空气污染对雾影响的研究进展

近几十年,随着城市化的加剧,空气污染已先后成为一些国家和地区面临的主要环境问题,空气污染已经对城市及周边雾的物理化学特征产生了显著的影响。雾的发生发展还受到局地和大尺度气象条件变化的影响,各因子综合作用导致不同国家和地区雾的变化较为复杂。对国内外关于雾和空气污染的关系研究进行了回顾,包括雾水化学组成及来源、雾水化学组成的形成机制、影响雾形成和变化主要因素分析。结果表明,能源结构和其使用方式、空气污染治理水平是决定城市及周边雾水化学组成及比例的主要因素;空气污染、城市化和气候变化是雾形成和长期变化的重要影响因子,诸因子通过改变宏观或微观的气象和环境条件而影响雾发生发展和长期变化,影响雾长期变化的物理化学机制值得深入研究。     

南宁城市能见度和雾的特征分析

利用南宁城市1980~2002年地面资料和探空资料,对能见度和雾的演变特征及其物理成因进行分析,结果表明:南宁城市夏季能见度明显好于冬季,这可能与冬夏季不同季节盛行风向不同,输送排放污染源地的差异以及不同季节天气气候条件相关。夏季南宁主要受大陆高压的控制,城市能见度高,雾日少,而在冬季,由于冷空气的频繁影响和南宁上空逆温层的存在,轻雾以上的日数增加,城市能见度也随之下降。近几年来,南宁的城市能见度呈下降趋势,轻雾以上的雾日数呈上升趋势,雾日的频数也随之增加,这可能与南宁城市下垫面的改变,局地气候的变化和人类活动等因子有着密切的关系。     

安徽沿长江东部春季一次大范围雾天气过程诊断分析

利用地面气象观测资料、高空探测资料、NCEP再分析资料、芜湖市边界层风廓线雷达资料和高速公路气象观测站资料,分析了2012年3月6日安徽省沿长江东部大范围雾天气过程形成的环流背景及雾生消的物理条件。结果表明：安徽沿江东部地区此次春季大范围雾的性质为辐射雾,雾发生时雾区上空为西到西南风为主,无明显冷空气影响,地面为高压控制的均压场,有利于雾的生成和维持。由雾生消的物理条件可知,近地面水汽条件较好和长波辐射降温造成的水汽凝结是此次大范围雾形成的重要原因。地面辐射降温形成的近地面逆温层有利于雾的维持,且随着近地面逆温层的抬升,雾层变厚并发展。低空的逆温层则形成稳定的层结,阻止水汽向上传输。近地面风速大小合适,风垂直切变小,低层有湍流,中层无明显上升运动,构成雾形成的有利动力条件;而湿层变厚又阻止了水汽向高层交换,有利于雾的生成和维持。日出后,太阳辐射增强,有利于雾发生和维持的地面辐射降温、逆温和动力条件逐渐消失,雾逐渐消散。     

京津塘高速公路秋冬雾气象要素与环流特征

利用京津塘高速公路2007年10—12月沿路自动气象站风、温、湿及能见度连续观测资料,结合气象台站地面观测及NCEP再分析资料,分析了雾过程中的大尺度环流背景及气象要素分布特征。分析表明局地路段类型雾天气主要出现在上层为下沉气流同时地面为弱气压场的环流条件下;全路段类型雾过程主要出现在对流层低层弱西风槽前的暖平流区、地面冷锋前弱气压场中。2007年10—12月各月雾发生时近地面温度范围分别为9～13℃,4～7℃和-6～1℃;近地面相对湿度一般大于90%。相对湿度为85%～90%时,也有500～1000 m低能见度天气发生。雾发生时近地面风向不定,风速一般小于2 m·s~(-1);当风速大于5 m·s~(-1)时,雾存在的概率极低。文中还给出了各路段雾生消时间、持续时段及雾天气出现次序的一般特征。     

一次局地强降水的中尺度特征

利用常规资料和ERA5再分析资料对2020年7月8日黑龙江省出现的一次局地强降水进行了中尺度特征分析。结果表明:该过程是由于暖区内低层暖平流强迫发生的,具有局地性强,降水强度大的特点;深厚的湿层和弱的垂直风切变为此次强降水提供有利的环境条件;超低空西南急流和中层干入侵造成的对流性不稳定促进的局地强降水的发生;在地面辐合线的触发下,高垂直液体含水量值的维持在雷达特征上形成了后向传播的“列车效应”。     

