珠江三角洲典型灰霾天气过程和清洁过程近地层流场的EOF对比分析

利用广东省466个地面自动气象站资料、广州气象站常规气象资料及珠江三角洲4个主要城市的PM 10浓度等资料,通过矢量EOF方法,对选出的珠江三角洲典型灰霾天气过程(2004年1月4~10日)和清洁过程(2005年11月15~21日)的近地层流场进行对比分析。分析表明典型灰霾天气过程第二、三模态有非常明显的日变化特征,受局地中小尺度环流系统影响,污染物局限在当地,出现严重的灰霾天气;而清洁过程与强平流输送有关,主要受大尺度环流系统影响。     

河北省夏季空气污染过程气象条件

利用NCEP再分析格点资料、常规观测资料,统计分析了2005-2007年7-9月河北省典型的10次空气污染过程与气象要素、天气系统的关系。结果表明:河北省夏季典型污染过程的主要天气类型与冬季环流形式差别较大,可分为纬向型、低压槽前型、副热带高压外围型等;空气污染过程发生日多以雾、霾天气为主,05:00-08:00时(北京时)的能见度最小,地面观测资料的温度露点差(T-T_d)小于等于3℃;高空无明显的垂直运动或系统性弱下沉运动,近地层弱气压场、风场,不利于空气中污染物的扩散;近地层存在逆温,稳定的层结使空气污染得以持续;过程后期,因冷空气活动产生降水,空气污染减弱、结束。     

北京一次持续霾天气过程气象特征分析

2013年1月10-14日,北京平原地区出现了水平能见度在2 km以下、以PM_2.5为首要污染物、空气质量持续5 d维持在重度以上污染水平的霾天气。综合分析此次霾天气过程的天气形势、北京地区常规和加密气象资料以及城郊连续观测的PM_2.5浓度资料。结果表明：此霾过程期间,北京高空以平直纬向环流为主,受西北偏西气流控制,没有明显冷空气南下影响北京地区,地面多为不利于污染物扩散和稀释的弱气压场;大气层结稳定、风速小(日平均风速小于2 m·s^-1)、相对湿度较大（日平均相对湿度在70 %以上）、逆温频率高强度大,边界层内污染物的水平和垂直扩散能力差;北京城区及南部的京津冀地区人类活动排放污染物强度大,在相对稳定和高湿的天气背景下,受地形和城市局地环流的影响,北京本地污染物累积和区域污染物输送以及PM_2.5细粒子在高湿条件下的物理化学转化等过程共同作用造成此次北京城区及平原地区污染物浓度快速增长并持续偏高,高浓度PM_2.5对大气消光有显著影响,造成低能见度和持续霾天气。     

山东一次大范围持续性霾过程的气象条件分析

2016年12月30日至2017年1月8日，山东出现了以PM2.5为首要污染物、持续几天、大部地区重度以上污染的霾天气。基于多种实况观测资料和ERA Interim再分析资料，分析了此次过程天气背景和边界层特征等。结果发现：高空平直纬向环流、地面弱气压场、典型的静稳天气，有利于霾维持较长时间。此次过程期间有3次冷空气影响，冷空气的强度影响霾的变化，弱冷空气难以破坏近地层逆温结构，并会从上游向下输送污染物，有利于污染物的累积；较强冷空气带来较强的垂直运动，破坏了静稳天气形势，有利于污染物的扩散及清除。此次过程稳定层结形势下，边界层高度是一个对霾有指示意义的物理量。边界层高度和AQI的变化呈滞后负相关关系，边界层高度降低之后对应AQI指数升高。逆温层长时间的存在是此次霾持续的重要条件，另外由于地理原因东南风增湿和逆温层顶高度降低都会导致污染物浓度增大，使霾加重。     

南宁典型空气污染和清洁过程的近地层流场分析

利用广西地面自动气象站资料及南宁空气污染物浓度等资料,通过EOF和矢量和等方法,对选出的典型空气污染过程和清洁过程的近地层流场进行分析得出：典型污染过程大尺度系统较弱,受局地中小尺度环流系统影响,污染物局限在当地,出现严重的污染天气;而清洁过程大气对流活动较活跃,主要受大尺度环流系统影响;污染过程风矢量和较小,扩散条件较差;清洁过程风矢量和较大,利于污染物扩散.     

