京津冀持续性灰霾天气发生的环境气象条件研究

Based on longtime measurement data and NCEP reanalysis data, temporal and spatial evolution characteristics of persistent haze and its relation with climate change in Beijing-Tianjin-Hebei region would be analyzed. The meteorological mechanism of the continuous haze formation in different seasons in Beijing-Tianjin-Hebei region will be discussed, by using the radiometer, wind profile radar and the conventional observation data, as well as atmospheric composition monitoring data. Moreover, Granger causal relation test will be applied to determine the major meteorology control factors for haze formation and preserve, as well as their critical values. Furthermore, the atmospheric boundary layer dynamic and thermal effects which originated from the city scale circulation superimposed on a large-scale environment to make haze pollution persistent will be discussed though numerical sensitive experiments, by using GIS dataset of the new underlying surface in Beijing-Tianjin-Hebei region extracted from Landsat TM satellite data, and the North China regional air quality forecasting model that coupling of the city canopy model (WRF-Chem). This study will help to understand temporal and spatial evolution characteristics, formation mechanism and its relationship with climate change of persistent haze in Beijing-Tianjin-Hebei region. Moreover, it will contribute to further understand dynamic and thermal effects of city scale circulation influencing on the haze pollution. The actual forecasting and warning in response to the haze would be benefited from study results, which further enhance the capacity to respond to climate change and provide scientific supports for formulating reasonable city development planning.

应用长时间观测及NCEP再分析资料，分析京津冀区域持续性霾天气的时空演变特征及其与区域气候变化的联系。基于高时空精度的微波辐射仪、风廓线及常规气象资料、大气成分观测结果，分析京津冀不同季节持续性霾污染形成的气象机制。并应用格兰杰因果检验方法确定霾形成和维持的主要气象控制因子。改进华北区域空气质量预报模式WRF-Chem，结合Landsat TM卫星资料提取的最新下垫面GIS数据集，在其陆面过程中耦合城市冠层模式IUM。通过数值敏感性试验，探讨叠加在大尺度环境中的城市尺度环流产生持续性霾污染的大气边界层动力和热力作用。该研究将使我们对京津冀持续性霾的时空演变特征、形成机制及其与区域气候变化间的联系有更清晰的认识，对城市尺度环流影响霾污染的动力和热力学作用有更深刻的了解。这将有助于在实际预报预警中更好的对霾天气作出响应，为进一步提升城市应对气候变化能力及合理制定城市发展规划提供科学参考。

当前，大气环境健康风险已成为影响人们生活质量的重要因素之一，其发生和演变离不开适合的气象条件。开展我国雾霾天气的历史演变与气象条件关系的研究，认识气象控制因子在其中的关键作用，对于提升霾的预报预警水平具有重要意义。. 本项目的主要研究内容包括：（1）京津冀持续性霾演变特征及其与区域气候变化的关系；（2）京津冀不同季节持续性霾污染形成的天气尺度分析；（3）霾形成和维持时主要气象控制因子；（4）城市尺度环流产生霾污染的大气边界层动力和热力作用分析。本项目取得的主要成果如下：（1）整理了一套具有较高质量的京津冀主要城市霾天气历史数据集；（2）量化了京津冀持续性霾的时空演变特征及城、郊差异，明确了霾日与主要气象影响因子间的关联性；（3）在天气及气候尺度上建立了影响京津冀持续性霾过程的概念模型，提出了大尺度海洋增暖影响京津冀冬季持续性霾事件的一种新机制；（4）揭示了山谷风环流、城市热岛环流对区域霾污染的影响过程；（5）细化了环北京主要城市PM2.5的城际输送特征，探讨了气溶胶与城市热岛效应、降水过程的相互作用机制；（6）项目组成员作为一作（通讯作者）已发表相关研究论文15篇，其中国外SCI论文6篇，国内核心期刊9篇。（7）项目组1人获得研究员任职资格，1人获得正高级工程师任职资格，合作培养硕士生1名，1人获得2018年度国家公派留学资格。. 项目研究加深了我们对京津冀持续性霾的时空演变特征、形成机制、关键气象控制因子及其与区域气候变化间的联系有更清晰的认识；对城市尺度环流影响霾污染的动力和热力学作用有更深刻的了解。将有助于在实际预报预警中更好的对霾天气作出响应，为进一步提升城市应对气候变化能力及合理制定城市发展规划提供科学支撑。