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四川盆地城市群臭氧污染时空精细演变特征的观测与模拟

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中国环境科学 2024年第1期44卷 1-14页

作者：张小玲雷雨王聪聪吴锴杨显玉谭钦文陆成伟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 成都平原城市气象与环境四川省野外科学观测研究站四川成都610225 加州大学尔湾分校土木与环境工程学院美国尔湾92617 成都市生态环境科学研究院四川成都610046

基于四川盆地污染物浓度和气象数据,结合ERA5再分析资料研究了2019年8月22~28日臭氧(O_(3))污染过程的演变及高低空大气环流特征,并利用高分辨率中尺度天气预报模式WRF和多尺度空气质量模型CMAQ探究了O_(3)形成与传输过程.结果表明:①O_... 详细信息

基于四川盆地污染物浓度和气象数据,结合ERA5再分析资料研究了2019年8月22~28日臭氧(O_(3))污染过程的演变及高低空大气环流特征,并利用高分辨率中尺度天气预报模式WRF和多尺度空气质量模型CMAQ探究了O_(3)形成与传输过程.结果表明:①O_(3)浓度的分布特征与风向、温度的分布密切相关,O_(3)高值区主要位于高温和主导风向的下风向区域.污染过程中南亚高压和西太平洋副热带高压稳定地控制整个四川盆地,700和850hPa均受高压控制,盛行下沉气流,地面升温,促进O_(3)的迅速生成,同时抑制了地面O_(3)向高空的稀释扩散.②夜间1000m高度上O_(3)浓度水平和空间分布特征受白天地面O_(3)_8h浓度分布以及风场传输作用的影响较大.夜间O_(3)低值主要在盆地底部地区,成都及重庆市区受NO滴定作用影响,为两大低值中心,O_(3)高值中心受山脉阻挡作用,呈带状堆积在盆地边缘地区.③利用WRF-CMAQ模型中的过程分析量化不同物理化学过程对O_(3)浓度的相对贡献,垂直传输过程和气相化学是白天O_(3)的主要来源,干沉降和水平平流为地面O_(3)的主要汇.④利用ISAM综合源解析方法估算城市间输送对O_(3)浓度的相对贡献.受东北风输送的影响,模式边界对川东北城市群贡献为58.86%~79.23%;东南风使重庆O_(3)浓度受边界的影响较大,贡献约为72.50%.NO_(2)贡献的来源主要为城市自身及周边城市的传输.川东北城市群的NO_(x)排放较低,来自模式边界以及重庆地区的输入对川东北城市群有较大的贡献.⑤生物源、工业源和交通源对四川盆地O_(3)浓度的贡献显著,而居民源和电厂的贡献较低.成都、德阳、重庆、眉山、内江、宜宾等城市工业源的贡献率较高.

关键词：臭氧污染传输过程化学生成来源贡献数值模拟

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川南森林湍流通量质量评价及贡献区分析

高原气象 2024年第1期43卷 227-240页

作者：范德民张宇苏有琦张茜成都信息工程大学大气科学学院/成都平原城市气象与环境四川省野外科学观测研究站四川成都610225

由于通量观测容易受复杂下垫面和仪器精度影响,需基于涡动相关系统观测原理对原始数据进行严格的预处理和质量控制。本研究选用2021年5-12月来自于川南地区四峨山森林下垫面的涡动相关系统的湍流观测资料,观测设备架设在不同高度包括粗... 详细信息

由于通量观测容易受复杂下垫面和仪器精度影响,需基于涡动相关系统观测原理对原始数据进行严格的预处理和质量控制。本研究选用2021年5-12月来自于川南地区四峨山森林下垫面的涡动相关系统的湍流观测资料,观测设备架设在不同高度包括粗糙副层内、粗糙副层与常通量层边界以及常通量层内。利用上述观测数据量化了两种坐标旋转方案下湍流通量计算结果的差异性,并结合湍流稳定性和发展性检验对通量资料序列进行了质量评价,最后分析了不同大气稳定度和不同观测高度下足迹函数所表示的通量贡献区域变化范围。结果表明:二次坐标旋转校正后的通量数据大于平面拟合后的数据,且两者的校正差距随观测高度的增加而增大。从通量数据质量等级分布特征来看,感热通量数据质量优于潜热通量及CO_(2)通量,且低层数据质量优于高层。38 m和56 m观测高度主风向在东北-西北方向上呈现昼夜相反的变化,其中5-9月尤为明显。不同大气稳定度下的通量贡献范围存在一定的差异,在大气稳定条件下,38 m观测高度的通量信息80%来源于距离观测塔西侧50~1400 m区域;在大气不稳定条件下,通量测量的源区水平范围在0~500 m之间。在56 m观测高度且大气稳定条件下,通量贡献80%的源区边界距测点可达1500 m;不稳定条件下,源区范围在0~750 m之间。冬夏两季在稳定大气条件下贡献区范围有明显差异,在38 m观测高度上,夏、冬季节最大湍流通量信息分别来于1320 m、 700 m。在相同大气稳定度下,通量贡献区的分布受观测高度的影响,56 m观测高度通量源区大于38 m的通量源区。

