CLDAS陆面融合实况数据对天津雾和霾判识的准确性分析

雾和霾是危害人类健康和影响社会经济发展的灾害天气，精细化的实况资料能够在雾和霾的防治中发挥重要作用。利用2017年12月1日至2020年11月30日天津及其周边地区国家气象观测站资料、Himawari-8卫星L1级全圆盘观测数据和L3级气溶胶光学厚度产品，分析了中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）能见度和相对湿度融合实况分析产品判识天津地区雾、轻雾和霾的准确性。结果表明：与台站资料相比，CLDAS产品对轻雾、雾和霾的平均检出率分别为90.4%、84.2%和78.8%;CLDAS产品对轻雾的逐月检出率为81.1%～96.4%，雾和霾出现较多的月份，其检出率均在80.0%左右。个例分析表明CLDAS产品判识的雾、轻雾和霾与台站观测结果以及Himawari-8卫星反演检测结果基本一致。CLDAS产品未正确判识雾、轻雾和霾的情况主要表现为雾误判为轻雾（各站为3.8%～21.4%）和霾漏判（各站为8.6%～25.0%）。当台站水平能见度在区间[0,0.75 km）时，CLDAS能见度的误差主要导致雾误判为轻雾；在区间[0.7...     

长沙地区30a霾观测记录的分析

利用长沙、浏阳、宁乡3站1981-2010年30 a霾观测记录,按照相对湿度判识标准订正霾日数,进行两种判识标准对比分析,给出三站记录偏差,结果表明:台站按照《规范》对霾观测记录有很大的不确定性,两种判识标准记录的霾日数相差较大,订正前后年平均偏差率宁乡38.8％、长沙52.5％、浏阳64.6％,月平均偏差率宁乡48.3％、长沙56.65％、浏阳68.0％;霾最多出现在12月,其次是1月、11月,最少出现在7月,次少在6月和8月.为使霾观测记录更趋完整、连续和合理、为霾观测及其资料应用提供重要依据,必须对历史资料序列订正.24h定时观测、使用能见度观测仪与大气气溶胶浓度观测数据相结合判识霾,是确保霾记录真实可靠最有效的办法.     

天津雾和霾自动观测与人工观测的对比评估

为适应地面气象观测业务调整方向,提高新型自动气象站观测资料的质量及可用性,研究中对天津地区10个地面气象站1951—2014年历年2月人工观测及2014年2月自动观测和人工观测的轻雾、雾、霾现象进行对比评估。结果表明:天津地区历年2月轻雾的平均日数为10 d,雾和霾均为2 d,轻雾和霾同期出现的日数占有天气现象的7.4%,而雾和霾同期出现日数仅占0.7%;平行观测期的对比分析得到人工观测轻雾日数比自动观测多11 d,雾日数和霾日数均比自动观测少6 d,其中,轻雾和雾的判别差异集中出现在每日08:00(北京时,下同),霾则基本出现在每日08:00,14:00,17:00,20:00;通过对比自动观测和人工观测的能见度数据发现,二者相对偏差达25.1%,能见度小于15.0 km时,自动观测的能见度有60%~76%数值偏小,特别是08:00和20:00, 因此,在相对湿度满足条件的情况下,能见度的判别误差是导致自动观测与人工观测轻雾、雾、霾现象判别差异的重要原因。     

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。     

基于自动观测资料的浙江省霾日判识指标研究

基于逐小时自动观测资料,综合考虑能见度、相对湿度和PM_(2.5)浓度的变化及其持续时间,拟定四种方案来判识霾日,从而对浙江省近两年的霾日进行回算。结果对比分析表明:综合考虑能见度、相对湿度、PM_(2.5)及持续时间的判识方法是可行的,得到的霾日数在合理范围内,能较好的反映霾天气的空间分布、日变化、季节变化和污染天气发生的状况;相对湿度条件的不同使得夜间霾次数波动较大,从排除弱降水和轻雾影响的角度来看,相对湿度阈值定为小于90%更为合理。     

