报效果较好,说明该指数对臭氧污染天气预报有较好的指导意义.     

2006~2021年夏半年上海臭氧浓度特征及其大气环流背景分析

基于上海地区2006~2021年逐日臭氧浓度数据以及同期气象要素和美国环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCER）再分析数据,分析了2006~2021年上海地区臭氧浓度变化特征和气候背景,进一步对比分析臭氧浓度异常年份的高空大气环流形势差异,并加入关键气象影响因子建立臭氧浓度月预报模型.结果表明,上海地区全年和夏半年臭氧浓度的平均值均呈现波动式上升趋势,且夏半年臭氧浓度和风速呈显著负相关（相关系数达-0.826）,与静风出现频率以及低云量<20%出现日数呈显著正相关（相关系数分别为0.836和0.724）.当夏半年西太平洋副热带高压强度偏强且位置偏西偏南时,上海易受偏西风异常环流影响,不利于海上洁净空气向上海输送,易引起高浓度臭氧污染.当夏半年地面射出长波辐射偏低时,有利于地面升温,易引起高浓度臭氧污染.加入太阳直接辐射、最高气温和风速作为外生变量的臭氧月预报模型对月预报效果提升明显,均方根误差减少47.7%,相关系数提升11.2%.     

基于激光雷达观测的珠海近地面与边界层上部臭氧污染成因研究

利用差分吸收臭氧激光雷达、多普勒风廓线激光雷达,研究了2019年11月在广东珠海出现的一次典型臭氧污染过程前后期的时空分布特征,以及水平风向风速及垂直风速对近地面与边界层上部臭氧浓度变化的影响.结果表明：2019年11月13日的臭氧污染以低风速条件下 臭氧局地生成为主;2019年11月14日的臭氧污染以夜间残留悬空臭氧向下输送叠加地面生成为主.入夜后若近地面水平风速较小,则不利于近地面臭氧清除,地面臭氧浓度下降缓慢.若夜间边界层内存在上升气流,则有利于悬空臭氧残留的维持;若日间边界层内出现下沉气流, 则会导致残留悬空臭氧沉降,进而与新生成的臭氧叠加,加剧地面臭氧污染.污染过程中,若水平风速上升,边界层上部臭氧浓度下降不如 低层明显;若水平风速下降,边界层上部臭氧浓度上升响应也较为迟缓.     

沧州近地面臭氧浓度与气象条件关系

利用2013—2018年沧州市臭氧监测数据和气象数据,运用相关和百分位阈值法,分析了沧州市臭氧污染特征及气象因子对臭氧污染的影响。结果表明:沧州市臭氧浓度呈现明显的季节变化特征,春季和夏季最高;臭氧超标日数也集中在春夏季,臭氧浓度和超标日数均呈逐年增加趋势;在所有气象因子中气温与臭氧相关性最强,较高的气温是沧州市臭氧发生的必要条件,气温越高越容易导致高浓度的臭氧污染;绝大多数情况下,臭氧浓度与相对湿度呈负相关关系;降水量级及降水性质都会对臭氧浓度造成明显影响;风向与风速影响臭氧污染物的水平传输和垂直扩散,冬春季影响明显;春季臭氧浓度的增加与风速增大导致的混合层高度增加有重要的关系;颗粒物通过影响到达近地面的气象要素间接影响臭氧浓度。沧州地区臭氧超标日的出现伴随着一系列气象条件的共同改变,包括晴天少雨、混合层高度增加、风速增大、相对湿度降低及气温升高等气象特征,污染结束则伴随着相反的气象变化。     

2014—2016年四川盆地重污染大气环流形势特征分析

利用2014—2016年四川盆地7个主要城市国家环境空气监测子站资料,结合2015—2016年MICAPS常规气象数据、NECP和ERA Interim再分析资料,统计分析四川盆地细颗粒物（PM_2.5）浓度时间分布特征及重污染期间的气象要素和环流背景.结果发现,2014—2016年四川盆地大气重污染主要发生在冬季,重污染日数分别为41、30和16 d,呈逐年降低的趋势.大气重污染期间,温度廓线出现多层逆温,逆温层大多出现在近地面925 hPa以下和700~600 hPa之间.四川盆地大气重污染主要对应两种环流形势,一种为500 hPa高空盛行西风气流,850 hPa高空等值线稀疏,另一种为四川盆地受到500 hPa高空槽后西北气流控制,地面为弱高压.以上两种环流形势下,四川盆地850 hPa高空附近气压梯度小,污染物不易扩散,导致重污染天气发生.本研究结论可为四川盆地大气重污染预报预警提供科学依据.     