关键词：湍流通量质量评价通量贡献区森林下垫面

川南城市群冬季大气细颗粒物中金属元素特征及其来源解析

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环境科学 2024年第6期45卷 3756-3764页

作者：张天力黄小娟张军科韩琳陈璐瑶张小玲成都信息工程大学大气科学学院成都610225 成都信息工程大学大气科学学院成都平原城市气象与环境四川省野外科学观测研究站成都610225 西南交通大学地球科学与环境工程学院成都611756

为探究川南城市群(自贡、泸州、内江和宜宾)冬季大气重污染过程中PM_(2.5)中金属元素的浓度特征和来源,在2018年12月30日至2019年1月14日,使用膜采样方法对PM_(2.5)中的金属元素进行测定,并运用富集因子法(EF)和正定矩阵因子分解法(PMF... 详细信息

为探究川南城市群(自贡、泸州、内江和宜宾)冬季大气重污染过程中PM_(2.5)中金属元素的浓度特征和来源,在2018年12月30日至2019年1月14日,使用膜采样方法对PM_(2.5)中的金属元素进行测定,并运用富集因子法(EF)和正定矩阵因子分解法(PMF)对金属元素来源进行解析.同时采用自贡市在2015年同期金属元素观测数据,探究自贡市在“大气十条”实施中期与实施结束后的金属元素污染与富集程度变化情况.结果表明:①不同城市细颗粒物中各金属元素浓度与占比差异不大,4个城市中浓度与占比较高的元素呈现相似性,Al、Sb和Fe元素占比位于前列.从自贡市不同观测期对比来看,除Tl外各元素浓度均有变化.②富集因子计算结果表明,城市群中Cr(自贡与宜宾)、Ni、Cu、As、Se、Ag、Cd、Sb、Tl和Pb元素的富集程度较高.自贡市不同观测期的元素富集程度对比显示,除Cu元素外,2018年冬季观测期各元素富集程度均有减小趋势.③PMF源解析结果表明,各城市中金属元素主要来源为扬尘源、燃煤源、工业源与交通源,同时各污染源之间存在混合贡献.各城市主要污染源贡献不同,自贡以交通扬尘源与混合源为主;泸州以工业源为主;内江市各污染源贡献占比相近;而宜宾市则以交通源为主导.

关键词： PM_(2.5) 金属元素川南城市群正定矩阵因子分解法(PMF) 源解析

基于CMIP6多模式集合对长江上游地区暴雨的预估研究

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高原气象 2024年第3期43卷 667-682页

作者：张粟瑜岑思弦赖欣张戈张哲浩姚思源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/气候与环境变化联合实验室/成都平原城市气象与环境四川省野外科学观测研究站四川成都610225 中国气象局成都高原气象研究所四川成都610072

为更好地应对长江上游地区未来气候变化导致的暴雨事件,本文利用1990-2014年长江上游地区687个气象观测站日降水资料及第六次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase6,CMIP6)中的24个全球气候模式的模拟结果,研... 详细信息