一次低能见度事件中大气颗粒物的微物理特征

利用合肥地区高时间分辨率观测资料对2013年1月13-15日一次低能见度事件中大气颗粒物变化进行分析,依据能见度、相对湿度和PM2.5浓度将过程划分为轻雾、霾、雾3个阶段,进而研究不同阶段大气颗粒物的微物理特征。结果表明：这次低能见度事件经历了“轻雾—霾—轻雾—雾—轻雾—雾—轻雾”的阶段转换过程。整个过程PM2.5/PM10和PM1/PM2.5与能见度呈负相关关系,雾阶段PM2.5/PM10大,细颗粒物积聚程度较快;而轻雾和霾阶段PM2.5/PM10小且离散程度大,粗颗粒物生成速度较快。不同阶段的颗粒物谱分布存在较大差异,轻雾和霾阶段的细颗粒物数浓度、表面积浓度和体积浓度谱形相似;雾阶段对不同粒径尺度的颗粒物数浓度、表面积浓度和体积浓度均有沉降作用,雾过程持续时间越长,对颗粒物的沉降作用越强。     

霾与轻雾的区别及观测记录的讨论

利用望谟站2003年部分地面气象观测记录资料分析霾与轻雾的区别,并讨论了两者的观测记录,以期引起同行重视,制定一个统一的霾与轻雾的区分标准。     

识别视程障碍现象中的几个问题

1引言关于轻雾、霾、浮尘、烟幕等天气现象的识别,多年积累了一定的经验。但是在遇到某些复杂情况时应当如何辨别和记录,仍有不少争议。主要有以下3点:轻雾和霾是否可利用相对湿度大小作为区别的主要依据;轻雾和霾能否互相转换,交替出现;轻雾、霾和烟雾等能否同时存在,同时记录。本地区虽同时出现次数不多,但观测员对出现时的正确识别要重视。     

自动与人工观测霾日、雾日序列连续性分析

由原始观测数据统计显示,2014年全国雾霾(包括雾、轻雾和霾)日数偏高,尤其霾日数是2000-2013年均值的4.2倍。依据2014年雾霾现象保留人工观测或采用自动观测,将全国2 400余个国家站分为人工站和自动站,分别就两类站2014年雾霾现象日数与其历史序列进行了对比分析。结果表明,人工站2014年平均雾霾日数与其2000年以来平均状况及2013年平均雾霾日数接近;而自动站2014年平均雾霾日数明显偏高,成为2000年以来之最,且明显高于2013年统计结果。通过对比分析自动与人工观测方法表明,雾霾现象自动观测采用瞬间观测记录,是造成2014年全国雾霾日数异常偏高的主要原因。基于霾现象持续性特征,针对自动观测霾数据,研究确定了1天至少6个连续时次"现在天气现象"有霾记录,"连续天气现象"方记霾现象的订正方法。统计结果表明,订正前全国2014年平均霾日数为59天,而订正后下降为31天,基本与2013年持平。进一步分析表明,2000年以来我国霾发生频率呈增加趋势,尤其2013年和2014年,霾发生频率成为2000年以来之最。     

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。     

安徽省雾、霾、晴空天气的气象条件对比分析

使用2008~2012年逐日地面观测资料,揭示了安徽不同地区雾、霾、晴空天气气象条件的差异,指出不同地区要根据本地特点建立雾、霾预报指标和预报方法。3类天气差异最大的地面气象要素是能见度和相对湿度。根据3种天气前一日和当日能见度和相对湿度分布特征,全省站点可以分为3类:1)从雾、霾到晴空,能见度递增、相对湿度递减,且差异显著,如合肥站;2)雾、霾天的能见度和相对湿度均很接近,但与晴空天差别较大,如阜阳站;3)能见度在雾、霾天无明显差别,但相对湿度在雾、霾天差异显著,如安庆站。地级市测站雾后即霾的可能性较大(大于50%),县城测站雾后即霾的可能性较低(低于25%)。垂直方向,雾时相对湿度随高度下降很快,850 h Pa中位值已降到20%(安庆)和45%(阜阳)以下,霾时相对湿度随高度下降缓慢,850 h Pa中位值仍在60%左右;另外,霾天边界层中上部风切变较小,雾天和晴空天边界层中上部都存在较大的风切变。     

