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A new implementation of flexpart with Enviro-HIRLAM meteorological input,and a case study during a heavy air pollution event

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Big Earth Data 2024年第2期8卷 397-434页

作者： Benjamin Foreback Alexander Mahura Petri Clusius Carlton Xavier Metin Baykara Putian Zhou Tuomo Nieminen Victoria Sinclair Veli-Matti Kerminen Tom V.Kokkonen Simo Hakala Diego Aliaga Risto Makkonen Alexander Baklanov Roman Nuterman Men Xia Chenjie Hua Yongchun Liu Markku Kulmala Pauli Paasonen Michael Boy Aerosol and Haze Laboratory Beijing Advanced Innovation Center for Soft Matter Science and EngineeringBeijing University of Chemical TechnologyBeijingChina Institute for Atmospheric and Earth System Research/Physics Faculty of ScienceUniversity of HelsinkiHelsinkiFinland Division of Nuclear Physics Department of PhysicsLund UniversityLundSweden Swedish Meteorological and Hydrological Institute(SMHI) Research DepartmentUnit of Meteorology/Environment and ClimateNorrköpingSweden Climate and Marine Sciences Department Eurasia Institute of Earth SciencesIstanbul Technical UniversityIstanbulTurkey Department of Physics Faculty of ScienceUniversity of HelsinkiHelsinkiFinland Department of Meteorology(MISU)and Bolin Centre for Climate Research Stockholm UniversityStockholmSweden Climate System Research Unit Finnish Meteorological InstituteHelsinkiFinland Science and Innovation Department World Meteorological Organization(WMO)GenevaSwitzerland Niels Bohr Institute University of CopenhagenCopenhagenDenmark Joint International Research Laboratory of Atmospheric and Earth System Sciences School of Atmospheric SciencesNanjing UniversityNanjingChina School of Engineering Science Lappeenranta-Lahti University of Technology(LUT)LappeenrantaFinland Atmospheric Modelling Centre Lahti Lahti University CampusLahtiFinland

We integrated Enviro-HIRLAM(Environment-High Resolution Limited Area Model)meteorological output into flexpart(FLEXible PARTicle dispersion model).A flexpart simulation requires meteorological input from a numerical weather prediction(NWP)*** publicly available version of flexpart can utilize either ECMWF(European Centre for Medium-range Weather Forecasts)Integrated Forecast System(IFS)forecast or reanalysis NWP data,or NCEP(*** Center for Environmental Prediction)Global Forecast System(GFS)forecast or reanalysis NWP *** primary benefits of using Enviro-HIRLAM are that it runs at a higher resolution and accounts for aerosol effects in meteorological *** compared backward trajectories gener-ated with flexpart using Enviro-HIRLAM(both with and without aerosol effects)to trajectories generated using NCEP GFS and ECMWF IFS meteorological inputs,for a case study of a heavy haze event which occurred in Beijing,China in November *** found that results from flexpart were considerably different when using different meteorological *** aerosol effects were included in the NWP,there was a small but noticeable differ-ence in calculated ***,when looking at potential emission sensitivity instead of simply expressing trajectories as lines,additional information,which may have been missed when looking only at trajectories as lines,can be inferred.

关键词： Atmospheric and chemical transport modelling trajectory and particle dispersion modelling severe air pollution episode flexpart Enviro-HIRLAM

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基于CMAQ及flexpart模式的武汉地区污染来源解析

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环境科学与技术 2018年第12期41卷 270-277页

作者：黄宇王堃邱培培周君蕊秦祖殿武汉市环境保护科学研究院湖北武汉430015 北京市劳动保护科学研究所北京100054

该研究以武汉及其周边地区为研究区域,基于2014年武汉市本地化高分辨率大气污染排放清单,采用CMAQ空气质量模式及CMAQ-DDM(Decoupled Direct Method,三维去耦合直接法)敏感性分析模块,探究和揭示了武汉市大气污染的时空分布特征及各地... 详细信息

