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京津冀城市群热岛定量评估 被引量:47
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作者 刘勇洪 房小怡 +2 位作者 张硕 栾庆祖 权维俊 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第17期5818-5835,共18页
在采用城乡二分法估算区域范围内多个城市地表热岛强度(Surface Urban Heat Island,SUHI)时,如何选择城镇化影响最小的周边乡村背景是一个技术难点,提出了一种基于地形、土地利用、植被覆盖和城市夜间灯光指数来确定乡村背景的SUHI估算... 在采用城乡二分法估算区域范围内多个城市地表热岛强度(Surface Urban Heat Island,SUHI)时,如何选择城镇化影响最小的周边乡村背景是一个技术难点,提出了一种基于地形、土地利用、植被覆盖和城市夜间灯光指数来确定乡村背景的SUHI估算方法,并建立了基于SUHI和热岛比例指数(Urban Heat Island Proportion Index,UHPI)的城市热岛强度定量评估方法。利用上述方法,基于长时间序列MODIS和NOAA卫星资料,开展了京津冀城市群11个平原城市热岛时空变化分析与评估,并开展了社会经济驱动因子对城市热岛大小的影响评估研究,同时结合未来京津冀一体化发展提出相应参考建议。研究结果表明:(1)建立的SUHI估算方法能有效监测城市群热岛年/季和昼/夜变化,近5年(2010—2014)年均SUHI≥3℃的热岛总面积1926km^2,但在热岛最强的夏季白天可达7386 km^2(占行政区域面积的5.8%);排名前四的分别是北京(2351 km^2)、天津(1883km^2)、唐山(889 km^2)和石家庄(611 km^2),显示出超大、特大城市及资源性城市贡献了大部分城市群热岛面积;各中心城区平均SUHI和UHPI分别为3.0℃和0.61,热岛评估达到较严重等级以上的城市占到73%,表明当前城市群整体热岛处于严峻现状;(2)1994、2004年和2014年夏季白天城市群强热岛面积分别为190、1975、4539 km^2,各中心城区平均SUHI分别为1.2、2.6、3.2℃,UHPI分别为0.29、0.58和0.69,热岛评估等级分别为"一般"、"较严重"和"严重"等级,反映了20年来京津冀城市群热岛迅速增强增大事实;(3)各城市年均热岛面积增加2—86 km^2/a,强热岛面积增加主要发生在超大城市,北京、天津强热岛区之间的最短空间距离从1994年的94 km逐步缩减到2014年的52 km,未来存在形成"京津区域热岛群"的可能,建议在京津之间建立"绿色生态屏障"来消除这种可能性;(4)城镇人口数、国内生产总值和用电量都极大地影响着京津冀城市热岛大小,拟合模型决定系数R2分别为0.9097、0.912和0.9661,意味着在未来京津冀一体化城市发展中可采取控制城市人口规模、减少能源消耗等措施减缓热岛效应。 展开更多
关键词 乡村背景 地表热岛强度 热岛比例指数 定量评估 经济驱动因子 京津冀城市群
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基于多源卫星资料的京津唐城市群热环境研究 被引量:17
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作者 刘勇洪 栾庆祖 +1 位作者 权维俊 张硕 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2015年第7期1150-1158,共9页
基于FY-3A/B、MODIS/Aqua、NOAA18/AVHRR等多源卫星资料,利用地表热岛强度、热岛比例指数开展了京津唐城市群热岛时空变化分析研究,并结合Landsat-TM卫星资料提取的地表参数、气候背景参数和社会经济参数等开展了地表热场的成因分析研... 基于FY-3A/B、MODIS/Aqua、NOAA18/AVHRR等多源卫星资料,利用地表热岛强度、热岛比例指数开展了京津唐城市群热岛时空变化分析研究,并结合Landsat-TM卫星资料提取的地表参数、气候背景参数和社会经济参数等开展了地表热场的成因分析研究。