河北省采暖期低空大气逆温特征时空变化

基于河北省站点实测资料和ERA-Interim再分析资料,从逆温日数、逆温厚度和逆温强度3个方面统计分析了1981—2016年河北省采暖期(当年11月至次年3月)低空大气逆温特征。结果表明:(1)逆温多以贴地逆温为主,且贴地逆温特征均存在02:00(北京时,下同)较大,14:00最小的日变化,这可能与其多为辐射逆温有关,而脱地逆温20:00较小,14:00较大,可能与其多受天气系统活动影响相联系。(2)逆温特征空间分布受地理位置和天气气候共同影响,整体多呈现出东西向差异,如东南部太行山山前平原和东部沿海地区的逆温日数均相对较多,贴地逆温厚度较大,强度较小,但脱地逆温厚度较小,强度较大。(3)东南部山前平原地区脱地逆温特征均呈增加趋势,且贴地逆温特征在日扩散条件最好的14:00均呈增加趋势,对于全省平均逆温特征的年际变化而言,贴地逆温14:00、脱地逆温20:00增幅相对较大。(4)逆温在东南部山前平原地区的分布状况及变幅,不利于污染物的垂直扩散。     

基于多源陆面通量数据相融合的新资料及其在中国夏季风影响过渡区的应用

夏季风影响过渡区是陆面能量交换与区域气候相互作用显著的热点区域。然而,目前缺乏适用于该区域的高精度长期通量数据集,这限制了陆面水热交换与气候相互作用的研究。如何融合目前已有的多源通量资料进行重构建以及应用显得十分必要。本研究综合包括中国北方协同观测试验和中国通量网的多种下垫面通量观测以及多种格点资料,试图重构中国夏季风影响过渡区的陆面能量通量数据集。在筛选具有优良下垫面代表性站点并考察模拟和观测散点分布规律的基础上,利用多元回归模型构建了一套适用于夏季风影响过渡区并且受观测资料约束的月平均感热、潜热和净辐射数据集。交叉验证结果表明构建的数据集相对于几种原始格点数据集精度有一定提高,最大程度上消除了原始格点资料的系统偏差。进一步分析表明在地表能量平衡分量中,陆面湍流通量对夏季风的响应更为显著,并且夏季风影响过渡区陆面湍流热通量对夏季风持续时间呈现对数分布的年际变化规律;当夏季风处于低持续影响状态时陆面湍流热通量年际变化更为显著,偏弱的夏季风系统可能导致陆面过程对气候变化更强的影响。本文基于多源通量数据融合构建的新数据集可以为气候变化研究提供数据支撑,同时增加了对陆面过程与季风系统相互作用的认识。     

京津冀雾霾消散因子及其阈值研究

利用2006—2015年京津冀气象站的常规观测资料和同期NCEP/NCAR再分析资料，以秋冬季影响雾霾形成与消散的静稳大气和通透大气为研究对象，统计分析了气象因子的分布状况。结果表明:京津冀秋冬季降水对雾霾起不到冲刷作用，反而促进雾霾的形成与维持；京津冀秋冬季雾霾消散主要是风场因子的贡献。雾霾消散的大气状态可分为3种类型，在不同大气状态下，各风场因子对雾霾消散的贡献不同。采用迭代自组织数据类差最大值阈值分割法找出了各风场因子的最佳阈值。根据各风场因子对雾霾消散的敏感性和因子间的相关，筛选出3类大气状态下雾霾消散因子指标。采用指标叠套法对2016、2017年秋冬季大气进行检验，表明雾霾消散指标及其阈值能较好区分静稳大气和通透大气，对雾霾过程具有较好的指示意义；通过对derf2.0模式产品释用，可为延伸期雾霾过程客观化预测提供技术支撑。      

电网架空导线载流量计算气象参数组合特征及风险分析

根据架空导线载流量的计算需求,选择河北南部电网,利用94个气象站1974—2018年月平均最高气温、月极端最高气温和14:00的平均风速资料,结合箱线图方法,分析了各月平均值、中位数、四分位数、异常值截断点和异常值等变化特征,并确定了各月高温分析区间和小风速分析区间,将高温分析区间和小风速分析区间进行组合作为气象参数组合;利用94个站点自动站建站至2018年09:00—20:00的逐时气温和风速资料,逐月分析了各种气象参数组合出现的频率和对应的气象风险分布。结果表明最高气温和最小风速组合出现的概率很小,仅6、7、8、11月出现过4、1、130、1站时;总体上,高风险气象参数组合出现概率在12个月都很小,中风险和低风险气象参数组合在夏季出现概率相对较高;气象参数组合综合风险呈现一定的空间分布,沧州、保定和雄安新区风险相对较低,太行山和山前平原风险相对较高。本研究对了解高影响天气状况下的电网运行风险有一定帮助。     

1961—2017年华北区域大气自净能力变化特征及其影响因素分析

基于华北区域80个国家地面气象观测站资料,采用大气自净能力指数(ASI)分析了1961—2017年华北区域大气自净能力的气候分布特征及长期变率;用MK和MT法及Morlet小波对ASI进行了突变检验和能量谱分析;结合ASI的REOF空间载荷场分布特征,将华北区域进行分区,并研究了气象要素与华北区域及各分区的可能联系;对于大气自净能力较低的Ⅳ区,选择近年污染相对严重的部分城市（石家庄、保定和唐山）,对比了ASI与污染气象条件及不同级别AQI天数占比情况。结果表明:年、季尺度的大气自净能力在京津冀和山西大部、内蒙古东北部等区域呈现出较低的气候值,在内蒙古中部等其他地区呈现出相对较高的气候值,大气自净能力在季节尺度上呈现出从春季到冬季逐渐下降的变化趋势;区域变暖背景下,冬季风环流减弱,天气过程频率和强度减弱,地面风速随之降低,导致ASI降低;研究区域的ASI与混合层高度、地表通风系数、良和轻度级别天数占比均呈现出同相月变化,而与静稳天气指数、重度和严重级别天数占比呈现出反相月变化规律。根据风速和气温对大气自净能力的影响规律,推测未来大气自净能力很可能进一步降低,因此建议地方政府进行适当的大气污染减排和区域产业升级,有利于控制未来的空气污染形势。      

ERA5再分析云量在大气环境评估中的适用性研究

以河北省7个国家级气象站为例，利用1979—2013年ERA5云量和地面实测云量数据，依国标推荐法计算混合层高度，通过公式推导出通风量和大气自净能力指数，比较两套数据的计算结果，对ERA5再分析云量在大气环境评估中的适用性进行了研究；采用ERA5云量计算2013年3月至2021年2月的大气自净能力指数，对其与PM2.5浓度之间的关系进行分析。结果表明：①两种云量资料计算的月平均混合层高度、通风量和大气自净能力指数的相对误差近似符合正态分布，主要集中在0～5%；各月混合层高度：相对误差＞通风量＞大气自净能力指数，相关性则相反。秋冬季的相对误差（相关系数）大都低（高）于春夏季，邢台、石家庄和保定的误差明显小于其他站。②利用两种云量数据计算的大气自净能力指数的多年平均相对误差最小，通风量的次之，历年值的相关性和偏差也是中南部站点的更为理想。③2013年3月至2021年2月，各站月平均大气自净能力指数和PM2.5浓度呈反向相关，中南部站点的相关性更为显著。