沙尘天气过程对沈阳大气冰核浓度与尺度分布的影响

为研究沙尘天气对大气冰核浓度及尺度分布的影响,2010-2012年春季用FA-3型安德森采样器在沈阳地区开展了大气冰核观测,采样后的滤膜在中国气象科学研究院的静力扩散云室中进行统一检测分析。针对2011年5月11-12日一次典型沙尘天气过程,分析了沙尘过程前后大气冰核浓度和尺度分布与变化特征。结果表明：沈阳地区春季大气冰核的本底浓度较高,约为0.8个·L^-1（活化温度为-20℃）;沙尘天气出现时可使大气冰核浓度突增10倍以上。约2/3的大气冰核集中在>4.7μm粒径段;有沙尘影响时,2.11～5.80 μm粒径段的大气冰核浓度增加最明显。大气冰核浓度的粒子尺度谱近似服从幂指数n（D）=A·D^B分布,其中A和B的数值在沙尘日明显大于非沙尘日。根据观测,建议在沈阳乃至中国北方地区春季有沙尘天气影响时应慎重选择人工影响天气作业方案。     

辽宁中部城市群灰霾污染的外来影响

利用MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer)卫星资料、空气质量监测资料、地面气象资料及后向轨迹方法,对辽宁中部城市群代表性城市——沈阳市2009年全年发生的30 d首要污染物为PM10(空气动力学当量直径小于等于10μm的颗粒物,即可吸入颗粒物)且空气污染指数API(Air pollution Index)为3级及以上污染过程的天气形势及污染来源进行了综合分析。研究结果表明:引发3级以上重污染事件的天气形势主要为4类,分别为高压均压场型(包括高压后均压场型、高压前均压场型和高压内均压场型)、长白山小高压型、弱低压场型及地形槽型。发生污染天气时气流主要有两个来向,即西南方向的京津冀来向和偏北方向的内蒙和长春来向。气流来自偏南方向的天数最多,为19 d。其中最容易受京津冀影响的天气型为高压后均压场型和地形槽型,共有8 d,占总污染天数的26.7%。因此,来自京津冀的外来输送对于辽宁中部城市群霾污染的影响不容小视,辽宁中部城市群空气质量的改善与临近区域的改善紧密相关。     

沈阳近地层大气颗粒物浓度垂直变化特征及与气象因子的关系

利用2018年10月1日至2019年9月30日沈阳地区三个高度大气颗粒物浓度和气象要素逐时观测资料,分析了不同高度颗粒物浓度时间变化特征及其与气象要素的关系。结果表明：不同高度的颗粒物浓度均存在明显的季节变化,秋冬季数值明显高于春夏季。冬季,三个高度的PM_2.5平均浓度为54.98±12.67 μg·m^-3、63.77±15.1 μg·m^-3和39.27±5.62 μg·m^-3,即15 m > 1.5 m > 90 m,秋季对应高度的浓度值则为1.5 m > 15 m > 90 m,春季对应高度的浓度值1.5 m≈15 m>90 m,夏季对应高度的浓度值15 m > 90 m > 1.5 m。PM_2.5、PM₁₀和TSP浓度的日变化在秋冬季三个高度上均呈明显的双峰,春季则均为单峰,夏季15 m高度为单峰,其余两层无明显规律。月平均颗粒物浓度的变化在冬、夏半年之间存在明显差异。冬半年,1.5 m高度PM_2.5、PM₁₀和TSP以及90 m高度PM_2.5月平均浓度均表现为增—减—增—减的变化特征,而15 m高度月平均PM_2.5、PM₁₀和TSP浓度以及90 m高度月平均PM₁₀、TSP浓度均为先增后减的变化特征。冬半年和夏半年颗粒物浓度最大值分别出现在1月和6月,冬半年最低两层高度的颗粒物浓度明显高于90 m的值,夏半年各月不同高度颗粒物浓度相差不大,均远低于冬半年的浓度值。不同粒径范围的颗粒物浓度与风速和气温均呈负相关关系,且相关系数随高度增加而增加,随颗粒物粒径范围增加而变小;与相对湿度的关系较为复杂,相关系数随观测高度增加和颗粒物粒径范围的增大而有所不同。     

