华东地区一次持续大雾过程及其与空气污染相互作用分析

2008年1月7～11日期间,华东地区自北向南出现了一次持续大雾过程,分别影响到山东、江苏、安徽、上海、浙江、福建等地,并伴随有轻至中度空气污染,对当地生活、生产、运输造成严重影响。利用地面探测和探空资料、NCEP/NCAR再分析资料及MM5数值模拟结果等资料,分别从天气形势分析、水汽条件、动力因子、温度层结、空气质量变化等多方面入手,对此次大雾过程的成雾条件及空气污染对持续大雾的贡献进行诊断分析。分析指出,近地面层水汽通量散度、垂直速度以及500hPa与1000hPa散度差与能见度无显著相关,近地面相对湿度(Rh)与能见度呈明显反相关,近地面温度递减率(γ)与能见度呈明显正相关,可以把Rh≥85%、γ0.2℃.(100m)-1作为大雾形成的必要条件。另外,选取与空气污染指数(API)相同时间段(前一日04时至当日03时,协调世界时)上海虹桥机场的航空能见度最低值与API对比发现,航空能见度最低值与API呈强烈的反相关,空气污染对大雾形成或维持具有显著的促进作用,可以把"API上升达到150"作为上海虹桥机场出现大雾的一个重要的判断条件。     

邢台沙河市冬季大气污染特征与潜在源区分析

为了解邢台沙河市冬季大气污染特征,选取2017年12月至2018年2月沙河市区3个省控站点（司法局、市政府、宣传中心）的逐时监测数据,分析了沙河市主要污染物的时空分布特征和潜在源区。污染物浓度特征分析表明:整个冬季司法局、市政府和宣传中心站点的细颗粒物（PM2.5）平均浓度分别为118.0 μg/m3、121 μg/m3和135 μg/m3。在大气自然活动和人为污染排放的共同作用下,PM10、PM2.5、SO₂、NO₂和CO均有明显的日变化特征。整个冬季沙河市的ρ(PM2.5)/ρ(PM10)、ρ(SO₂)/ρ(NO₂)均值分别为0.57和1.05（ρ为各物质的浓度）。且随着污染加重,ρ(PM2.5)/ρ(PM10)、ρ(SO₂)/ρ(NO₂)均明显升高,表明燃煤贡献增加;污染物空间分布特征分析表明:位于3个站点东北处的玻璃企业产生的污染物可能对监测站点造成了一定影响。污染物空间差异分析表明,区域污染范围越大、强度越高,大气污染的空间差异性越小;潜在源分析表明:沙河市PM2.5的强潜在源区分布在其周边区域,随着PM2.5浓度增加,强潜在源区呈缩小趋势。沙河市东南部的本地源对PM2.5浓度有主要贡献,而此处正是玻璃企业的聚集地。     

区域空气质量数值预报模型

给出了区域尺度空气质量数值预报模型的基本物理构架, 重点介绍了欧拉型输送／沉降模式对各种物理 （沉降、输送）、化学 （气相化学与液相化学） 过程、初值与边界条件等问题的处理／简化; 利用本模型作了一周的预报实验, 实验结果与分析说明, 区域空气质量数值预报模型能够较好地反映全国重点城市的空气质量以及污染物随时间的演变态势; 最后, 指出了需要进一步完善的工作。     

NOx与NMHC的变化对O3 生成量的影响

利用LLA-C光化学反应机制,在NOx体积分数φ变化范围很广（1.75～350.0,单位为10-9,以下同）的条件下,选择18种NMHC与NOx的体积分数比（2.0～200.0）模拟分析在什么条件下NMHC的改变对臭氧生成量不大敏感而主要依赖于NOx的大小,同时给出相应条件下OH模拟值的变化。结果表明,OH峰值均出现在φ(NMHC/NOx)≈8.0。所找条件是φ(NOx)≤50.0时要求φ(NMHC/NOx)≥60.0;φ(NOx)>50.0时需要8.0≤φ(NMHC/NOx)≤28.0。相应O3生成量的最大误差小于20%。该条件正适合我国典型污染城市当前φ(NOx)水平和φ(NMHC/NOx)范围,可用于我国区域尺度空气质量模拟。与实测资料的对比还有待进一步开展。     