江苏盐城地区一次持续雾-霾天气过程的综合分析

2013年12月上旬江苏盐城地区出现了一次历史罕见的持续重度雾-霾天气,利用盐城市常规气象观测资料、NCEP再分析资料(1°×1°)及环境监测中心站的污染物浓度资料等,对此次过程的环流背景、气象要素、大气层结特征以及动力条件、污染情况等进行了综合性分析。结果发现:12月上旬中高层冷空气势力弱,以纬向环流为主;低层弱的水平风场为雾-霾的发生发展提供了有利的环流背景;稳定的层结特征,近地面高强度的贴地逆温和持续较低的混合层高度是此次雾-霾天气长时间维持的重要因素;边界层内弱正散度及负涡度是此次雾-霾天气得以维持发展的动力因子;通过后向轨迹分型和火点监测资料分析发现:污染物的长距离输送在此次重污染天气的形成过程中起到了一定作用。最后,文中建立了能见度和PM_(2.5)浓度、相对湿度的非线性回归方程,对能见度的预报效果较好,为实际业务应用中雾-霾的预报提供了有利的依据。     

江苏秋冬季重度霾的分型研究

利用常规观测资料、探空资料和NCEP再分析资料对江苏秋冬季重度霾的环流背景、边界层特征、热力条件、动力条件及气流轨迹进行了分析,探讨重度霾的形成机制。结果表明,2014年秋冬季纬向环流较常年显著增强,500 hPa转西北气流对重度霾缓解有6-12 h的提前指示意义。重度霾发生时的地面形势可分为3类:均压区型、冷锋前部型和低压倒槽型。东路冷空气驱霾效果优于西路冷空气。重度霾发生时主要是贴地逆温,风速在4 m/s以下,霾消散前一致转北风,日变化明显,下午霾常有所减轻。逆温强度方面,低压倒槽型强于西路冷锋前部型,强于均压区型;逆温持续时间方面,低压倒槽型长于西路冷锋前部型,长于均压区型;逆温厚度方面,3种类型基本相当;东路冷空气影响时逆温消失。不同类型逆温强度不同可能与925 hPa和近地面的风向风速、锋前升温及气团源地有关。逆温层多在300 m以下,逆温强度为1-5℃/(100 m),近地层有浅薄湿区,相对湿度为40%-90%。动力条件方面,低层辐合下沉区域霾常加重,并伴有明显气流停滞区,区域过程累积风矢量和很小,在100-500 m/s范围内,不利于污染物的水平扩散。冷锋前部型气流输送的气溶胶主要来源于西北-华北地区,低压倒槽型则主要来自华南,均压区型主要来源于本地。通过研究江苏秋冬季重度霾的天气特征得到了一些有意义的结果,可为今后预报提供更多参考依据。     

濮阳一次持续性雾霾天气的阶段性特征和维持机制

2018年11月23日至12月3日,华北平原出现了一次较长时间的雾霾天气。利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和污染物浓度资料,以河南省濮阳市为例,对此过程的大尺度环流背景场、边界层内气象要素特征、动力因素和污染状况等进行综合分析,分3个阶段探讨此过程形成的原因和维持机制。结果表明:(1)雾霾发生在高空纬向环流背景下,华北处于高压脊前西北气流中,频繁受下滑短波槽影响。(2)冷空气活动偏弱,中低层维持暖脊控制,使边界层内出现较强逆温,制约低层水汽和污染物的垂直扩散。(3)地面处于均压场或锋后弱冷高压控制,弱风条件不利于污染物的水平扩散。(4)前期大雾形成时,强逆温层在900 hPa以下的贴地高度,能见度很低,污染严重;中期霾严重时,较强逆温层上移至900—850 hPa,并出现双层逆温,能见度虽较好,污染仍然严重;后期的雾霾主要由高湿度环境中污染物聚集吸湿增长造成。(5)中低空弱的下沉气流及近地面辐合风场是雾霾天气得以发展维持的动力因子。     