本溪复杂地形条件下三维多源SO2浓度场模拟

用差分方法求解三维大气平流扩散多源方程,模拟了本溪地区SO2浓度的时空分布。通过1999年1月19日的模拟结果与监测值对比表明:模拟结果比较准确地反映了SO2浓度的实际变化情况;由模拟计算可知,本溪地区SO2的污染很严重,且SO2浓度的时空分布有明显的日变化。10:00以前的浓度值比较大,10:00之后浓度值逐渐减小,到18:00左右浓度值又慢慢变大。     

城市空气污染预报系统CAPPS2.0在辽宁的应用及检验

在利用CAPPS2.0进行空气质量自动化预报的前期工作中,为了验证模式的准确性,对辽宁省14个主要城市2003年1月的31 d、4月、7月和10月各12 d作出了模拟,分别得到各城市SO2、NO2和PM10的污染指数预报值。将各污染指数每天模拟的预报值与实际监测值进行对比,发现春、夏、秋季的预报效果非常好,而冬季预报值明显偏高。对预报值与监测值的相关性检验表明两者相关性非常显著,冬季预报值出现的是一个系统误差,可以通过修改模式进行订正。     

蒙古气旋引发辽宁沙尘暴天气过程的数值模拟

从一次发生在辽宁,由蒙古气旋引发的沙尘暴过程入手,利用数值模拟手段,结合常规气象观测资料,围绕蒙古气旋的动力、热力特征以及如何促成此次沙尘暴的发生、发展和维持进行探讨。结果表明,高空气流的辐散抽吸是此次过程的主要起沙动力机制,由蒙古国中部向东南方向延伸至韩国南部的副热带西风急流为此次辽宁沙尘暴过程提供了充足的沙源。此外,蒙古气旋内部的垂直环流与控制辽宁地区的冷平流对此次沙尘暴和降温过程具有一定的触发与维持作用。     

2007年春季沙尘暴对辽宁中部城市群空气质量的影响

根据大气降尘量和可吸入颗粒物PM10 、PM2.5、 PM1的观测资料,分析了2007年春季发生于我国北方的两次沙尘暴天气过程对辽宁中部城市群空气质量的影响。结果显示,沙尘天气使各城市大气降尘量与可吸入颗粒物PM10和PM2.5的质量浓度明显增高,空气质量明显下降。在3月31日和5月7日的两次沙尘暴过程中,城市群的大气降尘量比当月日平均值分别增加了1.5倍和2.5倍,各城市PM10的日均质量浓度比沙尘出现前一日分别增加了0.2～2.6倍和1.5～3.8倍。3月31日除铁岭和鞍山空气质量状况为良外,均达到轻微污染程度;5月7日鞍山达严重污染程度;沈阳、辽阳、本溪、铁岭和抚顺的空气质量均为中度污染或中度重污染。沙尘暴期间1.0～10.0 μm的粗粒子为影响辽宁中部城市空气质量的主要成分,其小时平均质量浓度最大时是沙尘出现前的10～30倍。     

辽宁中部城市群可吸入颗粒物PM10和PM2.5的污染特征研究

利用2006年8月-2007年10月辽宁中部沈阳、鞍山、抚顺和本溪4城市可吸入颗粒物PM10、PM2.5、PM1及同步气象因子的监测资料,分析了可吸入颗粒物分布特征、污染水平及其与气象因子的关系。结果表明：受区域天气系统的影响,4城市PM10和PM2.5的日平均浓度变化趋势基本一致,具有区域分布特征;PM10超标率冬季为最高;PM2.5日平均浓度占PM10比例夏季和冬季最大;PM10、PM2.5和PM1之间有很好的相关性;PM10与风速、温度呈负相关,PM2.5和PM1与能见度、风速、温度呈负相关,与相对湿度成正相关。     

复杂地形对城市空气污染影响的数值试验研究

以辽宁为例,通过改变其中部地区的地形高度,利用新一代空气质量模式系统Model-3对2006年11月24日的一次污染过程中气象场和污染物浓度场的分布进行了敏感性试验。结果表明,地形的存在会导致风的辐合,风速降低,逆温增强,这些都构成了不利于污染物输送及扩散的因素,容易造成污染物的堆积和滞留,从而使污染物浓度较高