太原地区灰霾天气特征及影响因子分析

利用2008~2012年太原常规地面气象观测资料、高空探测资料和大气污染物观测资料,对主要天气形势、典型气象要素以及空气污染状况下灰霾天气特征及形成机制进行了综合分析。结果表明:1)太原地区灰霾出现频率存在明显的季节变化,冬半年灰霾出现天数占全年的65.7%;一天中08:00(北京时间,下同)至13:00发生灰霾的频率较高。2)霾日静风频率较高,主导风向为偏东南风;重度灰霾天气出现时相对湿度较高。3)霾日的大气稳定度主要表现为稳定类;霾日平均混合层高度比非霾日低约100 m;08:00逆温出现次数高于20:00,霾时平均逆温强度和厚度高于非霾时。4)高压类型天气形势对灰霾的产生有重要影响,低压天气形势下较少出现灰霾天气。5)可吸入颗粒物、SO2和NO2浓度在非霾日比霾日分别下降32.6%、48.6%、21.7%;随着灰霾等级的增加,SO2和可吸入颗粒物的浓度有显著的增加。6)灰霾天气下到达地面的太阳辐射强度明显减弱,日照时数明显减少。     

基于自动站资料的灰霾观测判据研讨

针对当前有较大争议的灰霾观测中两个判据(能见度和相对湿度)的阈值选取问题,对嘉兴市2007—2009年人工观测灰霾记录,观测站能见度自动仪及相对湿度等资料以及2007—2009年环保部门空气污染指数、周边地市霾日进行了对比分析,对人工观测灰霾日数的合理性进行探讨;并进一步根据同年份能见度自动仪资料及相对湿度自动站资料,调试不同的阈值,将得出的灰霾天数与人工观测值再次进行对比,最终提出一个适用于本地实际的灰霾日观测判据,并指出经过订正后的自动站资料可替代人工观测值用于霾雾的辨析。     

江西省霾天气气候特征及其与气象条件的关系

利用1980-2011年江西83个常规站和南昌、赣州2个探空站的观测资料,对江西霾的气候特征及其与气象条件的关系进行了分析。结果表明：近32 a来江西霾日总体呈上升趋势;霾日的季节、年际和年代际变化明显,秋冬季多（12月最多）春夏季少（7月最少）,4 a左右和8 a左右的年际变化周期显著,年代际变化主要为15 a左右的变化周期;江西霾日空间分布不均,呈现中北部多,南部及山区少的分布形势。霾与地面风速、大气逆温、海平面气压、降雨量和相对湿度密切相关,低风速、大气逆温、高气压、高湿度和少降雨有利于霾天气的发生,反之,高风速、低气压、低湿度和多降雨不利于霾天气的发生。     

南京北郊2007年10～12月大气气溶胶吸收和散射特性的观测

通过对南京北郊2007年10～12月大气气溶胶吸收和散射系数的连续观测,分析了该地区大气气溶胶吸收和散射特性在不同天气状况下的演变规律.结果发现:霾日状况下大气气溶胶吸收和散射系数日变化剧烈,非霾日次之,雾日变化较稳定;在00时(北京时间,下同)至08时霾日气溶胶吸收和散射系数与雾日相差不大,而在08时至24时则雾日明显大于霾日;非霾日气溶胶吸收和散射系数最小;降水使得大气气溶胶吸收和散射系数明显降低.     

河北省霾日变化及成因

利用1981-2010年河北省142个气象站地面观测资料,按照霾的观测和预报等级行业标准,分析河北省霾日空间分布特征.以石家庄为例对多霾日成因进行探讨。结果表明：河北省霾日主要分布在太行山东麓地区,霾日高频次中心随时间范围在扩大,频次有增加趋势;典型代表站霾日随时间呈现增加、减少和平稳变化三种态势,单站间变化差异明显;河北省霾日主要以能见度大于5km轻微霾为主,代表站中度、重度霾日季节变化显著,64%以上出现在秋冬季节;霾的形成是多种因素综合作用的结果,区域分布主要与地理环境有关,气候上逆温层、风速、相对湿度、年降水日数与霾的形成有关,另外地方经济发展、人类社会活动对大气污染物的排放起到一定作用。     