北京2013年1月严重霾天气过程的气象成因分析

利用常规观测资料、地面自动站资料及NCEP 1°×1°分析资料,结合边界层散度场的诊断分析,探讨了北京2013年1月严重霾天气过程的环流特征和气象成因。主要结论如下: 1)500 hPa为偏西气流,冷空气活动弱,无明显冷平流,对流层低层850 hPa及其以下风速小、冷空气活动偏弱,是霾天气的显著特征。2)边界层存在逆温和大气层结稳定是霾发生的另一重要条件,逆温层不仅可出现在边界层,有时也出现在对流层低层850 hPa 附近。3)边界层存在弱辐合中心是霾形成的重要条件,特别是在区域性污染的情况下,边界层辐合可使霾因区域性污染物的输送汇聚而加重。4)偏东风对霾形成和加重具有重要作用,主要表现为风速一般较小,在边界层形成暖平流结构,易形成逆温,增加边界层相对湿度和维持边界层辐合,配合北京西部山地特殊地形,使污染物积累,最终通过增大污染物浓度及增大边界层相对湿度,造成大气水平能见度严重降低。5）1月10—14日霾天气过程主要是在边界层有弱辐合而相对湿度较低的条件下形成的,而27—31日过程主要发生在边界层相对湿度较高的条件下。     

2018年1月青岛市一次重度污染雾—霾天气成因分析

利用中国国家地面站逐小时气象观测资料、中国环境监测总站空气质量逐时监测数据、ECMWF 0.125°（纬度）×0.125°（经度）再分析资料及青岛市八关山自动站常规要素逐小时数据,对2018年1月15~22日青岛市一次重度污染雾—霾天气过程的特征及其影响因子进行分析。结果表明:PM10为首要污染物,污染过程中青岛市48 h 输入污染源前期主要为北方干冷气团与江淮湿空气在山东半岛北部汇聚堆积,后期则主要包括山东省内局地大气污染物排放。雾—霾期间,500 hPa中高纬地区受乌拉尔山阻塞高压和中西伯利亚冷低压控制,宽广的东亚横槽稳定维持,青岛上空以平直西风气流为主,地面等压线稀疏,风速小;随着横槽转竖,纬向型环流转为经向型,冷空气大举南下,风速急增,降雪发生,雾—霾迅速消散。在静稳的大气环流背景下,当近地逆温层内弱风或持续吹陆风,对流层低层上升和下沉运动较弱,水汽条件较好时,有利于雾—霾维持。综合分析雾—霾各阶段PM2.5浓度和相对湿度与能见度间的关系发现,霾阶段两因子影响力相当;雾阶段能见度主要受相对湿度的影响;静稳条件下PM2.5浓度累积增加是影响雾、霾混合阶段能见度的主要因子。     

北京市持续重污染天气分析

通过对2004-2008年北京市空气持续重污染过程的统计及其对非沙尘型持续重污染天气形势的特征分析,得到以下结论：持续重污染过程具有明显的季节分布特征,主要包括春季沙尘型污染和秋冬季节非沙尘型污染;非沙尘型持续重污染过程期间多对应着大雾、轻雾、霾、烟等低能见度天气,过程后期对应的天气现象多为大风或降水天气。其中大雾天气更易引发长时间持续的空气重污染事件。非沙尘型持续重污染的天气形势特点为：高空多为纬向环流,850 hPa多为暖脊控制,地面多处于弱气压场,鞍形场型污染尤为严重。北京持续重污染多对应区域性污染。     

