#大气科学#【论文推荐|2016年北京“7•20”特大暴雨降水物理过程模拟诊断研究】
作者 陆婷婷、崔晓鹏
doi:10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20232
摘要 利用WRF模式，结合三维降水诊断方程，对2016年北京“7•20”特大暴雨过程主降水时段的强降水物理过程开展了高分辨率模拟诊断分析。结果显示：降水峰值时刻前，强盛水汽辐合支撑强降水，同时加湿大气，后期，水汽辐合显著减弱，降水造成局地大气中水汽含量明显减少；降水峰值时刻前，水汽辐合、凝结和液相水凝物辐合共同助力强降水云系快速发展，后期，动力辐合作用减弱以及水凝物持续消耗和辐散，导致水凝物含量显著减少，降水系统逐步瓦解；主降水时段，垂直上升运动强度和垂直扩展范围逐步增大，并在降水峰值时刻达最大，之后减弱收缩；上升运动峰值高度从初期位于零度层上逐步降到零度层附近，进而回落到零度层之下，伴随“弱—强—弱”的降水强度变化；上升运动控制下，水凝物含量变化明显，但不同水凝物变化幅度不一，霰粒子和雨滴增幅最显著，并于降水峰值时刻含量达最大，随后减小，其他水凝物由于微物理转化和动力辐散等过程，导致其含量的变化幅度弱于上述两者。本文研究同时指出，不同微物理参数化方案对“7•20”特大暴雨强降水物理过程的可能影响以及不同强度降水物理过程的差异，值得深入研究。
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作者 陆婷婷、崔晓鹏
doi:10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20232
摘要 利用WRF模式，结合三维降水诊断方程，对2016年北京“7•20”特大暴雨过程主降水时段的强降水物理过程开展了高分辨率模拟诊断分析。结果显示：降水峰值时刻前，强盛水汽辐合支撑强降水，同时加湿大气，后期，水汽辐合显著减弱，降水造成局地大气中水汽含量明显减少；降水峰值时刻前，水汽辐合、凝结和液相水凝物辐合共同助力强降水云系快速发展，后期，动力辐合作用减弱以及水凝物持续消耗和辐散，导致水凝物含量显著减少，降水系统逐步瓦解；主降水时段，垂直上升运动强度和垂直扩展范围逐步增大，并在降水峰值时刻达最大，之后减弱收缩；上升运动峰值高度从初期位于零度层上逐步降到零度层附近，进而回落到零度层之下，伴随“弱—强—弱”的降水强度变化；上升运动控制下，水凝物含量变化明显，但不同水凝物变化幅度不一，霰粒子和雨滴增幅最显著，并于降水峰值时刻含量达最大，随后减小，其他水凝物由于微物理转化和动力辐散等过程，导致其含量的变化幅度弱于上述两者。本文研究同时指出，不同微物理参数化方案对“7•20”特大暴雨强降水物理过程的可能影响以及不同强度降水物理过程的差异，值得深入研究。
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#大气科学#【论文推荐|理想模拟的温带气旋中冷暖输送带特征分析】
作者 王迪、张熠、储可宽、王新敏
doi:10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20190
摘要 本文利用WRF理想斜压波模式模拟了理想湿大气中温带气旋的快速发展过程，采用拉格朗日轨迹筛选方法识别了气旋内部冷、暖输送带结构，分析了沿着输送带轨迹的物理量演变特征，探究了输送带气流对气旋降水结构的影响。本文在再现前人研究结论的基础上，发现了更精细的输送带结构特征，尤其是对冷输送带特征有了进一步认识。研究表明，根据相对气旋中心运动特征可将暖输送带划分为“前倾上升”和“后倾上升”两支。两支气流均起始于对流层低层冷锋前暖区内，旋转上升到对流层中高层出流区后分别向气旋中心的下游和上游运动，并在中高层产生负位涡扰动，促进高空系统发展。同时，暖输送带向上层输送水汽，影响锋面附近降水中心的形成和维持。在对冷输送带的研究中，本文证实了前人研究描述的上升类和低层运动类特征，而且发现其可以更精细地呈现出四支气流结构。“前倾上升”和“后倾上升”两支气流的初始位置靠近暖锋，上升运动到对流层中层后分别向气旋中心的下游和上游运动，利于促进暖锋附近降水形成；而“环气旋前倾”和“环气旋后倾”两支气流始终在对流层低层运动，初始远离暖锋朝向气旋中心运动，水汽含量增加，随后环绕气旋中心缓慢上升运动到气旋西侧后分别向气旋下游和上游下沉，这两支气流导致了气旋西北侧弱降水的发生。