该研究以武汉及其周边地区为研究区域,基于2014年武汉市本地化高分辨率大气污染排放清单,采用CMAQ空气质量模式及CMAQ-DDM(Decoupled Direct Method,三维去耦合直接法)敏感性分析模块,探究和揭示了武汉市大气污染的时空分布特征及各地区的排放贡献,并进一步结合flexpart (Flexible Particle Dispersion Mode)-WRF模式模拟了不同典型月份潜在影响的排放源区分布。结果表明,印痕模型及空气质量模式互为补充和相互验证,可为污染来源解析提供有力的技术支撑。研究发现,武汉市PM_(2.5)的污染具有区域性特征且存在季节性差异,污染严重的地区主要集中在武汉市中部,并呈现1月份PM_(2.5)污染最严重,7月份PM_(2.5)污染最轻的特征;以武汉地区及周边为研究区域,研究区域外对国控点PM_(2.5)的贡献大于研究区域内贡献,且1月份受研究区域外的影响最大,7月份最小,其中沉湖七壕受区域外其他城市贡献最大,青山钢花受武汉市本地贡献最大;1、4、10 3个月PM_(2.5)的潜在源区主要集中在武汉市东北及东南部包括河南南部及安徽西部等地,其中4月和10月受来自东南部地区的潜在影响较重;7月份潜在源区主要集中在西南部,包括湖南东北部等地。

关键词： CMAQ flexpart PM2.5 污染贡献武汉市

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四种气象数据在福岛核事故放射性核素扩散模拟中的适用性

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中国环境科学 2024年

作者：李幻婷杨力宋嘉悦李新鹏方晟华北电力大学核科学与工程学院清华大学核能与新能源技术研究院

基于福岛第一核电站事故，采用四种不同来源的气象数据（FNL再分析数据、ERA-Interim再分析数据、GFS分析和预报数据以及MEA现场气象观测数据）驱动组合大气扩散模型（区域尺度气象模型WRF和拉格朗日粒子扩散模型flexpart），开展放射... 详细信息

基于福岛第一核电站事故，采用四种不同来源的气象数据（FNL再分析数据、ERA-Interim再分析数据、GFS分析和预报数据以及MEA现场气象观测数据）驱动组合大气扩散模型（区域尺度气象模型WRF和拉格朗日粒子扩散模型flexpart），开展放射性污染物137Cs的扩散模拟，并结合双葉町以及楢叶町两个监测站的监测数据，评估了不同气象数据对扩散结果的影响.模拟显示，应用四种气象数据均使得flexpart成功再现了2个监测站大部分峰值（双葉町平均FAC10:0.57;楢叶町平均FAC10:0.58）.其中，使用ERA-Interim和MEA的结果复现了更多的观测峰值并取得了较满意的统计指标.污染物浓度分布结果显示，4种气象的模拟结果在分布趋势上略有不同，ERA-Interim和MEA的结果烟羽扩散范围较广.因此，建议应用ERA-Interim和MEA以重建福岛核事故局地尺度放射性核素污染水平场.

关键词：放射性核素扩散应急响应 WRF预报 flexpart 放射性核素浓度计算

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Transport Patterns and Potential Sources of Atmospheric Pollution during the ⅩⅩⅣ Olympic Winter Games Period

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Advances in Atmospheric Sciences 2022年第10期39卷 1608-1622,I0002-I0004页

作者： Yuting ZHANG Xiaole PAN Yu TIAN Hang LIU Xueshun CHEN Baozhu GE Zhe WANG Xiao TANG Shandong LEI Weijie YAO Yuanzhe REN Yongli TIAN Jie LI Pingqing FU Jinyuan XIN Yele SUN Junji CAO Zifa WANG State Key Laboratory of Atmospheric Boundary Layer Physics and Atmospheric Chemistry Institute of Atmospheric PhysicsChinese Academy of SciencesBeijing 100029China College of Earth and Planetary Sciences University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China Center for Excellence in Regional Atmospheric Environment Institute of Urban EnvironmentChinese Academy of SciencesXiamen 361021China Inner Mongolia Autonomous Region environmental monitoring central station Hohhot 010090China Institute of Surface-Earth System Science Tianjin UniversityTianjin 300072China Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters Nanjing University of Information Science and TechnologyNanjing 210044China Institute of Atmospheric Physics Chinese Academy of SciencesBeijing 100029China

