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行业专项成果综述-京津地区低能见度雾霾天气监测与预报研究

发布者:张岳   来源:   发布时间:2020/4/28 16:55:55   标签:   浏览次数:3074

项目编号GYHY200806001

研究周期2008年10月-2012年10月

国拨经费778万元

项目负责人】郭学良

项目骨干成员】郭学良、王体健、张  蔷、付丹红、石立新、靳瑞军、何  晖、苏正军、方春刚、胡朝霞

项目承担单位中国气象科学研究院

项目协作单位】南京大学、南京信息工程大学、中国科学院大气物理研究所、北京市人工影响天气办公室、河北省人工影响天气办公室、天津市人工影响天气办公室

主要研究成果

一、主要成果简介

1.基于综合观测和理论研究,提出了雾霾分级指标体系

雾天气:符合相对湿度大于90%,细颗粒物日平均值小于50μg/m3,能见度小于1km。依据能见度大小,进一步将雾分成四级:轻雾(能见度介于500m1km之间);中雾(能见度介于500m50m之间);重雾(能见度小于50m)。

雾霾混合天气:符合相对湿度介于80%90%之间,细颗粒物浓度日平均值介于50μg/m365μg/m3之间,能见度介于1km2km之间。

霾天气:符合相对湿度小于80%,细颗粒物浓度日平均值大于65μg/m3,能见度小于10km。依据能见度的大小,进一步将霾分成四级:轻霾(能见度介于7km10km),中霾(能见度介于4km7km),重霾(能见度介于2km4km),超重霾(能见度小于2km)。

在历史观测中,一般对霾的判别标准是能见度小于10km,相对湿度小于60%,雾是相对湿度大于60%,从项目研究结果看,是不符合实际情况的。新的分级指标是建立在对颗粒物、能见度、相对湿度等综合观测基础上,因此更为科学。

2.揭示了霾气溶胶对云雾形成的影响

我国有关霾气溶胶对云雾的影响研究很少。2012年度通过综合观测实验和WRF-CHEM 数值模式,揭示了霾气溶胶对云雾形成的影响。研究结果表明,在考虑污染排放源后,模式模拟的雾的空间分布和强度变化与卫星、能见度仪和微波辐射计的观测值更为接近。污染条件背景场下的边界层结构更有利于大雾形成,大气污染物的存在可增大雾的范围(最大可增大雾的范围达50%),增加雾的、强度(最大可增加5倍),可延长和持续时间(可延长1.5h)。由于污染物可增加了雾凝结核(FCN)数浓度,使雾滴数浓度显著增加,有利于雾的增强。同时,污染物通过影响雾滴的凝结过程和潜热释放过程,对长波辐射降温和湍流过程有重要影响,使边界层的热力和动力结构更有利于雾的增强和发展。

3.新型城市霾天气预测的数值模型系统的建立和应用

过去对霾的预报,在模式中所包含的气溶胶过程很简单,新的预报模式包含了二次气溶胶的形成过程,更符合实际情况。

项目以新一代的天气研究预报-化学模式WRF-CHEM为基础,开发了城市霾天气预报系统,并进行了回顾预报和实时预报试验,检验了预报系统的性能。所开发的区域大气环境模式系统RegAEMS在山西省空气质量预报中得到应用,今后还将应用于江苏、浙江等省的空气质量及灰霾预报业务当中。所开发的新一代气象化学模式系统WRF-CHEM在上海、南京灰霾预报中得到应用,上海环境监测中心已把该模式作为世博会空气质量保障的业务预报模式之一。该系统对城市地区气象要素、主要大气污染物浓度和能见度具有较好的预测能力,可以实现48小时动态化预报,预报准确率达到70%以上。

二、成果的技术特点、创新性和成熟度

新的雾霾分级指标体系的建立主要考虑了细颗粒物的质量浓度,目前业务使用的雾霾识别体系主要依据相对湿度和能见度,在城市污染地区此识别有局限性,无法描述雾霾混合天气,相对湿度高的情况下应以雾霾混合为主,而不仅仅是雾天气。新的雾霾分级指标体系考虑了细颗粒污染物的质量浓度,更为科学和符合实际。但由于常规气象站一般并没有设细颗粒物的观测系统,随着细颗粒物观测系统的普及,新的雾霾分级指标才能完全应用。 

成果应用情况

一、成果的转化和应用情况

项目部分成果开展了应用,如关于京津地区雾的形成、种类等机理研究,对人工消减雾霾的可能性提供了科学依据。另外,项目研制的区域大气环境模式系统RegAEMS在山西省空气质量预报中得到应用,今后还将应用于江苏、浙江等省的空气质量及灰霾预报业务当中。所开发的新一代气象化学模式系统WRF-CHEM在上海、南京灰霾预报中得到应用,上海环境监测中心已把该模式作为世博会空气质量保障的业务预报模式之一。

二、成果对业务进步的贡献与效果

项目成果对于了解京津、长三角洲地区雾霾天气的形成机理,提高预报和防御能力具有重要贡献。我国雾霾呈现多发、重发趋势,但系统性的科学观测试验较少,相关科学数据少,不利于雾霾形成机理的研究。本项目开展了较为长期的科学观测试验,采用了国际先进的观测系统,取得了宝贵的观测数据和结果。

项目研究成果对于提高京津、长三角洲雾霾的预报水平和人工消减雾霾的可行性均提供了重要科学基础和依据。

项目研发的雾霾数值预报系统RegAEMS在山西省空气质量预报中得到应用,今后还将应用于江苏、浙江等省的空气质量及灰霾预报业务当中。所开发的新一代气象化学模式系统WRF-CHEM在上海、南京灰霾预报中得到应用,上海环境监测中心已把该模式作为世博会空气质量保障的业务预报模式之一。预报效果良好,应用前景广泛。

 

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