2013年12月浙北北部两次重度霾过程的对比分析

使用NCEP FNL资料对2013年12月浙北北部两次重度霾过程进行分析,结果发现,两次过程均与冷空气影响有关,发生前存在大范围污染物的持续积累,都是本地排放积累和周边污染传输的综合影响结果。两次过程发生的气象背景不同： 4日过程因静稳天气影响所致,污染物主要来自本地和周边（江苏中东部）的传输积累;26日过程与冷空气影响关系密切,为冷空气前锋携带大量污染物快速南下影响所致,污染物主要来源于黄淮平原远距离输入。边界层逆温有利于增强并导致重度霾发生。风廓线资料显示,边界层偏北风影响至地面时,重度霾发生。1500 m高度以下风力持续低于4级,重度霾和雾发展并持续;边界层风力增大至6级,重度霾消散。静稳天气下,污染物浓度变化与本地活动关系密切,过程中PM颗粒物共出现3个浓度高峰,而冷空气影响下,仅出现单个浓度高峰。     

四川盆地南部一次持续性雾霾过程的特征及成因分析

本文利用常规气象资料、NCEP (1°×1°)再分析资料和环监站实时监测数据,分析了2017年12月四川盆地南部一次持续性雾霾的气象特征和增强机制。结果表明:(1)中高纬平直纬向环流、低层弱偏南偏东气流、地面均压场组成的静稳天气长时间维持为雾霾天气的形成和维持提供了有利的环流背景条件。(2)上干下湿、逆温明显的大气稳定层结,连续无降水、近地层高湿和较弱的风场提供有利的气象要素条件。(3)低层弱冷平流、上层暖平流促进稳定层结长时间维持和近地层水汽凝结作用加强,为雾霾天气的增强和持续起到了重要作用。(4)冷空气、降水,水平和垂直扩散能力增强是空气污染物浓度降低的重要条件。      

2016—2017年冬季华北地区一次重污染过程的气象条件分析

以华北地区为研究区域,利用地面监测数据、高空观测资料、NCEP FNL资料及HYSPLIT后向轨迹模式,对2016年12月26日至2017年1月9日该地区的雾霾天气过程进行综合分析。结果表明,雾霾期间高空以纬向环流为主,冷空气势力偏弱,主要受高压、弱高压或均压场控制,有利于华北地区静稳天气形成。同时,雾霾期间边界层平均高度约600~900 m,污染物浓度与边界层高度呈负相关,且污染物浓度变化较边界层高度变化存在滞后现象。逆温层的长期存在,不利于污染物垂直扩散,能见度一直维持在5 km以下。后向轨迹集合模拟与聚类分析表明,以北京地区为核心的华北地区雾霾天气期间,外来污染物中,80%来自西北方气团,20%来自河北西南地区气团。     

采暖期间区域气象条件与天津大气污染概率关系

利用2002～2005年11、12、1月冬季采暖期NCEP气象分析资料和同期日空气污染物监测资料,在开设的关键区、识别区内,分析区域污染气象特征,探讨区域气象条件对天津大气污染的影响.采暖期大气污染高发是与冬季的污染气候特征和气象条件密切相关的,区域污染环流特征、大气动力特征、热力条件对污染物的扩散、积累、输送有着重要的影响.当区域大气环流由北到西北气流向西到西南气流转换时,大气稳定度逐渐增加,区域大气扩散能力随之减弱,天津大气污染概率增大.另外,区域风速与天津污染的关系,在一定程度上反映了华北区域污染对天津污染的贡献.     

江苏秋季霾的年代际变化特征及其影响因素分析

利用1961-2010年江苏地级市气象站资料分析了近50年江苏秋季霾的年代际变化特征,并从气候背景的影响方面探讨其形成变化的特点:少霾期,大气环流以及水汽输送特征都有利于污染物的输送和稀释;而在调整期,气象条件有所调整,但不显著;在显著上升期,气候背景场对霾的发生起到十分积极的作用.另外,1961-2010年大气净化次数显著减少.海温与霾的年代际变化存在密切关系,当霾日数不断上升时,印度洋到南海海域的海温升高,引起低层风场的辐合,并通过类似于Hadley环流形式使得东亚同经度的中纬度地区低层辐散,利于水汽通道转换,进而有利于霾天气的发生.