The attainment of suitable ambient air quality standards is a matter of great concern for successfully hosting the ⅩⅩⅣ Olympic Winter Games(OWG). Transport patterns and potential sources of pollutants in Zhangjiakou(ZJK) were investigated using pollutant monitoring datasets and a dispersion model. The PM_(2.5) concentration during February in ZJK has increased slightly(28%) from 2018 to 2021, mostly owing to the shift of main potential source regions of west-central Inner Mongolia and Mongolian areas(2015–18) to the North China Plain and northern Shanxi Province(NCPS) after *** CO as an indicator, the relative contributions of the different regions to the receptor site(ZJK) were evaluated based on the source-receptor-relationship method(SRR) and an emission inventory. We found that the relative contribution of pollutants from NCPS increased from 33% to 68% during 2019–21. Central Inner Mongolia(CIM) also has an important impact on ZJK under unfavorable weather conditions. This study demonstrated that the effect of pollution control measures in the NCPS and CIM should be strengthened to ensure that the air quality meets the standard during the ⅩⅩⅣ OWG.

关键词： Olympic Winter Games flexpart transport characteristics atmospheric pollution sources

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Moisture Origins and Transport Processes for the 2020 Yangtze River Valley Record-Breaking Mei-yu Rainfall

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Advances in Atmospheric Sciences 2021年第12期38卷 2125-2136页

作者： Lixia ZHANG Dan ZHAO Tianjun ZHOU Dongdong PENG Chan XIAO State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics Institute of Atmospheric PhysicsChinese Academy of SciencesBeijing 100029China University of the Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China Institute of Tropical and Marine Meteorology China Meteorological AdministrationGuangzhou 510640China National Climate Center China Meteorological AdministrationBeijing 100081China

The summer of 2020 recorded a record-breaking flood due to excessive mei-yu rain falling over the Yangtze River Valley(YRV).Using the Lagrangian model flexpart,this paper investigates moisture sources and transport processes behind this extreme *** on climate data from 1979 to 2019,the air-particle(an infinitesimally small air parcel)trajectories reaching the YRV show sectors that correspond to five main moisture sources:the Indian monsoon region(IND,27.5%of the total rainfall),the local evaporation(27.4%),the Western Pacific Ocean(WPO,21.3%),the Eurasian continent(8.5%)and Northeast Asia(4.4%).In the 2020 mei-yu season,moisture from all source regions was above normal except that from Northeast Asia.A record-breaking moisture source from the IND and WPO dominated this extreme mei-yu flood in 2020,which was 1.5 and 1.6 times greater than the climate mean,*** study reveals a significant relationship between the moisture source with three moisture transport processes,i.e.,trajectory density,moisture content,and moisture uptake of air-particles.A broad anomalous anticyclonic circulation over the Indo-Northwestern Pacific(Indo-NWP)provides a favorable environment to enhance the moisture transport from the IND and WPO into the *** the 2020 mei-yu season,a record-breaking Indo-NWP anomalous anticyclonic circulation contributed to a higher trajectory density as well as higher moisture content and moisture uptake of air-particles from the IND and WPO *** collectively resulted in unprecedented moisture transport from source origins,thus contributing to the mei-yu flood over the YRV in 2020.

关键词： mei-yu flood flexpart moisture tracking extreme moisture transport

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基于走航观测的长江三角洲地区大气污染特征及来源追踪

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中国环境科学 2019年第9期39卷 3595-3603页

作者：杨丹丹王体健李树马超群刘冲杨帆南京大学大气科学学院

为了加强对长江三角洲地区大气污染分布特征和输送规律的认识,利用移动车载设备开展了不定期的走航观测,重点研究了2016-2018年冬季灰霾污染和春季光化学污染条件下长江三角洲地区的大气污染特征.结果表明,走航观测期间长江三角洲地区PM... 详细信息