东莞市辐射强度特征及影响因子

东莞观测站采用地面辐射基准站网(BSRN)通用的荷兰Kipp & Zonen设备,进行太阳短波辐射和地面、大气长波辐射观测。利用2010年8月—2011年7月的观测数据,用统计分析的方法,得到地面太阳短波辐射和地面、大气长波辐射强度的变化特征,并初步分析了影响辐射强度变化的因子。结果表明,东莞市各月的太阳总辐射平均值呈现单峰值变化,且夏季＞秋季＞春季＞冬季,短波辐射各分量的日变化也呈明显单峰型变化特征;长波辐射的日、月变化趋势较平缓;东莞市全年各月净辐射通量平均值均为正值。云是影响太阳辐射强度变化的显著因子,对直接辐射的衰减更明显,多云天气的总辐射、直接辐射全年平均衰减率分别为11%、34%,阴天总辐射、直接辐射全年平均衰减率分别达到47%、83%。大气透明度对短波辐射和长波辐射强度变化均产生影响,无霾日总辐射、直接辐射、反射辐射强度均比灰霾日强,而散射辐射则较弱,灰霾日的天空长波辐射及地面长波辐射强度稍强于无霾日。还探讨了总辐射观测值与理论值的差异,推测水汽对短波辐射的衰减是造成太阳短波辐射平衡存在差异的原因之一。      

大运会期间深圳重度灰霾天气特征及环流形势

针对第26届大学生运动会将于2011年8月在深圳市举办,利用常规气象观测资料和NCEP再分析资料,分析深圳8月份重度灰霾天气的分布特征、环流形势,以期为大运会期间天气服务保障提供科学依据。结果表明:8月是深圳一年中霾天气相对较少的月份;8月份深圳霾和重度灰霾天气均呈上升趋势;霾天气造成能见度明显下降,重度灰霾日平均能见度仅4 km,08:00～14:00是重度灰霾最容易出现的时段;大运会期间重度灰霾天气影响概率较低,且持续时间低于6 h;深圳8月份重度灰霾天气主要发生在副热带高压控制、热带气旋型两种不同的环流形势下,其中热带气旋型是8月份造成深圳重度灰霾天气的主要形势。     

1961-2012年江苏省霾日时空变化特征及影响因素分析

利用1961—2012年江苏省69个地面气象站观测资料和2012年苏州市大气气溶胶观测资料,在对霾日进行判识和筛选的基础上,分析江苏省霾日的时空变化特征及霾与气象条件和污染物的关系。结果表明：1961—2012年江苏省各站年总霾日数均呈上升趋势,85％的台站呈极显著上升趋势;江苏省年平均霾日数呈显著上升趋势,其中2011—2012年呈急剧上升趋势;1980年前霾日的空间分布差异不明显,1980年后,沿江和苏南地区为霾的高发区,东部沿海大部地区霾日较少。霾天气主要发生在冬季和春季,以12月和1月发生最多。降水少和风速小有利于霾天气的发生;除SO2外,PM10、PM2.5和NO2等污染物浓度随着霾等级的增加而增大,其中PM2.5浓度增大明显。     

陕西省冬季霾天气的背景环流与欧亚大陆积雪深度的联系

基于1980-2017年陕西省地面气象观测站观测资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料和日本JRA-55再分析陆地雪深资料,对1980-2016年陕西冬季霾日数的时空变化及可能原因进行了分析。根据陕西冬季霾日数偏多年与偏少年的高度场环流背景,研究了影响陕西省冬季霾日数的主要环流系统。对欧亚大陆积雪深度分布对于陕西省冬季霾日数的影响进行了探讨。研究表明:(1)乌拉尔山地区的500hPa高度场负(正)异常中心,是有利于陕西省冬季霾日数增多(减少)的大气背景环流,影响陕西省霾日数变化的海平面气压存在地中海地区与中亚至西伯利亚地区反位相变化的特征。(2)欧洲地区积雪深度增加(减小),会造成陕西省冬季霾日数的减少(增多)的气象条件。(3)欧亚大陆积雪深度分布与陕西省冬季霾日数的相关呈现欧洲地区与西伯利亚地区反位相的分布,冬季积雪深度指数与陕西省冬季霾日数相关大于0.41,积雪深度指数正(负)异常会造成乌拉山地区位势高度负(正)异常,不利于(有利于)冷空气向东亚移动,造成有利于陕西省冬季霾日数的增多(减少)的气象条件。     