北京及其周边地区一次大雾的数值模拟及诊断分析

利用美国国家大气研究中心研制的第5代中尺度模式系统MM5对2002年12月1~4日北京及其周边地区出现的一次大雾进行了数值模拟研究,模拟的雾出现和消散时间与实况一致。同时对雾形成和维持的机制进行了分析,讨论了雾发生发展阶段的物理过程,并对影响大雾过程的辐射条件做了敏感性试验。结果表明:形成大雾的主要原因是大气层结稳定,水汽充沛,地面的长波辐射冷却;近地面层微物理过程充分发展和雾顶的强烈辐射降温致使雾在垂直空间上出现爆发性发展;而太阳短波辐射对雾的减弱消散有着重要影响;深厚逆温层的维持对雾层长时间维持起着决定性作用。     

城郊大气近地面层湍流特征的初步研究

本文对北京城郊近地面层的大气湍流特征做了初步的研究.结果表明,以局地稳定度参数z/L代替通常的Monin-Obukhov稳定度参数,对湍流的二阶矩以及谱和协谱的惯性副区特征而言,均匀近地面层湍流的相似理论可以推广到城郊近地面层湍流的情形,但谱和协谱的低频(含能区)特征发生显著的变化:含能区谱密度往往由许多尖峰构成;在某些低频范围上,湍流运动的垂直分量可能比水平分量强得多.在城郊近地面层中,湍流动能的产生与耗散基本上是平衡的.     

鄱阳湖地区复杂地表条件下一次强降水过程的近地面边界层特征

使用鄱阳湖北部70 m气象塔湍流和梯度观测数据,分析了2011年6月6日夜间一次暴雨过程中近地面边界层特征.结果表明,此次过程是在高空低槽和西南急流的天气背景下,受鄱阳湖复杂地表影响产生的局地性强降水.强降水发生前受东南暖平流影响,近地面边界层中水汽累积,不稳定性增加;强降水过程中,近地层感热、潜热通量迅速增加,同时,近地面层湍流动量通量下传和水平输送增加,鄱阳湖的水汽输送加强降水强度.另外,强降水过程中,近地面湍流动能迅速增大并达到最大值,而平均动能的增大发生在强降水结束后,表明地表作用明显,近地面边界层的湍流场为暴雨提供动力条件.尺度分析表明,强降水前,中尺度动量通量占主要地位,降水过程中湍流动量通量显著加强.     

地表利用城市化在一次极端高温过程数值模拟中的影响

地表种类的城市化对城市区域的热力结构和局地环流都会产生巨大的影响。利用地面、高空观测资料和MODIS地表覆盖资料,使用耦合城市冠层模式(UCM)的区域中尺度数值模式(WRF),对2013年8月8日福州地区的一次极端高温天气过程进行数值模拟,研究地表利用变化对福州城市热岛效应及其对福州城市区域局地环流的影响。结果表明:地表利用的城市化使得午后城市热岛现象更加明显而夜间热岛效应呈现出减小的趋势;地表利用城市化后,中心城区的近地面风速减小,但城区与山区以及城区与海洋之间的局地热力环流明显加强,促进了山谷风和海陆风环流的发展;同时地表加热效应增强,促进了垂直运动的发展。      

梧州市两次致洪暴雨诊断分析

利用南宁城市1980-2002年地面资料和探空资料，对能见度和雾的演变特征及其物理成因进行分析，结果表明：南宁城市夏季能见度明显好于冬季，这可能与冬夏季不同季节盛行风向不同，输送排放污染源地的差异以及不同季节天气气候条件相关。夏季南宁主要受大陆高压的控制，城市能见度高，雾日少，而在冬季，由于冷空气的频繁影响和南宁上空逆温层的存在，轻雾以上的日数增加，城市能见度也随之下降。近几年来，南宁的城市能见度呈下降趋势，轻雾以上的雾日数呈上升趋势，雾日的频数也随之增加，这可能与南宁城市下垫面的改变，局地气候的变化和人类活动等因子有着密切的关系。     

城市下垫面特性对辐射雾生消过程影响的数值研究

针对城市下垫面条件进行合理的参数设置,将城市影响引入辐射雾模式,并结合NCEP/ CFSv2(Climate Forecaset System Verison2)资料及常规气象观测资料,对2010年2月8日发生在上海宝山的一次辐射雾过程进行数值研究。结果表明:(1) 受城市地表影响,感热输送成为城市地表加热大气的主要方式;城市下垫面的湍流交换作用较强,近地面湍流交换系数最大可达2.0 m2/s;(2) 城市辐射雾的起雾高度比农村高,雾首先在32 m高度上形成,且雾顶可发展到150 m高度;上部雾形成的主要原因是长波辐射冷却引起的水汽凝结;而8 m以下气层雾形成的主要原因是重力沉降导致的含水量的累积。      