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作者 王迪、张熠、储可宽、王新敏
doi:10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20190
摘要 本文利用WRF理想斜压波模式模拟了理想湿大气中温带气旋的快速发展过程，采用拉格朗日轨迹筛选方法识别了气旋内部冷、暖输送带结构，分析了沿着输送带轨迹的物理量演变特征，探究了输送带气流对气旋降水结构的影响。本文在再现前人研究结论的基础上，发现了更精细的输送带结构特征，尤其是对冷输送带特征有了进一步认识。研究表明，根据相对气旋中心运动特征可将暖输送带划分为“前倾上升”和“后倾上升”两支。两支气流均起始于对流层低层冷锋前暖区内，旋转上升到对流层中高层出流区后分别向气旋中心的下游和上游运动，并在中高层产生负位涡扰动，促进高空系统发展。同时，暖输送带向上层输送水汽，影响锋面附近降水中心的形成和维持。在对冷输送带的研究中，本文证实了前人研究描述的上升类和低层运动类特征，而且发现其可以更精细地呈现出四支气流结构。“前倾上升”和“后倾上升”两支气流的初始位置靠近暖锋，上升运动到对流层中层后分别向气旋中心的下游和上游运动，利于促进暖锋附近降水形成；而“环气旋前倾”和“环气旋后倾”两支气流始终在对流层低层运动，初始远离暖锋朝向气旋中心运动，水汽含量增加，随后环绕气旋中心缓慢上升运动到气旋西侧后分别向气旋下游和上游下沉，这两支气流导致了气旋西北侧弱降水的发生。
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【地球环境研究所在关中地区臭氧污染形成机制方面取得进展】
随着我国大气污染控制的进程，二次污染物逐渐成为影响空气质量的重要影响因素，大气污染呈现颗粒物与臭氧（O3）复合污染特征。关中地区是我国西北地区重要的人口聚集地，近年来O3污染已成为影响本区域空气质量及人体健康的重要因素。然而，关中地区缺乏系统的O3污染形势梳理，缺少区域大气挥发性有机物（VOCs）及其他O3前体物的整体观测，从而制约了对O3污染形成机制的深入理解。
近期，中国科学院地球环境研究所黄宇团队基于国控站大气O3历年观测数据，梳理了关中地区近年来O3污染趋势，开展西安市、咸阳市、渭南市、韩城市、宝鸡市及秦岭背景区同步大气VOCs系统观测，综合分析关中地区O3污染形势及其形成机制。
关中地区O3整体呈现持续恶化趋势。观测数据显示，2014年以来，关中城市地区大气O3浓度以3.9至6.4微克/立方米/年的速度快速升高。气象因素为O3逐年恶化的重要因素之一，如2014年至2017年关中地区夏季出现持续高温、低湿气象条件，极端污染事件中O3浓度连续升高，而2018年后夏季降水增加，O3极端污染形势有所缓解（图1）。
机动车排放为大气VOCs主导排放源。近年关中地区机动车保有量持续升高，从而引起VOCs、NOx等O3前体物浓度持续排放，这是引起O3年均值呈逐年持续上升的重要因素。其中，大气VOCs高值主要出现于典型的人居区与工业区，VOCs日变化趋势呈现早晚高峰值，表明机动车排放为关中城市区主导的VOCs排放源。
区域输送过程在O3污染过程中起到重要作用。关中地区O3污染具有区域污染特征，典型O3污染事件中，大气中多类VOCs在夜间时段多次出现快速累积现象，同期形成大气O3浓度升高趋势。基于WRF模式分析结果，研究发现从西安北部及西部传输至关中腹地的气团是形成此现象的重要原因，此类气团在到达关中腹地之前经过秦岭原始森林及关中东部的工业区，从而形成关中地区VOCs及O3的累积。
