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沙尘气溶胶影响新疆对流云降水的数值模拟研究

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大气科学 2024年第3期48卷 1173-1188页

作者：孙博爱银燕陈倩况祥陈泔真邹泽庸南京信息工程大学/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 中国气象局云雾物理环境重点开放实验室北京100081

为研究沙尘气溶胶层对云和降水的影响,本文使用耦合了分档云微物理方案(SBM)的Weather Research and Forecast Forecasting model(WRF)高分辨率天气模式(WRF-SBM),模拟了2016年7月8日发生在新疆阿克苏地区的一次强对流天气过程,并分别... 详细信息

为研究沙尘气溶胶层对云和降水的影响,本文使用耦合了分档云微物理方案(SBM)的Weather Research and Forecast Forecasting model(WRF)高分辨率天气模式(WRF-SBM),模拟了2016年7月8日发生在新疆阿克苏地区的一次强对流天气过程,并分别讨论了处于不同高度的沙尘层对云动力、微物理和降水形成过程中的作用。结果表明:沙尘层处于对流层中低层时,沙尘气溶胶作为云凝结核(cloud condensation nuclei,CCN)对云微物理过程的影响比其处于中高层时更明显,沙尘气溶胶使得CCN增加,云滴数浓度增加,云滴有效半径减小,降水延迟;而沙尘层处于对流层中高层时,沙尘气溶胶作为冰核(ice nuclei,IN)对云微物理过程影响更明显,沙尘气溶胶使得IN浓度增加,冰晶数量增加,雪、霰、雹的凇附增长率增加,参与融化过程的冰相粒子增多,降雨率增大。本文仅讨论了发生在新疆的这次对流天气过程对处于不同高度的沙尘气溶胶层的可能响应,要全面认识沙尘气溶胶对不同类型云降水过程的影响,需要进行更多的、有观测资料约束的模拟研究。

关键词：沙尘气溶胶分档微物理方案对流云

2019—2022年春节时期长三角地区大气污染状况分析

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环境化学 2024年

作者：李蓂萱康娜张嘉月张佳欣张乐然南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室

为了分析2019—2022年长三角地区春节时期大气质量状况及影响因素，本研究对污染物的时空特征进行了定性分析，并使用气象标准化方法结合机器学习方法对排放和气象因素对污染的影响进行了定量分析.结果表明，春节时段空气质量逐年改善... 详细信息

为了分析2019—2022年长三角地区春节时期大气质量状况及影响因素，本研究对污染物的时空特征进行了定性分析，并使用气象标准化方法结合机器学习方法对排放和气象因素对污染的影响进行了定量分析.结果表明，春节时段空气质量逐年改善，重度污染天气占比逐年减小. PM10、PM2.5、SO2和CO浓度均出现了下降趋势，O3浓度逐年上升.时间分布上，PM2.5、PM10和CO变化特征相似，O3具有明显日变化波动，且四年间波动的振幅有所增加，在春节时段变化主要呈现单峰特征，NO2的变化趋势与O3相反.研究时段内PM2.5/PM10浓度数值均大于60%，说明PM2.5来源中二次气溶胶贡献与一次污染物贡献相比较大.根据三种评价指标的综合分析，随机森林模型对于污染物浓度预测有着较高的准确度，其中对于PM2.5的预测较为准确，2019—2022年的R2依次为0.77、0.77、0.71和0.69，但对污染严重时期的预测准确性较低.平均特征重要性中纬度（17.93%）、小时数（11.24%）、海平面气压（9.60%）和日数（9.28%）为主要影响因子，说明时空因素对于污染物浓度分布格局有着强作用.2019年到2022年排放作用对于污染物浓度有着显著的影响，但气象因素对于排放常有着明显的抵消作用，且气象因素影响占比在逐步加大.对于后续污染防控，应该重视气象条件影响，并注意控制二次污染物生成，增强区域协同治理.

关键词： COVID-19 春节污染特征气象因素随机森林模型

2000—2021年中国典型地区大气降水化学与沉降特征

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中国环境科学 2024年

作者：程昳璇关净文浮天蒋伯琪陈倩于兴娜南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室

基于2000～2021年中国东北、华北、华东、东南、西北、西南六个区域10个城市的大气降水组分资料，针对各地区降水量、pH值、降水电导率、水溶性离子浓度及其氮硫湿沉降特征开展了长期变化特征研究，分析了典型地区降水组分的离子中和特... 详细信息