研究结果表明:地表热岛强度指标能有效反映京津唐城市群热岛的时空变化,热岛强度的大小与高温强弱没有直接关系,而且地表热岛强度只有在夜晚才与气温观测具有一致性,即冬季最强,夏季最弱;而在白天则呈相反规律。热岛比例指数估算显示2012年京津唐城市群热岛强度排名前3的分布是天津市辖区(0.86)、北京市辖区(0.85)和朝阳区(0.74),唐山市辖区也达到了0.50。热场成因分析表明不透水盖度是城市热岛差异的最重要下垫面因子,遥感陆表温度较现有气象观测更能显示城市热岛的空间分布,城市热岛强弱与国民生产总值、人口数、用水量和用电量都有比较明显的线性正相关关系(线性回归模型决定系数R2分别为0.513 1、0.485 3、0.483 6和0.306),而与人为热有明显的对数正相关关系(模型决定系数R2为0.672 3)。不透水盖度、人均用水量和年平均气温构成了城市热环境差异的主要影响因子(模型决定系数R2为0.80),反映了城市下垫面参数、社会经济活动和气候背景因素对城市热岛空间差异的共同影响。 展开更多
关键词 热岛强度 热岛比例指数 时空变化 成因分析 不透水盖度 京津唐
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2014年10月京津冀地区一次PM_(2.5)污染过程的数值模拟 被引量:22
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作者 何心河 马建中 +3 位作者 徐敬 马志强 薛敏 靳军莉 《气象》 CSCD 北大核心 2016年第7期827-837,共11页
近年来我国东部尤其是华北地区的PM2.5污染逐年加重,引起广泛关注。本文利用WRF-Chem模拟了2014年10月京津冀地区一次PM2.5重度污染过程,研究造成此次过程的天气形势、污染物的时空分布特征以及一次、二次PM2.5对总浓度的贡献率,并对污... 近年来我国东部尤其是华北地区的PM2.5污染逐年加重,引起广泛关注。本文利用WRF-Chem模拟了2014年10月京津冀地区一次PM2.5重度污染过程,研究造成此次过程的天气形势、污染物的时空分布特征以及一次、二次PM2.5对总浓度的贡献率,并对污染最严重当日的PM2.5垂直分布进行详细分析。结果表明:造成本次污染过程的是弱高压控制下的静稳天气系统,地面主导风向为南风,垂直方向上有逆温层,抑制了污染物垂直方向上的扩散。发生污染时,PM2.5的高浓度主要分布在北京南部、天津北部与河北接壤的区域,二次PM2.5的贡献率大于一次PM2.5,在清洁大气中则一次PM2.5的贡献更大。垂直方向上,PM2.5中的一次颗粒物只在近地面有高浓度中心,1.2~1.6 km的上空高值区以二次生成的颗粒物为主,是由前体物上升到高空后再通过氧化反应生成的,当这部分颗粒物随着边界层落回近地面时会加重污染。随着时间的变化,污染物的分布高度和边界层高度呈明显的正相关。 展开更多
关键词 气溶胶 PM2.5 大气污染 京津冀 WRF-Chem模式
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城市生态气象监测评估初步研究与实践——以北京为例 被引量:5
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作者 刘勇洪 轩春怡 +3 位作者 李梓铭 栾庆祖 刘海涛 熊亚军 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2020年第3期550-561,共12页
气象条件作为影响生态系统最活跃、最直接的驱动因子,影响着生态系统的质量和人类生存的环境,关系着生态保护和建设的成果,而城市生态系统具有与其他系统不一样的气候特征,目前还未形成一套有关城市的生态气象监测评估方法。基于生态气... 气象条件作为影响生态系统最活跃、最直接的驱动因子,影响着生态系统的质量和人类生存的环境,关系着生态保护和建设的成果,而城市生态系统具有与其他系统不一样的气候特征,目前还未形成一套有关城市的生态气象监测评估方法。基于生态气象学理论,分别从城市气候环境、与气候相关的陆表环境、大气环境、人居环境以及城市高影响天气气候事件等5个方面选择不同的要素和指标开展了城市生态气象监测评估初步研究,并以北京为例,利用2018年国家和区域自动气象站资料、大气成分观测资料、2002—2018年MODIS卫星资料、Landsat及环境一号卫星资料,开展了2018年北京城市生态气象监测评估。