为了加强对长江三角洲地区大气污染分布特征和输送规律的认识,利用移动车载设备开展了不定期的走航观测,重点研究了2016-2018年冬季灰霾污染和春季光化学污染条件下长江三角洲地区的大气污染特征.结果表明,走航观测期间长江三角洲地区PM2.5日均浓度为60~122μg/m^3,东部的常州、无锡一带,西部的合肥、芜湖地区,北部蚌埠、滁州一带,南部湖州、杭州地区的PM2.5浓度较高,比其他地区高出20%~40%.O3日均浓度水平为9~52μg/m^3,苏州、盐城、宣城与湖州地区浓度相对较高.运用flexpart_WRF模式,结合PM2.5排放清单,分析了走航观测期间长江三角洲地区及沿线城市PM2.5的潜在来源.结果发现,东风条件下,南通及上海地区为PM2.5的潜在源区,北风条件下,连云港、盐城等地区贡献较大.运用flexpart前向轨迹计算模块,对一次污染个例过程进行了模拟,并利用走航观测结果进行了验证,发现模拟结果与走航观测结果的相关系数达到0.9.可见,长江三角洲地区存在区域性的PM2.5和O3污染,走航观测结合轨迹分析是追踪污染气团输送的有效手段.

关键词：长江三角洲大气污染走航观测 flexpart WRF

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2018年秋冬季长江三角洲区域PM2.5污染来源数值研究

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中国环境科学 2020年第10期40卷 4237-4246页

作者：余钟奇瞿元昊周广强许建明长三角环境气象预报预警中心上海200030 上海市气象与健康重点实验室上海200030 中国气象局上海台风研究所上海200030

使用WRF-Chem和WRF-flexpart模式定量研究了2018年秋冬季,尤其是在明显冷空气影响时的长江三角洲PM2.5来源贡献.结果表明:2018年秋冬季长江三角洲以外的跨区域输送对长江三角洲PM2.5的贡献占15.9%,长江三角洲内部排放贡献占84.1%,长江... 详细信息

使用WRF-Chem和WRF-flexpart模式定量研究了2018年秋冬季,尤其是在明显冷空气影响时的长江三角洲PM2.5来源贡献.结果表明:2018年秋冬季长江三角洲以外的跨区域输送对长江三角洲PM2.5的贡献占15.9%,长江三角洲内部排放贡献占84.1%,长江三角洲区域内部排放及污染相互传输的影响比长江三角洲外跨区域输送的影响更为显著.而在冷空气影响时段中,跨区域输送对长江三角洲PM2.5的贡献率为33.1%,约为整个秋冬季长江三角洲外部跨区域平均输送贡献率的2倍,输送影响更为明显;输送对长江三角洲三省一市的贡献为46.2%~56.2%,其中跨区域输送的贡献10.2%~38.6%,也明显大于各自秋冬季的平均水平.在冷空气影响时段,长江三角洲四座重点城市(上海、合肥、南京、杭州)的污染潜在输送路径主要以中东路为主;上海、南京受到长江三角洲以外的污染潜在贡献较多,超过30%;杭州受到长江三角洲以外的污染潜在贡献较少,为16.1%.

关键词：污染来源贡献污染输送 PM2.5 WRF-Chem flexpart

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汤加火山喷发SO_(2)全球传输扩散态势模拟研究

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中国环境科学 2023年第1期43卷 96-106页

作者：宿兴涛邓志武安豪北京应用气象研究所北京100029 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室(LAPC) 北京100029

针对2022年1月汤加火山喷发SO_(2)全球扩散态势,采用拉格朗日粒子扩散模式(flexpart),基于卫星监测信息对SO_(2)源项进行评估和设计,在此基础上开展数值模拟(截至2022年2月20日).结果表明,火山喷发初期模式对SO_(2)南北扩散范围模拟偏窄... 详细信息

针对2022年1月汤加火山喷发SO_(2)全球扩散态势,采用拉格朗日粒子扩散模式(flexpart),基于卫星监测信息对SO_(2)源项进行评估和设计,在此基础上开展数值模拟(截至2022年2月20日).结果表明,火山喷发初期模式对SO_(2)南北扩散范围模拟偏窄,但随着时间演变与观测呈现逐渐吻合趋势;SO_(2)主体位于南半球,向西传输区域主要位于0~30°S纬度带,最大传输速度约22.5°/d,在研究时段跨赤道传输作用弱,对北半球和我国影响小;SO_(2)在西向传输过程中总体保持前高后低倾斜态势,传输最快高度和向上扩散最大高度分别位于27km和31km左右;截至2月20日,SO_(2)累积地面沉降已扩展至60°N以南全球大部分区域,主要区域位于0~50°S纬度带,沉降最强地区位于澳大利亚东部、汤加火山西北部和南美洲南部.研究结果可为汤加火山气候效应评估提供数据支撑和思路借鉴.