工业SO2排放对东亚和我国温度变化的影响

根据东亚地区工业ＳＯ２排放资料和硫化物输送模式模拟得到的ＳＯ２－４气溶胶的区域分布状况,计算了ＳＯ２－４对地气系统的直接辐射强迫作用,并用能量平衡模式模拟了其对东亚和我国温度变化的影响。模拟结果和资料分析表明,８０年代以来在全球变暖的背景下,我国南方大部分地区平均气温（特别是日最高温度和白天温度）普遍下降。工业ＳＯ２排放引起的大气中ＳＯ２－４含量的增加可能是引起降温的主要原因之一     

基于多元数据分析的我国PM2.5浓度及其主控因子的时空分布特征研究

基于2013~2016年空气质量监测台站资料,利用经验正交分解、功率谱分析、BP典型相关分析等多元数据分析方法解析了中国地区细颗粒物（PM2.5）主要模态的时空特征,并与排放源和气象场建立了相关关系,得到以下结论:中国地区PM2.5场存在两个主要模态,其中第一主模态为一致增加模态,强度中心位于西北地区东部—华北南部地区;其时间序列呈显著下降趋势。第二主模态主要表现为南北反向变化的偶极子型分布,其大值区分别位于华北中南部和长江中下游地区。其中,PM2.5第一模态可以看作平均态,主要受平均排放场和环流场及大地形的影响,在北方的表现更为显著。PM2.5第二模态可看作偏离平均场的一种变化态,在冬季更可能和冷空气活动有关。冷空气的强弱决定了污染累积的位置以及输送的方式,其作用是使得南方的污染明显偏离平均态,故第二主模态在南方的表现更为显著。本研究有效地利用了多元数据分析方法研究了我国大气污染的演变机理,可为进一步认清大气污染的形成规律提供科技支撑。     

一个基于打靶法的大气污染源反演自适应算法

污染源反演对大气污染预报及控制有重要意义。目前普遍采用的源反演统计方法存在对观测误差、源清单先验估计误差敏感等弱点。基于打靶法思想的各种算法以其精度高、程序简单、实用性强的特点被广泛应用于系统控制领域。本文提出的基于打靶法思想的大气污染源反演自适应算法在精度高、算法简明的基础上弥补了统计方法的不足:能处理源清单中的大误差、初值大误差、观测值在个别时间点的大误差;无需先验分布假设及误差估计。本文还以简单模型的理想试验为例,展示了该自适应算法的计算效果。     

北京空气质量多模式集成预报系统的建立及初步应用

介绍了北京空气质量多模式集成预报系统（ＥＭＳ Ｂｅｉｊｉｎｇ）．系统中区域空气质量模式包括中国科学院大气物理所自主开发的嵌套网格空气质量模式系统（ＮＡＱＰＭＳ）模式、美国环保署（ＥＰＡ）开发的Ｍｏｄｅｌｓ ３／ＣＭＡＱ模式及美国Ｅｎｖｉ ｒｏｎ公司开发的ＣＡＭｘ模式等,均使用ＳＭＯＫＥ排放模型统一处理大气污染排放清单．此系统各模式采用统一的模拟区域和网格分辨率,采用中尺度气象模式ＭＭ５提供统一的气象场,并采用算术平均、权重集成等方法集成各空气质量模式结果,并投入北京空气质量业务预报,有效支持了北京奥运会空气质量数值预报．业务预报结果表明：１）采用ＳＭＯＫＥ处理的奥运排放清单较接近实际,２００８年８月各空气质量模式可吸入颗粒物（ＰＭ１０）日均值预报结果相对偏差为－３％ ～１７％,与观测数据相关系数在０７以上;２）在排放清单较接近实际的情况下,ＰＭ１０日均值多模式算术平均优于单个空气质量模式;３）分析２００８年４—１１月业务预报表明,采用权重集成方法预报的ＰＭ１０日均值优于算术平均方法,达６１％．总体上,权重集成方法优于算术平均结果．     

海河流域平原地区绝对湿度变化趋势和跃升现象

20世纪80年代以来,海河流域经受了严重的气象性和水源性干旱;与此同时,其自然气候蒸发能力却呈现出显著的下降趋势。利用标准气象台站的历史资料,研究了该流域大气绝对湿度的演变趋势,初步的研究结果表明:海河流域大气绝对湿度呈现年代增加的趋势,尤其是每年5、6月份的农田灌溉季节,这种增加的趋势更加显著;值得指出的是,自20世纪80年代中期以来,该流域的大气绝对湿度出现一个显著跃升的现象,跃升幅度达10%左右。鉴于水汽在天气气候和水份循环中的重要作用,该流域大气绝对湿度增加原因及其气候环境效应,值得进一步关注和研究。