为更好地应对长江上游地区未来气候变化导致的暴雨事件,本文利用1990-2014年长江上游地区687个气象观测站日降水资料及第六次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase6,CMIP6)中的24个全球气候模式的模拟结果,研究了该地区2021-2099年的年平均暴雨量、暴雨天数和暴雨强度在不同共享社会经济路径(Shared Socioeconomic Pathways,SSPs)情景下的时空变化特征及其不确定性。研究结果表明:(1)相对参考时段(1995-2014年),长江上游地区预估总时段(2021-2099年)及21世纪末期(2080-2099年)的年平均暴雨量、暴雨天数和暴雨强度在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下都以增多增强为主,在SSP5-8.5情景下的增幅最大,且模式间预估方向的一致性及预估值的确定性都随排放的增加而增加。预估总时段的暴雨量、暴雨天数和暴雨强度在SSP1-2.6和SSP2-4.5情景下的分布相似,但与SSP5-8.5情景下的分布有所不同。21世纪末期暴雨量及天数在三种情景下的分布相似,暴雨强度变化的分布在SSP5-8.5情景下不同于SSP1-2.6及SSP2-4.5情景;(2)相对参考时段,三种情景下长江上游的暴雨量在预估总时段分别以3.5 mm·(10a)^(-1),5.4 mm·(10a)^(-1),14.7 mm·(10a)^(-1)的速率增加,暴雨天数分别以0.045 d·(10a)^(-1),0.07 d·(10a)^(-1),0.18 d·(10a)^(-1)的速率增加,暴雨强度则分别以0.37 mm·d^(-1)·(10a)^(-1),0.78 mm·d^(-1)·(10a)^(-1),1.94 mm·d^(-1)·(10a)^(-1)的速率增强,都通过99%信度检验及同号率检验,预估值确定性较高的时期都出现在21世纪末期SSP5-8.5情景下;(3)三种情景下,预估总时段的暴雨量、暴雨天数和暴雨强度在空间上都主要呈增加趋势,其中藏东南地区的暴雨量及暴雨天数的增速最大。暴雨强度增速最大的地区在SSP1-2.6情景下出现在四川北部,而SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下出现在云南北部;(4)三种情景下21世纪前期(2021-2040年)暴雨量、暴雨天数和暴雨强度相对参考时段的变化幅度不明显,中期(2041-2060年)及后期暴雨量、暴雨天数和暴雨强度在SSP2-4.5及SSP5-8.5情景下显著增多增强,尤其在21世纪后期SSP5-8.5情景下的增幅最大,模式间预估方向一致性最高。

关键词：长江上游地区 CMIP6 预估暴雨不确定性

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2022年夏季高温干旱对四川盆地污染物浓度变化的影响分析

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生态环境学报 2024年第1期33卷 80-91页

作者：王传扬张小玲兰琳惠潘婕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 成都平原城市气象与环境四川省野外科学观测研究站四川成都610225

2022年夏季高温干旱严重影响中国长江流域,臭氧(O_(3))等污染物也出现明显异常,为研究高温干旱对污染物的影响,利用2015-2022年夏季逐小时地面空气质量和气象监测数据以及气象再分析资料,分析了夏季高温干旱特征以及对O_(3)和细颗粒物(P... 详细信息

2022年夏季高温干旱严重影响中国长江流域,臭氧(O_(3))等污染物也出现明显异常,为研究高温干旱对污染物的影响,利用2015-2022年夏季逐小时地面空气质量和气象监测数据以及气象再分析资料,分析了夏季高温干旱特征以及对O_(3)和细颗粒物(PM_(2.5))浓度的影响。结果表明:2022年夏季受高原暖高压和西太平洋副热带高压西伸北抬的影响,中国长江流域出现极端高温干旱天气事件,持续时间长,影响范围广,其中四川盆地和长三角地区地面温度明显偏高,相对湿度和降水量偏低,对近地面O_(3)和PM_(2.5)浓度造成了一定的影响。7-8月高温干旱对四川盆地产生的影响尤其严重。异常的高温干旱增强了大气光化学反应能力,对O_(3)和二次气溶胶生成有贡献,且降水对污染物的湿清除作用大大减弱,导致四川盆地O_(3)浓度和超标天数明显增加,PM_(2.5)浓度也有所升高,甚至造成持续十多天的高温热浪和O_(3)污染复合事件,其中对成都平原O_(3)污染的影响最为显著,其次为川南城市群。成都平原和川南城市群O_(3)超标天数分别为22 d和17 d;成都平原高温日数和O_(3)超标天数分别比2021年增加了约250%和120%。除高温热浪的影响外,高原地形阻挡以及风的垂直输送也是四川盆地O_(3)污染形成的重要原因之一。

