银川市大气边界层逆温影响因素及其与冬季PM2.5的关系

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-01-0123

干旱气象 ›› 2023, Vol. 41 ›› Issue (1): 123-131.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-01-0123

银川市大气边界层逆温影响因素及其与冬季PM_2.5的关系

陈荣¹^,²(), 王建英¹^,³(), 杨文军¹^,⁴, 陈敏¹^,², 王谦¹^,², 李琨¹^,²

1.中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室，宁夏气象防灾减灾重点实验室，宁夏银川 750002
2.宁夏银川市气象局，宁夏银川 750002
3.宁夏气象服务中心，宁夏银川 750002
4.宁夏贺兰县气象局，宁夏贺兰 750200

收稿日期:2022-03-30 修回日期:2022-10-10 出版日期:2023-02-28 发布日期:2023-02-28
通讯作者: 王建英（1970—），女，宁夏中卫人，正高级工程师，主要从事天气预报及环境预报研究。 E-mail:jianying916@163.com。
作者简介:陈荣（1984—），女，宁夏银川人，高级工程师，主要从事综合气象观测及大气环境研究。 E-mail:chenrong_qq@163.com。
基金资助:
宁夏回族自治区重点研发计划项目(2021BEG03006);中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室项目(CAMP-201909);宁夏气象部门“523”人才计划项目共同资助

Influence factors of atmospheric boundary layer inversion in Yinchuan City and the relation with PM_2.5 in winter

CHEN Rong¹^,²(), WANG Jianying¹^,³(), YANG Wenjun¹^,⁴, CHEN Min¹^,², WANG Qian¹^,², LI Kun¹^,²

1. Key Laboratory for Meteorological Disaster Monitoring and Early Warning and Risk Management of Characteristic Agriculture in Arid Regions， CMA， Key Laboratory of Meteorological Disaster Preventing and Reducing of Ningxia， Yinchuan 750002， China
2. Yinchuan Meteorological Bureau of Ningxia， Yinchuan 750002， China
3. Ningxia Meteorological Service Center， Yinchuan 750002， China
4. Helan Meteorological Station of Ningxia， Helan 750200， China

Received:2022-03-30 Revised:2022-10-10 Online:2023-02-28 Published:2023-02-28

摘要/Abstract

摘要：

为了探究银川市大气边界层逆温特征和影响因素及其与冬季PM_2.5污染的关系，利用2015—2020年银川气象站探空、地面气象观测资料及银川市空气质量监测数据，在分析银川市大气边界层逆温及地面气象要素特征基础上，以冬季为研究时段，探讨逆温与地面气象要素对PM_2.5污染的影响。结果表明：（1）银川市清晨大气边界层较傍晚更易出现逆温，且逆温多为贴地逆温，贴地逆温较悬浮逆温强度大、厚度小；逆温频率和厚度冬季最大、夏季最小，逆温强度秋季最强、夏季最弱。（2）冬季晴天，地面平均风速1.0~1.5 m·s^-1、相对湿度30%~60%的气象条件下易出现逆温。（3）贴地逆温是影响冬季PM_2.5污染天气的主要气象因素之一，当逆温厚度超过596 m、强度超过1.4 ℃·（100 m）^-1时，易出现PM_2.5污染天气，且随着逆温厚度增大、强度增强，污染加重。（4）冬季PM_2.5污染天气下，清晨天空状况多为晴天，通常地面平均风速小于1.3 m·s^-1、相对湿度大于54%，且随着湿度增大污染加重。（5）边界层高度与PM_2.5质量浓度存在显著负相关，边界层高度越低，PM_2.5污染越重。

关键词: 大气边界层, 逆温, 气象要素, PM_2.5污染, 银川市

Abstract:

In order to explore the characteristics and influence factors of atmospheric boundary layer inversion in Yinchuan City and their relationship with winter PM_2.5 pollution, based on the sounding and surface meteorological observation data at Yinchuan meteorological station and the air quality monitoring data in Yinchuan City from 2015 to 2020, the characteristics of atmospheric boundary layer inversion and surface meteorological elements are analyzed. And on this basis that the influence of inversion and surface meteorological elements on PM_2.5 pollution weathers in winter is explored. The results are as follows: (1) The inversions in atmospheric boundary layer are more easily to occur in the early morning than in the evening in Yinchuan City, and most of the inversions are ground inversions, they are stronger and thinner than suspension inversions. The inversion frequency and thickness are the largest in winter and the smallest in summer, while the inversion intensity is the strongest in autumn and the weakest in summer. (2) In winter, the inversions are easily to occur on a sunny day with average surface wind speed from 1.0 to 1.5 m·s^-1 and relative humidity from 30% to 60%. (3) Ground inversion is one of the main meteorological factors affecting PM_2.5 pollution weathers in winter. When the inversion thickness exceeds 596 m and the intensity exceeds 1.4 ℃·(100 m)^-1, PM_2.5 pollution weathers are easily to occur, and the pollution is aggravated with the increase of inversion thickness and intensity. (4) Under PM_2.5 pollution weathers in winter, the sky is mostly sunny in the early morning, the average surface wind speed is usually less than 1.3 m·s^-1, the relative humidity is greater than 54%, and the pollution is aggravated with the increase of humidity. (5) The boundary layer height is significantly negatively correlated with PM_2.5 mass concentration, and the lower boundary layer height is, the heavier PM_2.5pollution is.