银川市灰霾天气环流分析及预报思路

以2000—2009年416次银川市发生的灰霾天气为研究对象,利用同期NCEP逐日再分析海平面气压场、500hPa形势场资料,分析了银川市灰霾天气发生的变化特征及易产生灰霾天气的中层环流形势和地面气压场分布特征,给出了灰霾天气预报思路。分析发现：银川市灰霾天气平均每年发生近42d,最多可达61d;一年四季均有可能发生,且季节变化明显,秋冬季是灰霾和持续性灰霾天气易发季节,特别是每年的11～12月;灰霾天气多发生在环流形势相对稳定的背景下,当500hPa宁夏处于西北气流、平直西风气流、西南气流中,地面位于锋前暖区或气压梯度较小区域或锋面过境前后易出现灰霾天气,有时受暖高压脊控制也可以出现灰霾天气。在灰霾天气易发季节,当出现有利于发生灰霾天气的环流背景和地面气压场分布特征时,要综合分析大气环流形势演变、高低层系统配置状况、大气层结稳定状态和各种气象要素的变化,并结合卫星云图等观测资料来确定灰霾天气发生的可能性。     

再论都市霾与雾的区别

都市霾的出现有重要的空气质量指示意义，而雾或轻雾与特定的天气系统相联系。由于经济规模的迅速扩大和城市化进程的加快，都市霾现象或灰霾天气日趋严重，霾与雾的区分成为一个非常现实，又迫切需要解决的问题。东南沿海各省用相对湿度区分的标准普遍偏低，将大量霾记成了轻雾或雾。实际上近地层大气中每时每刻总是有霾存在的，而雾滴的存在是少见或罕见的；霾滴要想通过吸湿增长成为雾滴，必须有足够的过饱和度，能够越过过饱和驼峰才行，这在自然界并不容易。在非饱和条件下，不但非水溶性的霾不能转化成雾滴，即便是水溶性的霾粒子一般也不可能吸湿转化为雾滴。实测资料表明，出现雾时，极端最小相对湿度是91％，在相对湿度低于90％的情况下，没有观测到雾。降温是达到饱和形成雾滴的最主要、最重要的物理过程，在自然界中的霾滴通过吸湿过程增长成雾滴几乎不可能。历史上我国各级气象部门从来不存在以相对湿度70％界定轻雾与霾的补充规定。区分霾和雾，应该根据影响天气系统的变化，结合宏观特征的各种判据来确定。建议将相对湿度的阈值定为90％，作为区分轻雾与霾的辅助判据是合理的。     

霾与雾的区别和灰霾天气预警建议

霾与雾的区分是目前一个非常现实 ,又迫切需要解决的问题。而过去东南沿海各省不成文规定的用相对湿度区分的标准普遍偏低 ,区分霾和雾 ,应该根据影响天气系统的变化 ,结合各种判据来确定。考虑到近几年对气溶胶研究的新成果 ,大气中 0 .1μm以下的水溶性粒子主要是 (NH4) 2 SO4等组成的 ,>1μm的粒子主要是NaCl等组成的。这些物质的相变湿度大都在 80 %左右。建议将相对湿度<80 %时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化的天气现象确定为霾 ,相对湿度 >90 %时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化确定为雾 ,相对湿度介于 80～ 90 %之间时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾和雾的混合物共同造成的 ,但其主要成分应该是霾。建议尽快制定灰霾指数和预警办法 ,开展灰霾天气预测预报预警方法的研究和业务平台建设 ,拓展气象服务领域 ,使环境气象产品更好地为社会公众服务 ,为政府实行动态调控的环保措施的决策服务。     