关键词：高温干旱西太平洋副热带高压臭氧污染复合事件四川盆地

基于CMIP6模式评估结果对未来青藏高原降水多情景预估

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高原气象 2024年第1期43卷 59-72页

作者：李博渊胡芩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

青藏高原作为气候敏感区域,其降水对东亚水文循环和气候有着巨大的影响,因此对于其变化的研究十分重要。降水是全球水文循环的重要变量,是受气候变化影响的重要气候系统之一,为了探究全球气候模式对青藏高原降水的模拟能力以及探究在新... 详细信息

青藏高原作为气候敏感区域,其降水对东亚水文循环和气候有着巨大的影响,因此对于其变化的研究十分重要。降水是全球水文循环的重要变量,是受气候变化影响的重要气候系统之一,为了探究全球气候模式对青藏高原降水的模拟能力以及探究在新模式、新情景下未来降水可能变化,本文使用耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6)最新的31个气候模式逐月降水资料,以及国家气候中心所提供的CN05.1降水观测数据集,评估CMIP6模式对青藏高原降水的模拟能力,并择优选择模式在不同共享社会经济路径情景下(SharedSocioeconomicPathway,SSP)进行高原未来降水预估。结果表明:1995-2014年青藏高原观测降水分布模态特征为自东南向西北递减并且降水集中在夏季,大部分模式可以模拟出降水分布和季节性趋势但几乎都有高估降水的现象,多模式平均降水高出观测102%;总体上CMIP6最新模式对于青藏高原降水模拟能力较差,模式相对于观测的平均相对偏差指数为102%,说明大部分模式表现不理想,定量分析所有模式后选出EC-Earth3-Veg-LR, MPI-ESM1-2-LR, EC-Earth3-Veg, MRI-ESM2-0为模拟较优模式,可大致反映出青藏高原的降水特性;气候模式在SSP1-2.6情景下青藏高原降水增长最慢,SSP5-8.5增长最快;从辐射强迫较弱情景SSP1-2.6到较强情景SSP5-8.5,近期(2021-2040年)高原降水增幅在各情景下难发现较大差别,但中期(2041-2060年)和末期(2081-2100年)有明显增长,说明碳排放强度对近期影响较小而对长期影响大;未来降水增幅主要发生在念青唐古拉山以南地区,从季节性来看夏季增幅最大,其次是春季、秋季,增幅最小的是冬季,因此应当注重青藏高原未来夏季和春季的降水变化,做好应对措施。

关键词：青藏高原 CMIP6模式评估未来预估

西南地区2000-2020年植被覆盖度时空变化与影响因素分析

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高原气象 2024年第1期43卷 264-276页

作者：刘雨亭王磊李谢辉郭蕾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

西南地区是我国重要的生态安全屏障区,也是生态脆弱和气候敏感区。本文基于MOD13A3的NDVI数据集,利用像元二分模型首先计算了西南五省市区2000-2020年西南整体和分省市区年、生长季和四季的平均植被覆盖度FVC(Fractional Vegetation Cov... 详细信息

西南地区是我国重要的生态安全屏障区,也是生态脆弱和气候敏感区。本文基于MOD13A3的NDVI数据集,利用像元二分模型首先计算了西南五省市区2000-2020年西南整体和分省市区年、生长季和四季的平均植被覆盖度FVC(Fractional Vegetation Cover),并对不同时间尺度的FVC进行了时空变化特征分析,然后利用ERA5的气温、 GPCP卫星降水和DEM等资料,对过去21年影响西南地区FVC变化的主要影响因素进行了讨论,最后利用Hurst指数对FVC的未来变化趋势进行了预测。结果表明:(1)2000-2020年以来,西南地区东部FVC整体呈增加趋势,尤其在重庆和贵州增加最快,西藏地区总体呈下降趋势。(2)西南地区FVC在空间上总体呈现东高西低的特点,2000-2020年平均FVC为0.46,在年际空间变化上FVC的上升区域占西南地区总面积的43.9%,下降区域占53.5%。(3)降水对FVC起促进作用,气温在不同地区则表现出不同的影响。(4)人类活动对FVC的影响很大,对植被的促进、抑制和无影响区域分别占栅格百分比的40.4%、 47.6%和12.0%。(5)高程和不同时间尺度的FVC都显著相关,但都呈现出极显著的下降趋势;不同时间尺度的FVC随坡度增加都显著增加,但当坡度大于25°后FVC会逐渐减小;坡向对西南地区FVC的影响相较于坡度、高程和气候因子的影响并不显著。(6)未来西藏、西南地区东部的四川、云南和贵州交界处的FVC整体将呈增加趋势,而四川西部和横断山脉的大部分地区将呈减少趋势。研究结果能为西南地区生态保护方案的制定提供数据支撑和科学指导。