基于2000～2021年中国东北、华北、华东、东南、西北、西南六个区域10个城市的大气降水组分资料，针对各地区降水量、pH值、降水电导率、水溶性离子浓度及其氮硫湿沉降特征开展了长期变化特征研究，分析了典型地区降水组分的离子中和特性.结果表明:2000～2021年中国各研究站点pH值总体呈上升趋势，但重庆和上海地区的年均pH值至今未达到5.6.济南、西安和重庆站电导率呈现出较明显的下降趋势.西北地区陆源性特征较为明显，Ca2+浓度较高(可达1035.2 μeq/L);NO3-浓度在重庆地区有上升趋势，这与城市机动车保有量的逐年增长有关;而NH4+在各个地区均有下降;东南地区受海盐影响，Na+和Cl-的浓度相对较高.西北和西南地区的硫、氮湿沉降量明显高于东南地区，NH4+-N/NO3--N各地区均呈下降趋势，但该比值年平均值均大于1，说明大气降水中氮沉降以还原态氮为主.东南地区的降水酸度相对较高，然而酸性离子(SO42-和NO3-)浓度却较低，说明降水酸度还会受到碱性离子(Ca2+和NH4+)的影响.在厦门和西安NO3-、NSS-SO42-和NH4+浓度年变化很小，而pH值、中和潜力和酸化潜力的比值(NP/AP)有明显上升趋势;但西安NP/AP值明显较高，反映西安土壤尘埃中的中和成分贡献率要高于东南地区.

关键词：降水化学时空分布中和能力硫沉降氮沉降

河北省一次层状云冰相粒子及融化层微物理特性研究

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气象学报 2024年第1期82卷 95-112页

作者：熊婧媛刘晓莉王静楚志刚中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京信息工程大学南京210044

层状云中冰粒子、融化层及以下粒子微物理特性演变规律的科学认识对于中国云降水参数化、降水预报及人工影响天气研究具有重要意义。利用2019年8月24日河北省一次层状云飞机观测资料,分析云中负温层、融化层及以下粒子群微物理特性的演... 详细信息

层状云中冰粒子、融化层及以下粒子微物理特性演变规律的科学认识对于中国云降水参数化、降水预报及人工影响天气研究具有重要意义。利用2019年8月24日河北省一次层状云飞机观测资料,分析云中负温层、融化层及以下粒子群微物理特性的演变。研究表明,云中负温层冰相粒子以聚合体为主,部分区域存在霰粒子。云中冰相粒子通过凇附、碰连和贝吉龙过程增长。相对来说,上升气流较强及相对湿度较高云区的冰相粒子数浓度较高、粒子谱较宽。融化层中,中等大小粒子数浓度存在增大趋势,说明融化层中不同粒径冰相粒子的融化速率存在差异。研究发现,高相对湿度区(RH≥95%)粒子融化速率较低相对湿度区(RH降水粒子谱分布的截距大于低相对湿度区,斜率与低相对湿度区接近。融化层降水粒子负指数谱分布的截距与斜率均大于负温层,0℃层高度以下HVPS探测到的粒子谱分布参数N_(0)与λ呈正相关,线性函数能较好地拟合二者的关系。对于D_(max)大于1000μm的降水粒子,谱参数λ与D_(max)呈负相关,幂函数能较好地拟合二者的关系。数值研究发现,0℃层之下云内存在混合相态粒子,观测和模拟结果均发现0℃层之下中等大小的粒子数浓度更高。分档方案数值模拟得到的降水粒子平均谱的截距与观测资料一致,但斜率大于观测结果。研究结合飞机观测资料与模式,对云内融化层中粒子微物理特性有了更加深入的认识。

关键词：层状云飞机观测冰相粒子微物理特性融化层

2008～2020年重庆城市站点降水污染及湿沉降通量的演变特征和影响因素

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地球与环境 2024年

作者：沈利娟刘常悦王红磊刁一伟施双双赵天良南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室无锡学院大气与遥感学院

基于东亚酸沉降监测网(EANET)观测数据，结合气象数据和社会经济数据，分析了2008～2020年重庆市降水中电导率、pH值和水溶性离子浓度及沉降量的演变特征和影响因素。结果表明：2008～2020年重庆市降水的pH、电导率、水溶性离子、硫湿... 详细信息