监测评估显示,(1)2018年北京城市“热岛”和“干岛”气候特征明显,并在北京二环与五环之间存在一个“冂”形风速低值区。(2)2018年北京陆表生态环境、大气环境、人居环境进一步好转:其中植被覆盖度达61.6%,创2002年以来新高,气象条件贡献率达50%,生态涵养区植被生态质量处于正常偏好的面积比例达93.2%;中心城区陆表温度为2011年以来最低值;重要水源地密云水库、官厅水库水体面积均为2000年以来最大值;气溶胶光学厚度、霾日数、大气静稳指数分别较过去4年平均值下降14%、31%和8%,大气扩散条件偏好,对霾日减少贡献率达21%,外地污染传输对PM2.5贡献达到53%;城市生态冷源较2013年明显增加,城市“热岛”得到缓解。(3)历史罕见的夏季高温闷热、冬季阶段低温、极端强降水以及持续无降水等高影响天气气候事件给城市安全运行和生态环境带来不利影响。综合评估表明2018年北京气象条件总体利于陆表生态环境改善,有利的气候条件提高了生态环境的质量,但城市生态质量仍面临着极端天气气候事件、城市热岛、低风速以及外来大气污染输送等风险。 展开更多
关键词 城市生态气象 陆表生态环境 大气环境 人居环境 城市安全运行 高影响天气气候事件
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火电厂大气污染物排放标准对区域酸沉降影响的数值模拟 被引量:20
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作者 王占山 潘丽波 +3 位作者 李云婷 徐文帅 聂滕 孙兆彬 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期2420-2429,共10页
设计了火电厂实施2003版排放标准和2011版排放标准两种排放情景,运用Models-3/CMAQ模型系统分别模拟各情景到2015年的硫、氮沉降量,探讨2011版火电排放标准对我国大陆地区酸沉降的影响.研究表明,2011版火电标准能够有效改善我国的硫沉... 设计了火电厂实施2003版排放标准和2011版排放标准两种排放情景,运用Models-3/CMAQ模型系统分别模拟各情景到2015年的硫、氮沉降量,探讨2011版火电排放标准对我国大陆地区酸沉降的影响.研究表明,2011版火电标准能够有效改善我国的硫沉降状况,相比于实施2003版标准,2011版标准实施后至2015年我国大陆硫沉降总量降低了18.58%,年均硫沉降强度大于3.2t/km2的面积减少了86.40%;2011版火电标准对我国氮沉降状况也起到了一定的改善作用,标准实施后到2015年我国大陆氮沉降总量降低了9.28%,年均氮沉降强度大于4.0t/km2的面积减少了27.27%. 展开更多
关键词 火电厂 排放标准 CMAQ 硫沉降 氮沉降 数值模拟
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北京城市热岛的定量监测及规划模拟研究 被引量:43
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作者 刘勇洪 徐永明 +1 位作者 马京津 权维俊 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2014年第7期1156-1163,共8页
为定量地评估北京城市热岛现状并预测未来北京城市热岛发展趋势,分别采用气温资料、遥感资料和城市规划资料进行了研究分析。对北京20个气象台站按照台站距离城市中心的距离划分为远郊、近郊和城市三类,分别计算三种类型站点经过海拔订... 为定量地评估北京城市热岛现状并预测未来北京城市热岛发展趋势,分别采用气温资料、遥感资料和城市规划资料进行了研究分析。对北京20个气象台站按照台站距离城市中心的距离划分为远郊、近郊和城市三类,分别计算三种类型站点经过海拔订正后的年平均气温,利用1971—2012年城市站和远郊站的年平均气温差值估算北京气温热岛的时间变化;利用1987—2012年的NOAA/AVHRR和Landsat-TM两种不同分辨率的卫星资料,采用定量化的指标——地表热岛强度和热岛比例指数分别估算了不同时期北京地区和城六区热岛强度和范围,并对北京平原地区的城市热岛状况进行了评估;利用2020年的北京城市规划土地利用资料,结合2008年的城市热岛现状监测结果对2020年的北京热岛状况进行了模拟分析。研究结果表明,北京城市的气温热岛与遥感监测地表热岛在时间变化趋势上具有一致性,不同分辨率卫星资料监测地表热岛在时空分布上也具有一致性。