大气中非甲烷烃类VOCs的来源主要为交通源（40%-46%）、燃料挥发（10%-16%）、溶剂挥发（11%-26%）；大气中含氧VOCs的主要来源为交通源（~45%）、溶剂挥发（26%-86%）与二次形成过程（5%-34%）（图4）。
本研究梳理了关中地区近地表O3历年变化趋势，开展系统大气VOCs时空分布观测，发现交通源、溶剂源排放及区域输送为关中地区近地表O3污染的重要原因，为区域O3污染控制提供关键的技术支撑。
该研究成果2021年12月29日在线发表于Journal of Hazardous Materials，受到科学技术部大气污染成因与控制技术研究专项、纳米专项（2017YFC0212200，2016YFA0203000）、国家自然科学基金委青年基金（41701565）和中国科学院西部青年学者项目（XAB2019B06）资助。
原文链接：
https://t.cn/A66CpRur
随着我国大气污染控制的进程，二次污染物逐渐成为影响空气质量的重要影响因素，大气污染呈现颗粒物与臭氧（O3）复合污染特征。关中地区是我国西北地区重要的人口聚集地，近年来O3污染已成为影响本区域空气质量及人体健康的重要因素。然而，关中地区缺乏系统的O3污染形势梳理，缺少区域大气挥发性有机物（VOCs）及其他O3前体物的整体观测，从而制约了对O3污染形成机制的深入理解。
近期，中国科学院地球环境研究所黄宇团队基于国控站大气O3历年观测数据，梳理了关中地区近年来O3污染趋势，开展西安市、咸阳市、渭南市、韩城市、宝鸡市及秦岭背景区同步大气VOCs系统观测，综合分析关中地区O3污染形势及其形成机制。
关中地区O3整体呈现持续恶化趋势。观测数据显示，2014年以来，关中城市地区大气O3浓度以3.9至6.4微克/立方米/年的速度快速升高。气象因素为O3逐年恶化的重要因素之一，如2014年至2017年关中地区夏季出现持续高温、低湿气象条件，极端污染事件中O3浓度连续升高，而2018年后夏季降水增加，O3极端污染形势有所缓解（图1）。
机动车排放为大气VOCs主导排放源。近年关中地区机动车保有量持续升高，从而引起VOCs、NOx等O3前体物浓度持续排放，这是引起O3年均值呈逐年持续上升的重要因素。其中，大气VOCs高值主要出现于典型的人居区与工业区，VOCs日变化趋势呈现早晚高峰值，表明机动车排放为关中城市区主导的VOCs排放源。
区域输送过程在O3污染过程中起到重要作用。关中地区O3污染具有区域污染特征，典型O3污染事件中，大气中多类VOCs在夜间时段多次出现快速累积现象，同期形成大气O3浓度升高趋势。基于WRF模式分析结果，研究发现从西安北部及西部传输至关中腹地的气团是形成此现象的重要原因，此类气团在到达关中腹地之前经过秦岭原始森林及关中东部的工业区，从而形成关中地区VOCs及O3的累积。
大气中非甲烷烃类VOCs的来源主要为交通源（40%-46%）、燃料挥发（10%-16%）、溶剂挥发（11%-26%）；大气中含氧VOCs的主要来源为交通源（~45%）、溶剂挥发（26%-86%）与二次形成过程（5%-34%）（图4）。
本研究梳理了关中地区近地表O3历年变化趋势，开展系统大气VOCs时空分布观测，发现交通源、溶剂源排放及区域输送为关中地区近地表O3污染的重要原因，为区域O3污染控制提供关键的技术支撑。
该研究成果2021年12月29日在线发表于Journal of Hazardous Materials，受到科学技术部大气污染成因与控制技术研究专项、纳米专项（2017YFC0212200，2016YFA0203000）、国家自然科学基金委青年基金（41701565）和中国科学院西部青年学者项目（XAB2019B06）资助。
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