一次持续性雾霾天气过程的阶段性特征及影响因子分析

应用常规与非常规气象观测资料及PM2.5浓度监测资料,对2013年1月20~24日山西区域一次持续性雾霾天气过程进行分析。研究发现：（1）本次雾霾天气过程具有明显的阶段性特征。2013年1月20日14时至23日11时,由于相对湿度的变化导致了3次轻雾转大雾过程;23日14~20时,由于PM2.5浓度的增大经历了1次轻雾转霾的天气过程。（2）地面弱的气压场和较小的风速以及PM2.5浓度的上升和相对湿度的增大为本次持续性雾霾天气过程的形成和发展提供了有利条件。（3）边界层逆温的存在是雾霾低能见度过程形成的必要条件,边界层有逆温层而不出现雾霾天气的条件是：相对湿度〈50%,PM2.5日均值浓度〈75μg·m-3;逆温层下相对湿度的大小是区别雾和霾天气的指标。（4）相对湿度和PM2.5是决定能见度大小的关键因子,其对能见度的影响体现出明显的阶段性特征,当相对湿度〈90%时,PM2.5浓度对能见度的作用强于相对湿度,是影响能见度变化的主要因子,但随着相对湿度的增大,其对能见度的影响相对增强,当能见度降至1 km以下时,相对湿度成为影响能见度变化的主要因子。     

1981—2013年四川省视程障碍类天气现象分析

利用四川省1981—2013年雾、轻雾、吹雪、雪暴、烟幕、霾、沙尘暴、扬沙和浮尘9种视程障碍天气现象资料,对其发生日数、发生概率和分布特征进行统计。结果表明:(1)各天气现象发生日数排序为:轻雾>雾>浮尘>霾>烟幕>扬沙>沙尘暴>吹雪>雪暴。(2)轻雾和雾年发生日数为分别为176d/a和29d/a,日发生概率分别为48%和8%,远高出其他天气现象。(3)季节变化方面,雾和轻雾主要出现在秋季和冬季;霾、吹雪和雪暴集中出现在冬季;浮尘发生春季;扬沙多发生在冬季和春季;而沙尘暴、烟幕主要发生在春季和秋季。(4)变化趋势上轻雾基本保持平稳;烟幕呈增加趋势;而雾、霾、沙尘暴、扬沙和浮尘呈下降趋势。(5)大气层结稳定、水汽充足、风速较小、人口集中和排放量较大,易于盆地雾、轻雾、霾和烟幕的形成;不合理利用水和土地资源,北方地区沙尘天气随冷空气南下,是沙尘天气发生的重要原因;而吹雪和雪暴均发生在冬季降雪量大且风速较大的川西高原。     

合肥市不同天气条件下大气气溶胶粒子理化特征分析

为探讨合肥市霾天气大气气溶胶粒子的组成及来源,在2012-2013年代表性月份用安德森分级采样器在合肥市区进行大气气溶胶粒子采样,并分析各样本中水溶性无机离子成分(NH4+、Mg2+、Ca2+、Na+、 K+、NO2-、NO3-、Cl-、SO42-)。根据同期气象资料把采样背景天气分为晴空、雾、霾、轻雾等4类,详细分析了这4种天气下大气细粒子(指PM2.1)和粗粒子(粒径大于2.1 μm部分)的浓度、组成以及主要离子组分的异同。结果表明:(1)观测期间晴空天多对应空气质量优良,雾、霾天对应轻度到重度污染,从晴空天到雾、霾天,PM2.1浓度大幅度上升,且其占总悬浮颗粒物(TSP)的比例显著上升。(2)从晴空天到雾、霾天,水溶性无机离子质量占PM2.1质量浓度的比例上升,分别为46%(晴空)、67%(霾)、61%(雾)、80%(轻雾)。PM2.1中水溶性无机离子浓度居前3位的雾、霾天是SO42-、NO3-和NH4+,晴空天为SO42-、Ca2+、NO3-。(3)与晴空天相比,霾天PM2.1中水溶性无机离子浓度变化倍数最大的是NO3-(为晴空的6.1倍,下同)、其次是NH4+(3.6倍)和SO42-(3.0倍);雾和轻雾天PM2.1中水溶性无机离子浓度变化最大的是NO3-(>10倍)、其次是NH4+(>5倍)和Cl-(>4.0倍)。(4)4种天气下,与人为污染有关的离子(SO42-、NO3-、Cl-、NH4+)尺度谱存在显著差异,呈双峰型、单峰型、三峰型等;而Ca2+的尺度谱无明显变化,基本上都呈双峰型。(5)在粒径3.3 μm以下,阳、阴离子平衡较好,随着尺度增大变差,且晴空天比雾、霾天差。主要阴离子浓度间、Cl-和Na+间的比值和相关性,在晴空天和雾、霾天差异较大。      