其中1971—2012年,以年平均气温计算的北京城市热岛强度增温率为0.33℃·(10 a)-1,近5年(2008—2012)平均热岛为1.12℃。遥感监测结果显示1987—2001年北京地区的热岛持续增强,2001年之后由于北京申奥的成功进行了大面积的旧城改造和绿化,使得城市热岛强度和范围在2004年和2008年有所降低,2008年之后城市热岛继续向东、南和北方向扩展,并出现了中心城区热岛与通州、顺义、大兴、昌平热岛连成片的趋势,到2012年城六区热岛面积百分比已从1990年的31%增加到77%。由热岛比例指数确定的北京各区县热岛强度排名前三分别是城区、海淀和丰台,延庆县最低。对2020年城市规划图热岛模拟结果显示北京热岛已由"摊大饼"演变为"中心+周边分散"模式,中心城区热岛强度和范围明显减弱,周边广大远郊区将出现分散型小热岛,城六区热岛面积将从2012年的77%降至为60%,显示北京未来通过城市规划改善城市热岛任务的艰巨性。 展开更多
关键词 气温热岛 地表热岛强度 热岛比例指数 城市规划 热岛模拟 北京
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大气污染对北京冬季城市和郊区辐射收支影响的观测分析 被引量:7
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作者 王昕然 苗世光 +2 位作者 窦军霞 董璠 王京丽 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期3996-4006,共11页
近年来城市化和大气污染对辐射收支的影响日益显著.本研究利用2013—2014年中国科学院大气物理研究所325m铁塔、南郊观象台、密云气象塔、上甸子区域大气本底站四个观测站点的辐射及自动站气象要素数据,采用南郊观象台的能见度资料将观... 近年来城市化和大气污染对辐射收支的影响日益显著.本研究利用2013—2014年中国科学院大气物理研究所325m铁塔、南郊观象台、密云气象塔、上甸子区域大气本底站四个观测站点的辐射及自动站气象要素数据,采用南郊观象台的能见度资料将观测数据分为清洁天和污染天,并进行类比分析,以1月份为例,研究了北京地区大气污染和城郊差异对辐射收支的影响.结果表明:(1)从月平均值来看,各站污染天入射短波辐射均小于清洁天,衰减最大可达55.8W·m^(-2),直接辐射亦然,衰减最大可达161.1W·m^(-2),散射辐射相反,增加最大值为72.2W·m^(-2);长波辐射污染天大于清洁天,向下向上长波辐射增加最大值分别为85.0 W·m^2和70.0 W·m^(-2),且长波辐射的衰减与污染物浓度和大气温度相关;净辐射白天污染天小于清洁天,夜间相反.(2)从各站的对比可知,大气污染对入射短波辐射的衰减,南部郊区(13.2%)大于北部城区(7.4%),与北京地区"南北两重天"的污染物分布特征一致;且污染物对长短波辐射的影响呈现了从城区到郊区衰减率依次减小的现象.本研究为大气污染与气象条件的相互作用研究提供了观测基础. 展开更多
关键词 大气污染 辐射收支 城市 郊区 北京
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2013-2016年北京朝阳站PM_(2.5)质量浓度变化特征 被引量:7
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作者 贾小芳 颜鹏 +3 位作者 董璠 张晓春 李杨 郭伟 《气象》 CSCD 北大核心 2018年第11期1489-1500,共12页
利用2013年2月至2016年1月北京朝阳环境气象站PM_(2.5)质量浓度和同步地面风数据,重点分析了PM_(2.5)质量浓度的变化特征及受地面风的影响情况。观测期间测点PM_(2.5)年平均质量浓度为80. 6±4.0μg·m^(-3),为环境空气质量标准... 利用2013年2月至2016年1月北京朝阳环境气象站PM_(2.5)质量浓度和同步地面风数据,重点分析了PM_(2.5)质量浓度的变化特征及受地面风的影响情况。观测期间测点PM_(2.5)年平均质量浓度为80. 6±4.0μg·m^(-3),为环境空气质量标准(GB3095—2012)二级年均浓度限值(35μg·m^(-3))的约2. 3倍,季节变化特征明显,冬季最高(115.1μg·m^(-3))、夏季最低(58.5μg·m^(-3))。