基于东亚酸沉降监测网(EANET)观测数据，结合气象数据和社会经济数据，分析了2008～2020年重庆市降水中电导率、pH值和水溶性离子浓度及沉降量的演变特征和影响因素。结果表明：2008～2020年重庆市降水的pH、电导率、水溶性离子、硫湿沉降通量、硝态氮湿沉降通量和铵态氮湿沉降通量平均值分别为5.33、8.64 mS/m、37.03 mg/L、2 731 kg/(km2·a)、273 kg/(km2·a)和1 748 kg/(km2·a)。降水中水溶性离子浓度大小排序为：SO42–>NO3~–>Ca2+>NH4+>Cl~–>K+>Mg2+>Na+>F，其中SO42–、NO3~–、Ca2+和NH4+分别占总离子浓度的45.2%、23.9%、13.0%和11.7%。降水污染存在显著的年际和逐月变化，年际变化主要受到污染物排放源的影响，逐月变化则主要受气象条件的影响。2008～2014年强酸性降雨占比(52.37%)较高，降水污染较重；2015～2020年强酸性降雨占比显著降低(3.74%)，降水污染显著改善。2008～2010年为硫酸型降水，在2011～2020年为硫酸、硝酸混合型降水。夏季降水较多、大气扩散条件较好，降水中的污染物浓度较低，降水电导率最低，pH最高；冬季反之，降水电导率最高，pH最低。不同水溶性离子浓度占比的逐月变化较小。污染物的浓度对湿沉降通量年际变化的影响要大于降水量的影响，降水量对湿沉降通量逐月变化的影响要大于污染物浓度的影响。

关键词：重庆大气降水酸雨湿沉降水溶性离子时间演变

杭州市大气VOCs组成特征及二次污染生成贡献

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中国环境科学 2024年第4期44卷 1921-1928页

作者：钱思瑶关净文关璐张天王蕴赟沈建东于兴娜南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室江苏南京210044 浙江省杭州生态环境监测中心浙江杭州310012

利用2021年1~12月杭州市城区大气VOCs的观测数据,分析了VOCs化学组成及其污染特征,运用正交矩阵因子分解法(PMF)进行VOCs来源解析,并利用最大增量反应活性(MIR)和气溶胶生成系数(FAC)估算VOCs的臭氧生成潜势(OFP)和二次有机气溶胶生成潜... 详细信息

利用2021年1~12月杭州市城区大气VOCs的观测数据,分析了VOCs化学组成及其污染特征,运用正交矩阵因子分解法(PMF)进行VOCs来源解析,并利用最大增量反应活性(MIR)和气溶胶生成系数(FAC)估算VOCs的臭氧生成潜势(OFP)和二次有机气溶胶生成潜势(AFP),量化评估其二次污染生成贡献.结果显示,观测期间杭州市大气VOCs体积分数均值为30.65×10^(-9),烷烃和卤代烃是其主要组分,分别占49.23%和24.47%,浓度排名前10的VOCs物种主要为C_(2)~C_(4)的烷烃、C_(7)~C_(8)的芳香烃和乙烯.源解析结果显示杭州市VOCs主要来源为燃烧源、溶剂使用源、工业排放源、油气挥发源和机动车尾气排放源.杭州市大气VOCs的总OFP为50.56×10^(-9),其中乙烯、1-乙基-3-甲基苯和甲苯是其主要贡献组分.芳香烃对AFP的贡献达到91.52%,是最重要的SOA前体物.因此,控制机动车尾气排放和溶剂使用过程中产生的VOCs对防控O_(3)污染以及SOA污染具有重要意义.

关键词：杭州挥发性有机物(VOCs) 臭氧生成潜势(OFP) 二次有机气溶胶生成潜势(AFP)

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南京地区静稳天气下局地臭氧污染光化学成因

环境科学 2024年

作者：贺婕安俊琳冯悦政朱珈莹吴玲霞南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室广东省茂名市气象局

基于2015～2021年南京市草场门(CCM)、浦口(PK)和仙林大学城(XL)这3个站点的挥发性有机物(VOCs)、常规空气污染物观测数据和ERA5气象再分析资料，利用箱式模型(OBM-MCM)研究探讨了静稳天气下臭氧(O3)超标日的O3生成消耗机制。结果表明... 详细信息

基于2015～2021年南京市草场门(CCM)、浦口(PK)和仙林大学城(XL)这3个站点的挥发性有机物(VOCs)、常规空气污染物观测数据和ERA5气象再分析资料，利用箱式模型(OBM-MCM)研究探讨了静稳天气下臭氧(O3)超标日的O3生成消耗机制。结果表明：①南京地区3个站点2015～2021年O3污染时期的静稳天数存在显著差异，其中2019年静稳天数最多，为46d(CCM)、50d(PK)和54d(XL)，占O3超标天数的66.7%(CCM)、64.9%(PK)和62.2%(XL)。②污染时期3个站点的O3生成和消耗速率存在差异，净生成速率最高值为2.5×10-9h-1(CCM)，最低值为1.4×10-9h-1(XL)。③HO2·+NO和·OH+NO2反应途径分别对O3生成和消耗贡献最大。HO2·+NO途径贡献了O3生成的69%(CCM)、68%(PK)和71%(XL)；·OH+NO2途径贡献了O3消耗的67%(CCM)、63%(PK)和62%(XL)。④3个站点在静稳天气下的O3污染主要受本地光化学反应影响，本地减排是污染控制的关键。