关键词：汤加火山 SO_(2) 扩散 flexpart

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一种快速定量估计大气污染物来源的方法

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环境科学学报 2017年第7期37卷 2474-2481页

作者：陈赛华周广强朱彬耿福海常炉予南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室气候与环境变化国际合作联合实验室气象灾害预报预警与评估协同创新中心中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 长三角环境气象预报预警中心上海200030 上海市气象与健康重点实验室上海200030

定量估计目标区域大气污染物源区的时空分布对有效应对空气污染具有重要的支撑作用.本文利用flexpart拉格朗日粒子扩散模式、WRF模式和清华大学MEIC人为排放源清单,建立了一种基于气象条件和人为源排放清单的快速定量估计大气污染物源... 详细信息

定量估计目标区域大气污染物源区的时空分布对有效应对空气污染具有重要的支撑作用.本文利用flexpart拉格朗日粒子扩散模式、WRF模式和清华大学MEIC人为排放源清单,建立了一种基于气象条件和人为源排放清单的快速定量估计大气污染物源区时空分布的方法,并以上海地区2015年12月22—23日一次污染过程为例,确定了目标区域和目标时段的污染物来源分布.与WRF-Chem模式人为排放源"清零试验"结果的对比分析结果表明,本定量估计的结果尽管在数值存在一定偏差,但在时间和空间分布上具有良好的一致性.研究表明,本文提供了一种快速并较为准确的定量估计目标区域大气污染物源区时空分布的方法.

关键词： flexpart WRF-Chem 大气污染来源分析

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中国西南地区干湿年份水汽来源个例对比分析

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高原气象 2023年第6期42卷 1504-1517页

作者：朱家宁杨显玉吕雅琼文军陈颖成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225 中国科学院\水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041

中国西南地区常年气候湿润,但近年来该地频繁发生的干旱灾害造成了诸如农作物减产、森林火灾等巨大经济损失。为了深入探索西南地区干旱年份水汽输送的异常,并为今后西南地区干旱灾害的预警提供参考,本文利用TRMM和APHRODITE两种降水数... 详细信息

中国西南地区常年气候湿润,但近年来该地频繁发生的干旱灾害造成了诸如农作物减产、森林火灾等巨大经济损失。为了深入探索西南地区干旱年份水汽输送的异常,并为今后西南地区干旱灾害的预警提供参考,本文利用TRMM和APHRODITE两种降水数据,分析了1998-2019年西南地区降水的年际变化及各季节降水量的年际变化,选出夏季干旱年(2011年)和秋季干旱年(2009年)以及夏季秋季都较为湿润的2008年,通过拉格朗日输送模型flexpart追踪了两个极端干旱季节(2009年秋季和2011年夏季)的水汽输送路径及水汽源地,并分别与湿润年份(2008年)的夏季和秋季做了对比分析。结果表明:(1)干湿年份的水汽输送路径一致,夏季西南地区的水汽输送路径主要可分为3条:西南路径、东南路径和西北路径,其中最主要的是西南路径,故主要的水汽源地为阿拉伯海-孟加拉湾一带;秋季西南地区的水汽输送的主要路径可分为两条:东南路径和西北路径,其中最主要的是东南路径,故主要的水汽源地为我国南海-太平洋西北部一带。(2)干湿年份水汽输送强弱存在差异,夏季西南地区干旱的原因是西南路径对水汽的输送较弱,而秋季西南地区干旱的原因则是东南路径对水汽的输送较弱引起的。

关键词：西南地区降水异常水汽输送水汽来源 flexpart

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