2017-11-15安徽颍上团雾天气特征分析及气象服务探讨

团雾是一种严重威胁公路交通安全的恶劣天气,因其具有较强的局地性、突发性特点,也是目前公路交通气象预报服务的难点之一。针对2017年11月15日发生在安徽阜阳滁新高速颍上段的团雾交通事故,利用颍上交通气象站、焦岗湖交通气象站与颍上气象站的逐10 min气温、相对湿度、风速、能见度监测数据,结合欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的分析场资料,分析了安徽颍上团雾交通事故发生地的局地环境特征和当日的天气特征及成因,探讨了高速公路团雾预报服务的不足和未来工作展望,为进一步做好团雾天气交通气象服务提供借鉴和参考。主要结论如下:此次团雾发生在辐射雾的天气形势背景下,夜间辐射降温幅度达5℃以上,为团雾发生提供了低温条件;团雾发生地地势低洼且临近水系,水汽输送通道流畅,水汽充足,黎明后底层空气湿度维持在85%以上,是团雾发生的诱因之一;日出后风力保持静风状态,空气流动性差,造成近地面层水汽聚集,是团雾发生的重要原因。     

0679香山局地大暴雨的中小尺度天气分析

利用Doppler雷达、地面自动站、Profile垂直风廓线及GPS水汽分布等多种新型探测资料, 对2006年7月9日夜间发生在北京西郊香山附近的局地大暴雨天气的影响系统和γ-中尺度强降雨落区形成的动力机理进行了精细分析。对雷达等本地多种探测资料的精细研究表明:地形辐合回波带是造成这次过程的主要影响系统。地形辐合回波带上中气旋回波块的滚动更迭是大暴雨落区形成的直接原因; 近地面辐合对大暴雨落区强降雨的发生具有重要作用。大暴雨落区形成阶段近地面3种辐合同时存在:平原东南风与山区偏北风风向切变辐合、平原东南风在山脉阻挡作用下的抬升辐合、大暴雨落区中心的γ-中尺度气旋性辐合。研究还表明:山前近地面地形辐合扰动, 向上传播, 引发边界层扰动的动力过程是香山大暴雨落区形成的主要动力源, 而来自东南方向近地面层的暖湿平流为大暴雨提供了有效的水汽和能量。     

用SA雷达产品对京西三次局地暴雨落区形成的精细分析

利用新一代Doppler雷达各种探测产品,对2006年6月底至7月上旬北京西郊香山、石景山、门头沟一带落区相同的三次局地暴雨和大暴雨过程,进行精细分析和研究.重点分析雷达探测产品对落区在同一地点形成的短时临近影响系统和指示意义.研究表明,发生在北京西郊山前、落区相同的三次局地暴雨和大暴雨,其雷达回波发展和演变形式各不相同.但三次过程强降雨前,近地面平原东南风和边界层偏西风的垂直风廓线结构在地形作用下对暴雨落区形成的影响是一致的:近乎与山脉垂直的平原近地面东南风长时间(6小时左右)维持,增加山前局地近地面温湿条件,并在北京西郊山脉阻挡下,形成山前近地面局地辐合和强迫抬升.山顶附近边界层的偏西风为近地面空气强迫抬升后在边界层的后卷辐散提供了有利条件.研究还显示,落区附近单体风暴、逆风区辐合带、中气旋等中小尺度回波系统的活动和发展,是暴雨落区形成的重要因素.     

天津城区大雾过程近地面层特征研究

地面倒槽、华北地形槽和地面弱高压是天津冬季雾日多见的地面气压系统。为了解雾事件在上述三种天气系统下近地面层气象要素的演变规律,利用天津市250m气象铁塔梯度观测和常规气象观测资料,分别选取2002、2003和2004年相应气压场下的雾个例,比较分析了冬季雾天近地面层结构及低层水汽分布特征。结果表明:(1)三种天气系统条件下,均存在近地层逆位温层结和增湿现象,近地面40m以下高度为弱风。(2)地面倒槽形势下的平流雾过程中,逆温层结稳定且厚达千米,近地层呈多层逆温或弱逆位温层结;80m以上,雾前风力较强,雾中风力较弱;低空各层水汽显著上升时间提前于起雾时间约15h,且日夜增速持续均匀,雾中呈现出逆湿特征,雾顶超过250m。(3)华北地形槽和地面弱高压下的辐射雾过程中,日落后近地面浅薄逆温层结生成并于05时(北京时间,下同)左右达最强,日出后减弱,于11时左右消散;仅夜间近地层水汽显著增加,且塔层250m逆温强度达到3.0℃时才开始出现,距起雾时间约2～9h;雾形成后,逆温层底抬升,雾体中逐渐演变呈不稳定层结;雾中呈现下湿上干特征,雾厚分别为80m和60m左右。(4)华北地形槽和地面弱高压下的风廓线演变规律有显著差异,即前者80m以上6m.s-1左右南风和北风呈规律性日变化转换特征,而后者250m低层大气恒为弱风控制。     