廊坊市雾的气象条件及预报预警技术

利用1971-2000年冀中滨海平原区廊坊市雾数据、地面气象数据、冀中东部地区雾资料及国家气象中心历史高空数据、MICAPS数据,归纳了廊坊市雾及浓雾的气候特征,计算、分析了廊坊市雾及浓雾的气象条件与预报流程。结果表明：雾及浓雾是廊坊市秋冬季节最频繁的一类灾害性天气,浓雾越浓,灾害性影响特征越显著;在利于雾及浓雾形成的大气环流形势下,地面偏南偏东的微风小于等于3 m.s^-1、相对湿度大于等于50%、6 h气压差绝对值小于等于3.0 hPa及大气层结稳定,尤其1000-925 hPa存在明显逆温层是廊坊市雾及浓雾预报预警的重要参考指标;利用VB等计算机语言实现雾及浓雾的自动化初步识别;进一步探讨了冀中滨海平原区廊坊市雾及浓雾的预报预警发布技术,为廊坊市雾及浓雾的预报预警及服务提供了科学依据。     

基于激光云高仪的雾霾光学特性研究

利用2016年10月~2017年2月激光云高仪资料，分析了霾、雾、轻霾、轻雾、晴空等天气后向散射强度廓线特征，通过统计各高度层后向散射强度、后向散射强度垂直梯度的概率分布，分析了多种天气的气溶胶光学特性。结果表明：雾天气后向散射强度较霾天气大，雾厚度一般不超过300m。霾天气后向散射强度随着高度的增加减小缓慢，霾的厚度大于500m。与雾和轻雾相比，霾和轻霾天气垂直梯度绝对值取小值的概率较大。雾和轻雾天气400m高度以上垂直梯度绝对值较小，400m高度以下数值较大。由于霾区内粒子分布较均匀，雾区粒子分布起伏明显，雾区内后向散射强度忽大忽小，所以雾天气垂直梯度绝对值出现大值的概率较霾天气高。     

沈阳地区大雾天气的UPS订正预报方法

选用2005-2009年沈阳地区5个气象站点的气象资料,总结了沈阳地区雾天的时空分布规律.沈阳地区一年中近一半的时间出现轻雾,大雾年平均16.4天;轻雾和大雾的季节分布都呈夏、秋季多,春季少的态势;大雾多发时段在清晨.在数值预报的基础上,利用UPS预报方法,进一步做出大雾天气订正预报,建立沈阳地区大雾天气UPS订正预报方法.当数值预报有大雾时,如T-Txover（最高气温出现时段温度露点差）≤5℃则可预报有大雾,当-4℃＜T-Txover≤5℃时可预报未来会出现能见度小于等于500 m的浓雾;如T-Txover≤-4℃则预报未来会出现能见度小于等于200m的强浓雾.如T-Txover＞5℃则有暖湿平流时预报有大雾,无暖湿平流时预报不会出现大雾.     

江苏省雾霾天气特征分析

根据2007年1月—2013年12月江苏省国家基准气候站的逐日地面观测资料,分析了江苏省雾、霾日数的气候变化特征以及霾天气发生时的主要气象要素场特征。结果表明:(1)雾日数分布从江苏省东部向西部逐渐减少,霾分布由南向北逐渐递减。(2)年际变化上,雾日数呈现一定的波动,霾日数逐年增长。秋、冬两季雾日数较多;霾日数在夏季最少。雾、霾天气分别在08时和14时发生次数最多。(3)淮安中度霾居多,微风、高湿情况下霾发生概率最高,不同季节风向分布不同。(4)风速与能见度成正相关关系,春、夏季的相关性较差,秋、冬季相关性相对较好。能见度与相对湿度春、冬两季两者之间呈明显的线性负相关,而夏、秋季拟合曲线呈非线性负相关。