测点主导风向为ENE—E—ESE,风速主要集中在0.2~2.0m·s^(-1)。当地面风来自ENE—E—ESE方向时PM_(2.5)质量浓度最高(109.1μg·m^(-3)),来自WNW—NW—NNW方向时最低(39. 5μg·m^(-3))。PM_(2.5)质量浓度随风速增大先上升后下降,在0. 4 m·s^(-1)时达最高,为139. 2μg·m^(-3)。风速在0. 2~2. 0 m·s^(-1)时主要受ENE—E—ESE方向影响,而2~6 m·s^(-1)时主要受ESE方向影响较大。通过与其他站点的比较发现,不同站点各方向污染源和地面风的差异导致了PM_(2.5)质量浓度在各方向分布的差异。 展开更多
关键词 PM2.5 质量浓度 地面风
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2016年12月16~21日重度霾过程及大气环流异常 被引量:11
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作者 袁东敏 马小会 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2017年第6期757-764,共8页
针对2016年12月16~21日华北黄淮及周边地区的重度霾过程开展了诊断分析,发现全球、区域大气环流异常和局地气象条件是此次重度霾形成的重要原因之一。在此次过程中,受重度霾影响的面积为71×10~4 km^2,霾持续时间达到6 d,过程最高... 针对2016年12月16~21日华北黄淮及周边地区的重度霾过程开展了诊断分析,发现全球、区域大气环流异常和局地气象条件是此次重度霾形成的重要原因之一。在此次过程中,受重度霾影响的面积为71×10~4 km^2,霾持续时间达到6 d,过程最高小时细颗粒物(PM2.5)浓度超过1100μg/m^3。东大西洋/西俄罗斯和西太平洋波列(中高层)和北极涛动(近地面)均表现为显著的正位相型分布,综合调控了华北黄淮局地的环流场和气象条件,有利于霾的发生。华北、黄淮上空的异常反气旋能够有效抑制垂直运动,减弱水平风速。与之对应,近地面层为明显的弱低压区和偏南暖湿气流。从局地气象条件看,地面小风速、高湿度以及浅薄的边界层是促使本次重度霾发生的重要因子。 展开更多
关键词 污染 大气环流 气候变化和变率
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污染源减排时刻和减排比例对北京市PM_2.5浓度的影响 被引量:12
10
作者 翟世贤 安兴琴 +1 位作者 孙兆彬 刘俊 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期1921-1930,共10页
利用Model-3/CMAQ及京津冀地区高分辨率排放源清单,选取文献[19]中污染峰值当天启动50%污染源削减方案的同时,进一步设置了3种污染源控制方案(峰值当天启动75%源削减;峰值日前1d、2d开始启动25%源削减),比较了峰值日前启动适量减排与... 利用Model-3/CMAQ及京津冀地区高分辨率排放源清单,选取文献[19]中污染峰值当天启动50%污染源削减方案的同时,进一步设置了3种污染源控制方案(峰值当天启动75%源削减;峰值日前1d、2d开始启动25%源削减),比较了峰值日前启动适量减排与峰值日当天启动大幅度减排的效果差异.结果表明:污染峰值当天启动50%、75%减排时,北京市PM2.5浓度下降率分布不均匀,高值区集中于PM2.5浓度高值区,减排后PM2.5浓度分布较减排前均匀.提前1~2d启动25%源削减时,峰值日北京市PM2.5浓度整体下降.城、郊PM2.5下降率均表现为当天减排50%小于提前1d开始减排25%;当天启动减排提高到75%时,城区PM2.5下降率大于提前2d启动25%减排,郊区表现为峰值前2d启动25%削减优于当天减排75%.将峰值前1d、2d启动25%减排分别与当天启动50%、75%减排时北京市峰值日PM2.5浓度下降率相减,北京市绝大部分区域下降率差值为正;峰值前1d、2d启动25%减排分别比峰值日启动50%、75%减排时北京市平均PM2.5多下降4.7μg/m3(6%)、2.9μg/m3(4%).综上所述,在污染峰值来临之前采取适量减排较污染当天才启动大幅度减排更有利于北京市整体空气质量达标. 展开更多
关键词 不同时刻启动减排 不同比例减排 北京市 PM2.5 区域空气质量达标