关键词：植被覆盖度气候因子地形因子人类活动 Hurst指数西南地区

地基微波遥感监测若尔盖高原高寒草原表层土壤冻融状态研究

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遥感技术与应用 2024年

作者：葛翔宇文军蒋雨芹张强黄云陈怡璇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

青藏高原作为地球第三极，其区域内的土壤冻融循环在气候变化研究中至关重要。为探究L波段地基微波辐射计观测数据识别土壤冻融过程的技术方法并揭示黄河源区草地土壤冻融过程的年内循环特征，基于青藏高原东北部黄河源区玛曲土壤湿度... 详细信息

青藏高原作为地球第三极，其区域内的土壤冻融循环在气候变化研究中至关重要。为探究L波段地基微波辐射计观测数据识别土壤冻融过程的技术方法并揭示黄河源区草地土壤冻融过程的年内循环特征，基于青藏高原东北部黄河源区玛曲土壤湿度土壤温度监测网(Soil Moisture and Soil Temperature observation networks, SMST)的观测资料与地基微波辐射计(ELBARA-Ⅲ型，L波段)观测得到的双极化微波亮度温度，通过土壤冻融的传统判别方法与冻结因子(Frost Factor,FF)识别法，分别分析两种数据表征的土壤冻融过程的年内变化特征，并对两种分析结果进行验证与讨论。结果表明：地基微波辐射计观测数据监测表层土壤冻融状态的结果与浅层土壤温度和湿度表征的土壤冻融过程基本一致。在四种冻结因子法中，以极化比值冻结因子(Polarization Ratio Frost Factor,FFPR)和双角度双极化冻结因子(Combined Dual Polarization Difference Frost Factor,FFCDPD)对识别土壤冻融状态的适用性最强。当地基微波辐射计的入射角为50°时，可选取FFCDPD作为该角度下的最优冻结因子，其判别该区域冻融期的准确率为84.2%；当入射角为40°或60°时，可选取FFPR作为最优冻结因子，判别冻融期的准确率为91.4%、91.2%。在土壤发生融化向冻结或冻结向融化转换时，相比于完全冻结/融化状态下土壤层中的液态水含量迅速降低/上升，垂直极化和水平极化下的亮温同时下降/上升，极化亮温差值在40.0 K-75.0 K之间。因此，利用不同冻结因子和地基微波辐射计观测数据可以有效识别下垫面土壤的冻融状态。本研究结果可为卫星微波遥感识别高寒草原土壤冻融和水分循环提供科学参考。

关键词：地基微波辐射计 L波段土壤冻融高寒草地

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江西省地闪特征及其与雷达特征量关系研究

气象 2024年第5期50卷 591-602页

作者：丁艺涵支树林许东蓓燕若彤常秉松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成都610225 江西省气象台南昌330096

利用2013—2020年3—9月江西省多普勒天气雷达和地闪观测资料,对地闪分布特征及其与雷达主要特征量之间的关系进行统计分析。结果表明:江西省地闪频数从东北到西南逐渐减小,其北部鄱阳湖平原为地闪频数高值区;地闪频数具有明显的季节变... 详细信息

利用2013—2020年3—9月江西省多普勒天气雷达和地闪观测资料,对地闪分布特征及其与雷达主要特征量之间的关系进行统计分析。结果表明:江西省地闪频数从东北到西南逐渐减小,其北部鄱阳湖平原为地闪频数高值区;地闪频数具有明显的季节变化和日变化特征,总地闪频数在16:00达到一天的峰值;地闪频数与低层(3 km)雷达回波强度的关系可用对数拟合方程来描述,地闪频数与低层雷达回波面积的变化趋势正相关,回波越强相关性越强,但二者存在位相差,地闪增加先于回波面积增加的情况约占57%~60%,大多数情况下可在18 min内发现两者均有增加;箱线图特征显示,随着回波强度增大,地闪发生时的回波伸展高度相应减小,而回波厚度略增大,从而得出不同强度回波的地闪发生格点周围10 km半径范围的雷达回波特征。

关键词：地闪雷达回波特征分析