关键词：南京臭氧污染 MCM箱模型静稳天气臭氧生消

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基于KZ滤波和LSTM的上海市O预测模型

环境科学 2024年

作者：吴玲霞安俊琳金丹上海市环境监测中心南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室

针对臭氧长时间序列预测精度及气象特征选择问题，提出通过Kolmogorove Zurbenko(KZ)滤波分解臭氧(O3)原始序列，利用支持向量回归(SVR)改进的最大最小冗余(mRMR)方法筛选气象特征，之后采用长短期记忆网络(LSTM)实现对上海2023年5～8... 详细信息

针对臭氧长时间序列预测精度及气象特征选择问题，提出通过Kolmogorove Zurbenko(KZ)滤波分解臭氧(O3)原始序列，利用支持向量回归(SVR)改进的最大最小冗余(mRMR)方法筛选气象特征，之后采用长短期记忆网络(LSTM)实现对上海2023年5～8月静安监测站(城市)、浦东川沙(城郊)和淀山湖(郊区)的O3预测.结果表明，特征筛选得到对O3基准和短期分量的最优组合包括气压、温度、湿度、边界层高度和风向.基于LSTM模型对特征筛选后的不同时间分量进行预测，静安站、浦东川沙站和淀山湖站R2分别为0.86、0.83和0.85，RMSE分别为18.26、18.74和20.02 μg·m–3，表明通过分解原始O3序列能够提高预测精度，特征筛选后的组合能够保持模型的预测性能.

关键词： O 预测 KZ滤波 LSTM 最大最小冗余灰色关联性支持向量回归(SVR)

长三角地区2004—2022年NO柱浓度演变特征及其主要影响因素分析

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环境科学研究 2024年

作者：沈利娟刁一伟贾浩博王红磊施双双赵天良无锡学院中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室无锡学院大气与遥感学院南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室

为研究长三角地区NO2柱浓度长期的时间演变特征及其影响因素，利用OMI卫星观测的NO2柱浓度数据、GPM降水数据、MERRA-2再分析数据和社会经济数据，结合地面NO2浓度数据，分析了卫星数据与地面观测数据的一致性以及NO2柱浓度的年际、月... 详细信息

为研究长三角地区NO2柱浓度长期的时间演变特征及其影响因素，利用OMI卫星观测的NO2柱浓度数据、GPM降水数据、MERRA-2再分析数据和社会经济数据，结合地面NO2浓度数据，分析了卫星数据与地面观测数据的一致性以及NO2柱浓度的年际、月际和季节性变化特征及其主要影响因素. 结果表明：①OMI卫星观测的NO2柱浓度与地面观测的NO2浓度一致性较好，能够较好地反映地面NO2浓度分布及其时间变化特征. ②长三角地区2004—2022年NO2柱浓度主要集中在南京、常州、无锡、苏州、上海和杭州等核心城市地区；NO2柱浓度年际变化呈波动变化趋势，可分为2个阶段，2004—2011年为增加阶段，年均变化率为0.68%，2011—2022年为降低阶段，年均变化率为-4.51%. 2011年NO2柱浓度达最大值〔(12.63×1015±9.16×1015)molec/cm2〕，2022年达到最小值，仅为(7.16×1015±4.80×1015)molec/cm2. ③受气象条件和排放源的影响，导致NO2柱浓度存在明显的月际和季节性变化，呈冬季>春季≈秋季>夏季的特征，其中12月〔(20.20×1015±8.89×1015)molec/cm2〕最高，7月〔(4.81×1015±1.72×1015)molec/cm2〕最低. ④长三角地区NO2柱浓度的长期演变特征受社会经济因素的影响. 第二产业中的燃煤源和第三产业中交通运输对NO2柱浓度的影响较大，机动车排放是长三角地区核心城市群对流层NO2的重要来源. 研究显示，2004—2022年随着一系列大气污染防治措施的执行，长三角地区在经济快速发展的同时NO2柱浓度持续降低，充分证明了经济发展与环境保护可以实现良性互动.

关键词：长三角地区 NO 柱浓度时间演变影响因素社会经济因素