再论相对湿度对区别都市霾与雾(轻雾)的意义

在都市,霾的出现有重要的空气质量指示意义。而雾或轻雾的记录,有明确的天气指示意义,与特定的天气系统相联系。由于经济规模的迅速扩大和城市化进程的加快,都市霾现象或者是灰霾天气日趋严重,霾与雾的区分成为一个非常现实,又迫切需要解决的问题。在全国气象系统的台站观测中,区分霾与雾(轻雾)的判据比较混乱,缺乏可比性,东南沿海各省不成文规定的用相对湿度区分的标准普遍偏低,将大量霾记成了轻雾或雾。实际上近地层大气中每时每刻总是有霾存在的,而雾滴的存在是少见或罕见的;霾滴要想通过吸湿增长成为雾滴,必须有足够的过饱和度,能够越过过饱和驼峰才行,这在自然界并不容易。在非饱和条件下,不但非水溶性的霾不能转化成雾滴,既便是水溶性的霾粒子一般也不可能吸湿转化为雾滴。实测资料表明出现雾时,极端最小相对湿度是91%,在相对湿度低于90%的情况下,没有观测到雾。降温是达到饱和形成雾滴的最主要、最重要的物理过程,在自然界中的霾滴通过吸湿过程增长成雾滴几乎不可能。历史上我国各级气象部门从来不存在以相对湿度70%界定轻雾与霾的补充规定,由于理解的问题,将大量霾记成了轻雾。区分霾和雾,应该根据影响天气系统的变化,结合宏观特征的各种判据来确定。建议将相对湿度的阈值定为90%,作为区分轻雾(雾)与霾的辅助判据是合理的。     

都市霾与雾的区分及粤港澳的灰霾天气观测预报预警标准

都市霾与雾的区分是迫切需要解决的问题。霾的出现有重要的空气质量指示意义,而雾的记录,有明确的天气指示意义。通常在平面时已达到饱和的水汽压,对相当于球面的云雾滴来讲就是未饱和的,云雾滴就会蒸发;在水汽条件不变时,云雾滴由于蒸发而变小,导致它的平衡水汽压升高,就更易蒸发掉。在不饱和大气中小于数μm的云雾滴必然蒸发,而且伴随着蒸发云雾滴尺度会进一步变小,导致曲率越来越大,蒸发速率越来越快。过去错误认为凝结核可以在低相对湿度(RH)情况下产生凝结生成雾滴的观点,是忽视了粒子曲率作用的结果,将实验室大颗粒(常常达mm量级)的吸湿性特征,延用至次μm粒子造成的。降温是达到饱和形成雾滴的重要物理过程,云雾是低温下饱和气块的可见标志。在云雾中必然存在凝结或凝华过程,因而必然伴随着潜热释放,这就使云雾内的温度高于环境,在云雾内必然盛行微弱的上升气流,不可能是下沉气流,这些宏观过程在霾层内是不存在的,因而成为识别雾与霾的重要的宏观动力条件。在对历史资料进行统计时,在排除降水、吹雪、雪暴、沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕等视程障碍现象的情况下,通过调试RH,使雾与轻雾反映自然的年际与年代际气候波动,而霾反映由于人类活动而引起的趋势性变化,其限值大体在90%左右,与美国和英国在讨论霾影响能见度(vis)的长期变化趋势中使用的限值RH<90%相同。20世纪80年代以来大幅增加的霾日,绝大部分是由于人类活动影响的气溶胶细粒子污染造成的。依据上述结果和以前的研究,给出了霾与雾区分的概念模型、霾与雾观测的标准和灰霾天气预警信号发布的标准,并介绍了相关的业务产品。     

北京雾与霾天气大气液态水含量和相对湿度层结特征分析

为了研究空气中的水汽层结变化对雾、霾生消的影响,对北京2011年10月至2012年2月雾、霾天气个例中能见度变化和地基微波辐射计观测的相对湿度及液态水含量资料进行分析,结果表明:大气总液态水含量时序图对预报雾、霾没有参考意义,无论是大气总液态水含量数值的大小,还是大气总液态水含量随时间的变化都不能预测雾、霾的生成与消散。但不同时刻大气液态水含量的廓线图对雾、霾天气的预报还是具有指示意义的,因为雾、霾生消前后大气液态水含量层结变化明显。进一步分析不同情况的雾、霾天气发现:雾、霾生消前后均无降水出现和先出大雾后降水的情况,即降水后消散的雾、霾天气,大气相对湿度的变化和液态水含量的变化主要集中在3 km以下;对于先降水后出大雾的情况,整层大气相对湿度的变化都很明显,液态水含量的变化主要在3~7 km之间。由于降水既可以增加近地面的空气湿度,又可以消耗空气中的水汽,因此降水既是大雾形成的有利条件,也是大雾消散的有利条件。有降水出现的大雾天气,有饱和层(空气相对湿度达到或接近100%),无降水出现的重霾天气,则没有饱和层,且整体相对湿度偏低。     