Key words: atmospheric boundary layer, inversion, meteorological elements, PM_2.5pollution, Yinchuan City

中图分类号:

P461
X513

陈荣, 王建英, 杨文军, 陈敏, 王谦, 李琨. 银川市大气边界层逆温影响因素及其与冬季PM_2.5的关系[J]. 干旱气象, 2023, 41(1): 123-131.

CHEN Rong, WANG Jianying, YANG Wenjun, CHEN Min, WANG Qian, LI Kun. Influence factors of atmospheric boundary layer inversion in Yinchuan City and the relation with PM_2.5 in winter[J]. Journal of Arid Meteorology, 2023, 41(1): 123-131.

图/表 12

图1 2015—2020年银川市逆温频率季节变化

Fig.1 The seasonal variation of inversion frequency in Yinchuan during 2015-2020

表1 2015—2020年银川市不同类型逆温平均厚度单位：m

Tab.1 The average thickness of inversion with different types in Yinchuan during 2015-2020

逆温类型	日平均	08：00	20：00
贴地逆温	282	362	93
悬浮逆温	317	313	218

图2 2015—2020年银川市逆温厚度月际变化

Fig.2 The monthly variation of inversion thickness in Yinchuan during 2015-2020

图3 2015—2020年银川市逆温强度月际变化

Fig.3 The monthly variation of inversion intensity in Yinchuan during 2015-2020

表2 2015—2020年冬季银川市不同天空状况下逆温频率、厚度和强度

Tab.2 Frequency， thickness and intensity of inversion under different sky conditions in Yinchuan in winter during 2015-2020

天空状况	时间	贴地逆温			悬浮逆温
天空状况	时间	频率/%	厚度/m	强度 /[℃·（100 m）^-1]	频率/%	厚度/m	强度 /[℃·（100 m）^-1]
晴	08：00	63	533	1.8	29	722	1.3
	20：00	68	192	3.5	34	433	1.2
	日平均	65	401	2.5	32	554	1.2
多云	08：00	14	530	1.8	12	619	0.9
	20：00	12	134	2.7	13	298	1.1
	日平均	13	357	2.2	13	511	1.0
阴	08：00	23	394	1.8	59	340	0.9
	20：00	20	149	2.7	52	269	1.3
	日平均	21	297	2.2	55	301	1.1

图4 2015—2020年冬季银川市不同等级风速下逆温和风速频率（a）、逆温强度和厚度（b）

Fig.4 The frequency of inversion and wind speed （a）， intensity and thickness of inversion （b） under wind speed with different levels in Yinchuan in winter during 2015-2020

图5 2015—2020年冬季银川市不同等级相对湿度下逆温频率（a）、强度和厚度（b）

Fig.5 The frequency （a）， intensity and thickness （b） of inversion under relative humidity with different levels in Yinchuan in winter during 2015-2020

表3 2015—2020年银川市冬季PM2.5不同等级污染天气下08：00逆温频率、厚度及强度

Tab.3 Frequency， thickness and intensity of inversion at 08：00 under PM2.5 pollution weather with different levels in winter in Yinchuan during 2015-2020

污染等级	贴地逆温			悬浮逆温
污染等级	频率 /%	厚度 /m	强度/ [℃·（100 m）^-1]	频率 /%	厚度 /m	强度/ [℃·（100 m）^-1]
轻度污染	87	596	1.4	13	600	1.0
中度污染	100	715	1.5	—	—	—
重度污染	84	703	1.7	16	311	1.7

图6 2015—2020年银川市冬季PM2.5不同等级污染天气下08：00天空状况

Fig.6 The sky conditions at 08：00 under PM2.5 pollution weather with different levels in winter in Yinchuan during 2015-2020

图7 2015—2020年银川市边界层高度与PM2.5质量浓度逐日变化

Fig.7 The daily variation of boundary layer height and PM2.5 mass concentration in Yinchuan during 2015-2020

表4 两次污染过程不同阶段气象要素特征

Tab.4 Characteristics of meteorological elements at different stages of two pollution processes

污染过程	阶段	平均风速 /（m·s^-1）	相对湿度 /%	逆温强度 /[℃·（100 m）^-1]	边界层高度/m
“12·11过程”	积累阶段（2016年12月9—10日）	1.9	56	1.2	280
	持续阶段（2016年12月11—19日）	1.1	60	2.3	260~280
	清除阶段（2016年12月20—21日）	3.2	45	—	＋
“12·31过程”	积累阶段（2016年12月29—30日）	1.7	45	0.9	1 050
	持续阶段（2016年12月31日至2017年1月6日）	0.9	49	2.9	280~320
	清除阶段（2017年1月7—9日）	3.0	42	—	＋

图8 银川市“12·11”（a）和“12·31” （b）污染过程不同阶段典型时刻T-ln P图

Fig.8 T-ln P diagram at typical time of different stages for ‘12·11’ （a） and ‘12·31’ （b） pollution processes in Yinchuan

参考文献 24

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