苏州东山冬季大气边界层结构特征及其对污染物浓度的影响

王成刚; 李颖; 曹乐; 严家德; 安俊琳

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2017.06.012

苏州东山冬季大气边界层结构特征及其对污染物浓度的影响

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.06.012

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，江苏南京 210044

基金项目:

国家自然科学基金重点项目 91544229

国家重点研发计划 2016YFC0203304

详细信息

通讯作者:
王成刚，男，山西省人，副教授，博士，研究方向：大气边界层。E-mail: wcg@nuist.edu.cn

中图分类号: X513
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出版历程
- 收稿日期: 2016-09-12
- 修回日期: 2017-03-20
- 刊出日期: 2017-12-01

ANALYSIS ON ATMOSPHERIC BOUNDARY LAYER STRUCTURE AND ITS EFFECT ON POLLUTION CONCENTRATION OVER DONGSHAN, SUZHOU IN WINTER

Key Laboratory for Aerosol-Cloud-Precipitation of China Meteorological Administration, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China

摘要

摘要: 利用2015年1月15—27日在苏州东山气象观测站系留气艇观测数据以及细颗粒物浓度观测资料，对东山大气边界层结构特征及其对污染物垂直结构分布的影响进行分析研究。结果表明：苏州东山地区冬季空气污染过程的边界层结构演变比较典型，夜间稳定边界层高度约为200 m，白天最大边界层高度可达1 000 m。边界层内污染物垂直结构分布易受边界层高度的影响，较低的大气边界层高度可使细颗粒物在近地层持续累积；反之，边界层高度较高，湍流发展旺盛，颗粒物垂直分布均匀。夜间大气边界层稳定，逆温结构多发，导致近地面出现细颗粒物堆积。风的垂直结构对细颗粒物空间分布也存在显著影响，在风速较小的低空层细颗粒分布较多，而风速较大的中高层的分布较少。
- 边界层结构 /
- 细颗粒物 /
- 垂直结构 /
- 逆温 /
- 风速
Abstract: During January 15—27, 2015, a sounding experiment in atmospheric boundary layer over Dongshan, Suzhou was performed. Structural characteristics of atmospheric boundary layer conditions and the impacts brought by boundary layer structure on the vertical distribution of pollutants in Dongshan were studied. The results show that the evolution of boundary layer structure over Dongshan in the process of air pollution is typical. Stable boundary layer height was 200 meters at night, and the maximum boundary layer height during the day was 1 000 meters. Pollutant concentration in the boundary layer was easily affected by its height, and low boundary layer height made fine particulates accumulate in the surface layer; on the contrary, when the boundary layer height was high, turbulence developed vigorously, and fine particulates were distributed evenly in the vertical direction. In addition, due to the stable boundary layer with inversion structure at night, pollutants were prone to gather near the ground. The vertical structure of the wind distribution also had a significant effect on the spatial distribution of fine particulates. The distribution of fine particles is more in the low-velocity layer with smaller wind speed but less in the middle and high layers with larger wind speed.
- boundary layer structure /
- fine particulate /
- vertical structure /
- inversion /
- wind speed

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图 1 地面和探空仪器在20 m高度测得的不同湿度下的PM_2.5（a）和PM₁₀（b）观测值对比

n为观测次数。

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图 2 2015年1月15—27日08时东山站PM_2.5和PM₁₀浓度和风速、风向的小时平均值分布

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图 3 2015年1月19日（a、b）、20日（c、d）长三角地区AQI日平均分布（a、c）以及20时气团12 h的后向输送轨迹（b、d，红色线、蓝色线和绿色线分别是近地面、500 m和1 000 m高度）

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图 4 2015年1月19—20日东山站的细颗粒物浓度与地面气象要素的变化

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图 5 能见度与相对湿度以及细颗粒物浓度之间的关系

n为观测次数。

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图 6 2015年1月19—20日各个时刻（每个小图右上角数字）的虚位温（VPT）、污染物浓度（CONC）、温度（Temperature）、相对湿度（RH）、风速（WS）和风向（WD）的廓线

每个小图的横坐标刻度是以斜杠左侧为左图的最大刻度，斜杠右侧为右图的最小刻度。

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表 1 2015年1月15—27日长三角地区5个加密观测站点所用的观测仪器

仪器种类	测量变量	采集速率	观测站点
仪器种类	测量变量	采集速率	苏州环境监测站	南京邮电大学	苏州东山	南京信息工程大学	临安
XLS-Ⅱ型系留气艇探空系统	气压、气温、湿度、风速、风向	1组/s	√	√	√	√	√
CEM DT-9881M颗粒物粒子计数空气质量检测仪	PM_2.5、PM₁₀质量浓度	1组/18 s	√	√	√	√	√
BAM-1020粒子监测仪	PM_2.5、PM₁₀	1 h	√	√	√	√	√
三维超声风速风向仪	风速、风向	10 Hz	√	√	√	√	√
开路式红外水汽/ 二氧化碳分析仪	CO₂、H₂O	10 Hz	√	√	√	√	√
KC-1000大流量 TSP采样器	PM_2.5、PM₁₀质量浓度	3 h/次	√	√	√	√	√
激光雷达	消光系数退偏振度	1 min/次	√			√

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