雾霾天气个例气象条件对比分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和L波段探空资料从环流形势、扩散条件和边界层特征3个方面对2013年两次雾、霾天气个例进行对比分析,结果表明:500hPa西北气流冷平流、地面弱风场、垂直速度呈弱上升-下沉的垂直分层特点和逆温是两次雾、霾天气出现和维持的共同特征。地面西北风、850hPa弱冷平流、近地层浅薄的接地逆温(100~200m)和湿层与霾天气对应,地面偏东风、850hPa暖平流、925hPa以下深厚的悬浮逆温(400m)和湿层与雾天气对应,霾过程较雾过程逆温强度强,上升运动高度高。消散时雾较霾下沉运动中心高度低,强度弱;霾消散时接地逆温特征变化不大,雾消散时悬浮逆温有底部抬升和大气稳定层结向中性层结转变的变化特征;但均有下沉气流接地、垂直风切变较强和高层低露点干空气下传到地面的特点。     

华北地区雾和霾天气环流特征聚类分析

根据2000~2013年华北地区72个地面观测站点的雾、霾日数资料挑选出华北地区出现雾、霾天气现象站数较多的40个样本,再利用这些样本同期的NCEP逐日再分析资料,对位势高度场进行聚类分析,结果表明华北地区发生雾或霾天气时的近地面环流形势可分别分为4类和5类。聚类结果揭示了雾和霾发生时大气环流具有不同的分型特征,只有弱高压型为雾、霾发生时的共有型,湿度场和冷暖平流输送在雾和霾天气发生时也存在显著差异。此外,在分析过程中发现同一天中存在雾、霾天气转换及同一时刻雾、霾共存的现象,本文也分析了这两种情形的环流形势特征,解释了其成因。     

北京及周边地区2013年1—3月PM2.5变化特征

2013年1—3月北京及周边地区雾、霾高发,气候特征异于常年。利用2013年1—3月北京及周边地区6个地面观测站观测资料,研究PM_2.5和黑碳 (BC) 的质量浓度、区域分布特征及气象要素的影响情况。结果表明:北京及周边地区PM_2.5污染呈区域性高值、污染局地积累以及由南向北输送的特征。北京上甸子站在雾、霾与清洁期间BC与PM_2.5质量浓度的比值分别为7.1%和10.3%,雾、霾期间低于清洁期间;而河北固城站在雾、霾与清洁期间BC与PM_2.5质量浓度的比值分别为17.5%和11.9%,雾、霾期间明显高于清洁期间。二者相反的比值特征反映在清洁的下游地区雾、霾过程中二次生成的气溶胶所占比例较污染的上游地区偏高。     

2015年济南地区雾霾天气过程大气物理量特征初步分析

文中对比分析了2015年29个雾、霾及雾霾混合天气过程中,章丘探空站L波段探空雷达和山东省气象局院内德国14通道地基微波辐射计观测的温度资料。对观测数据实施了质量控制,检验了精度和可信度,统计分析了宏观物理参量特征和日变化规律。针对雾、霾及雾霾天气过程各选取了一个个例进行分析,分析了大气中PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂、O₃、CO含量的变化情况,分析了相对湿度、液态水路径和综合水汽含量等的变化情况。结果表明:两种观测数据一致性较好,拟合优度高于0.97;贴地逆温层存在一定的季节变化,悬垂逆温层存在一定的差异,逆温层的变化、污染参量变化与雾霾的形成有密切关系;不同天气背景对大气物理参量有较大的影响,PM₁₀、AQI（空气质量指数）和CO均在相同时间段出现峰值,有明显的起伏;CO峰值雾霾天气中尤为明显,由早到晚随时间峰值逐渐增大,雾天和霾天峰值较小,雾霾天气明显大于雾天或霾天。