成都平原城市群春季臭氧污染天气客观分型与典型过程分析

通过分析成都平原城市群8个城市2015—2019年春季（4—5月）地面臭氧浓度及超标情况表明,春季成都平原平均臭氧日最大8小时平均浓度（O₃_8 h）呈上升趋势,成都、眉山O₃超标日较多,雅安最少但呈逐年增加趋势,资阳、乐山O₃_8 h平均值和O₃超标率高于夏季.同时,利用ERA-Interim再分析资料和PCT客观天气分型方法,对近5年春季成都平原及周边海平面气压场、700 hPa和500 hPa的位势高度场进行客观分型研究以揭示重污染期间高低空天气型配置,并分析天气系统及气象要素与臭氧污染的关系.结果表明：①成都平原春季容易发生O₃污染的地面天气形势为低压场和均压场,气象特征表现为高温低湿、强辐射、小风、混合层较高、有弱的辐合运动,该天气型下成都市平均O₃_8 h达140 μg·m^-3.②700 hPa臭氧污染天气形势为南支槽和高原低涡型,500 hPa为南支槽和平直纬向型.高空为南支槽的环流形势下,地面均压和低压场的占比超过六成.污染较重的月或年份,地面、700 hPa和500 hPa污染天气型占比均较高.③对近5年春季成都平原持续O₃污染过程分析发现,污染前期,成都平原处于地面高压后部或均压场中,随着700 hPa低值系统东移,其前部暖平流和正涡度平流的输送,促使平原地区整层大气增温及地面天气型由均压场向低压场转变.④污染过程中,500 hPa高空气流受高原-盆地地形的作用发生下沉,与地面低压场的辐合上升运动促进了低层局地环流的形成,这一方面限制了污染物向高层的扩散,另一方面造成边界层内O₃的下传,加重成都平原O₃污染的程度.     

广州地区灰霾与清洁天气变化特征及影响因素分析

利用2006~2010年广州气象站逐时地面风场、湿度、能见度观测资料和2006~2009年珠江三角洲其他33个地面观测站风场观测资料,通过对灰霾与清洁天气过程的风速风向进行统计分析与矢量和分析,研究了广州地区灰霾与清洁天气过程的变化特征及影响因素.结果表明:灰霾天气过程在干季发生较频繁,主导风向为东南及东南偏南风,风速一般在1.5m/s以下,静风频率大于多年静风频率;灰霾天气过程风矢量和较小,扩散条件较差.清洁天气过程主要出现在湿季,风速普遍较大且主导风为东南及东南偏南风,干季也可以出现清洁天气过程,主要为较强的北风及偏北风;清洁天气过程风矢量和较大,有较强的平流输送.     

南京地区近地面臭氧浓度与气象条件关系研究

通过分析2013—2015年南京地区相关气象要素对近地面臭氧浓度的影响,建立了用于不同季节高浓度臭氧污染事件的预报预警模型,并归纳总结了南京地区高浓度臭氧出现的天气形势.结果表明,近地面臭氧浓度的变化与气象要素密切相关,气温、能见度、日照小时、总(净)辐射辐照度等要素与O_3浓度呈显著正相关,与相对湿度、总(低)云量呈负相关.高浓度臭氧污染是多因子综合作用的结果,典型气象条件表现为:太阳辐射强,低云量少,相对湿度适宜,地面小风速及特定的风向.通过定义高浓度臭氧潜势指数HOPI和风向指数WDI,并综合考虑14:00地面气温、相对湿度及8:00各标准层的相关气象要素,建立了逐季节多指标叠套的高浓度臭氧预报方程.采用2016年资料对其进行检验,发现预报值与观测值的相关系数分别达0.72(冬季)、0.76(春季)和0.73(夏季),说明方程具有较好的拟合效果和可预报性.通过普查历史天气图,归纳了伴随南京地区高浓度臭氧事件出现的8种主要天气形势,即高压类(高压中心G0、高压后部G1)、低压类(低压底部D0、低压前部D1、低压倒槽D2)、均压类(高压相关的均压JG、低压相关的均压JD、其它均压J).其中,以高压后部地面形势出现概率最大,低压前部均压场出现时对应臭氧平均浓度最高.     

佛山臭氧浓度预报方程的建立与应用

臭氧作为大气中的二次污染物,其形成和变化复杂,臭氧预报更是当下空气污染治理的难题之一.通过分析2014~2017年佛山地区近地面O₃浓度与高低层气象要素的关系,建立了佛山O₃浓度预报方程,并进行了检验和应用.结果表明,佛山近地面O₃的变化与高低层气象要素关系密切,气温和日照时数等气象要素与O₃浓度呈显著正相关,相对湿度、总（低）云量和风速等与其呈负相关;高浓度O₃污染发生的气象条件为小风速、晴间少云、低相对湿度、较长的日照时间和较高的温度,高浓度O₃潜势指数（HOPI）和风向指数（WDI）的定义可以较好地衡量O₃污染气象条件的好坏;综合考虑HOPI和不同高度WDI等13种气象要素,采用多指标叠套和多元逐步回归建立了佛山地区臭氧浓度预报方程;利用2018年资料检验发现,模拟值与实测值二者的相关系数R可达0.82,预报方程具有良好的拟合效果和可预报性.     

气象条件对深圳近地面臭氧浓度的影响分析

以深圳近地面臭氧浓度和气象条件为研究对象,分析了深圳臭氧污染与气温、相对湿度、风速、气团轨迹等气象因素关系。结果表明,深圳臭氧污染与气象要素密切相关,一般在气温高于24℃,相对湿度在55%~85%,日平均风速低于2m/s,受到偏北气团影响时,深圳易出现臭氧污染。