阎良机场雾的特征及其发生的气象条件

利用2000—2009年阎良机场地面气象观测资料,统计分析阎良机场雾的基本特征。结果发现:秋、冬季是阎良雾的多发季节,12月雾发生频率最高为19.6%;06时雾发生的频率最高为23.9%,10时雾消散的频率最高为16.0%。分析雾发生时地面气象要素的分布区间与雾发生频率之间的关系,结果表明:当地面为西风、风速为0～2m/s、相对湿度为80%～90%、近地面气温为0～6oC时雾的发生频率较高。     

局地相似性在近地面层大气中的一个应用

利用Ｕ．Ｈｏｇｓｔｒｏｍ教授提供的瑞典Ｕｐｐｓａｌａ大学气象系于１９８６年夏季在Ｕｐｐｓａｌａ市郊农田中观察到的近地面层大气资料，对近地面层大气的局地相似性进行了论证，并给出了一套相似性函数的经验常数。结果表明，局地相似性比Ｍｏｎｉｎ－Ｏｂｕｋｈｏｖ相似性更适合于描述复杂下垫面近地面层大气。     

雾的成因及其危害

雾是自然界的一种常见天气现象,它是由地表蒸发出来的水分子受冷空气影响凝聚而成的小水滴或冰晶汇集而成,其水平能见度在1000m以下。当水平能见度在50～200m之间时,称为浓雾。根据成因的不同,雾一般可分为辐射雾、平流雾、蒸汽雾、上坡雾、锋面雾等。陆地上最常见的是辐射雾。这种雾是空气因辐射冷却达到过饱和而形成的,主要发生在晴朗、微风、近地面、水汽比较充沛的夜间或早晨。这时,天空无云阻挡,地面热量迅速向外辐射出去,近地面层的空气温度迅速下降。如果空气中水汽较多,就会很快达到过饱和而凝结成雾。平流雾则是当温暖潮湿的空气流…     

鄂西山区一次早春局地强冰雹过程分析

利用常规的地面、高空形势图以及雷达观测资料,对2017年4月15日发生在湖北恩施山区的一次局地性强冰雹天气过程的成因进行了分析。结果表明:锋前地面暖低压的热效应,加强了地面辐合和不稳定能量的积聚,使上干冷下暖湿的不稳定层结更加明显,地面辐合线和中低层切变辐合区的存在,为风暴单体形成提供了良好的环境条件;在中尺度辐合线动力抬升作用下,低层辐合上升触发了对流不稳定能量的释放,加上山区"喇叭口"有利地形的抬升作用,更激发了强对流天气的发展;此次强对流天气过程中,表现出了多单体风暴此消彼长的特征,在有利的大气环境条件和地形条件下,多单体风暴的发展加强,强风暴较长时间维持,是此次局地出现强冰雹的重要原因。雹暴单体的垂直结构反映出了低层入流、弱回波区、高强回波悬垂等典型特征,中层径向辐合和风暴顶辐散共同作用,有利于风暴单体得以维持和发展,也是造成局地冰雹天气的重要原因。单体风暴反射率因子较长时间维持在60dBz以上,并对应较大的VIL值出现;此次强冰雹天气,局地性强,影响范围小,其主要原因是0～6km垂直风切变不大,同时,中低层湿层浅薄,地面湿区明显偏南,仅在冰雹落区附近出现一个小范围的近饱和湿区,不利于风暴天气有组织的大范围发展。     

一次后向传播强对流暴雨过程的综合分析

利用多普勒雷达、风廓线雷达以及NCEP0.5°×0.5°再分析资料,对2013年6月24日发生在浙江北部、造成杭州严重城市内涝的一次局地大暴雨过程进行了分析,结果表明,大尺度天气背景非常有利于强对流天气过程发生;特殊的传播路径是造成局地大暴雨的主要原因;对流降水系统质心低,40~55dBz强度的回波是造成强降水的主要因子,边界层辐合带触发的线状风暴具有明显的突发性,强回波集中在近地面层,并长时间的停滞是单点大暴雨发生的重要原因。