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伴随模式在追踪污染事件重点源区中的应用 被引量:5
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作者 王超 安兴琴 +1 位作者 翟世贤 孙兆彬 《中国环境科学》 EI CAS CSSCI CSCD 北大核心 2017年第4期1283-1290,共8页
本研究利用GRAPES-CUACE气溶胶伴随模式,对2015年11月27日~12月2日北京市一次高浓度PM_(2.5)污染过程进行了敏感性分析,显示了伴随模式在追踪重点排放源区及关注敏感排放时段等方面的优越性.研究结果表明:本次污染事件所关注的北京市PM_... 本研究利用GRAPES-CUACE气溶胶伴随模式,对2015年11月27日~12月2日北京市一次高浓度PM_(2.5)污染过程进行了敏感性分析,显示了伴随模式在追踪重点排放源区及关注敏感排放时段等方面的优越性.研究结果表明:本次污染事件所关注的北京市PM_(2.5)峰值浓度是北京市本地排放源和周边省市排放源共同作用的结果.从累积敏感系数来看.目标时刻前23h内,本地源贡献占主导,PM_(2.5)峰值浓度对本地排放源响应迅速,目标时刻前5h,本地源对峰值浓度的贡献达到最大,逐时敏感系数峰值为9.4μg/m^3.周边源贡献表现为周期性波动,逐时敏感系数在目标时刻前9,29,43h,出现3次峰值,分别为6.66,6.24,1.74μg/m^3,伴随着偏南风,周边源在目标时刻前1~57h内持续不断地向北京市输送污染物.不同距离的周边源对目标时刻PM_(2.5)峰值浓度的影响时段和程度不一样,目标时刻前72h内,北京、天津、河北及山西排放源对目标时刻PM_(2.5)峰值浓度的累积贡献比例分别为31%、9%、56%及4%;从逐时敏感系数来看,天津源贡献的主要时段为目标时刻前1~33h,逐时敏感系数峰值出现在目标时刻前9h,为2.10μg/m^3,山西源贡献的主要时段为目标时刻前17~33h,逐时敏感系数峰值出现在目标时刻前27h,为0.71μg/m^3,河北源贡献的主要时段为目标时刻前1~57h,逐时敏感系数呈现周期性波动,出现3次峰值,分别为4.55,5.31,1.59μg/m^3. 展开更多
关键词 伴随方法 污染个例 污染源追踪 敏感性分析
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北京市大气电场和大气污染物关系初步研究 被引量:4
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作者 李京校 CHEN Xuemeng +2 位作者 程月星 李如箭 董璠 《高原气象》 CSCD 北大核心 2021年第1期209-218,共10页
以北京市朝阳站为例总体上分析了2014-2015年北京市全年、冬半年和夏半年电场强度和污染物变化特性及相关性,重点研究静稳积累型、污染复合型、沙尘型3种类型污染天气下大气电场强度与主要污染物因子浓度以及与气象要素之间的关系。结... 以北京市朝阳站为例总体上分析了2014-2015年北京市全年、冬半年和夏半年电场强度和污染物变化特性及相关性,重点研究静稳积累型、污染复合型、沙尘型3种类型污染天气下大气电场强度与主要污染物因子浓度以及与气象要素之间的关系。结果表明:(1)全年电场强度每小时平均值为0.45~0.72 kV·m-1,全年电场强度主要峰值在03:00(北京时,下同)和23:00,主要谷值在06:00和13:00;冬半年电场强度与污染物强度相关性更明显,特别是与PM10、PM2.5、PM1.0、NO2的相关性较显著。(2)静稳积累型污染物过程中,污染物浓度较快变大,电场强度随之增加,电场强度和污染物浓度变化趋势比较接近;相对湿度增大时,电场强度变为负值。(3)污染复合型过程中污染物浓度和电场强度变化都较平缓,在相对湿度较大的重污染天气,电场强度和污染物浓度的相关性并不强;电场强度和相对湿度相关性较强。(4)沙尘型天气下电场强度为负值,该种情况下大气污染物快速积累,电场强度绝对值剧烈变大,然后快速降低。沙尘型天气下不同情况电场强度绝对值从大到小依次是沙尘暴、扬沙、浮尘。 展开更多
关键词 北京市 大气电场 大气污染物 相对湿度 相关系数
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