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华北平原夜间对流性天气对地面O3混合比的抬升效应

贾诗卉 徐晓斌 林伟立 王瑛 何心河 张华龙

贾诗卉, 徐晓斌, 林伟立, 等. 华北平原夜间对流性天气对地面O3混合比的抬升效应. 应用气象学报, 2015, 26(3): 280-290. DOI: 10.11898/1001-7313.20150303..
引用本文: 贾诗卉, 徐晓斌, 林伟立, 等. 华北平原夜间对流性天气对地面O3混合比的抬升效应. 应用气象学报, 2015, 26(3): 280-290. DOI: 10.11898/1001-7313.20150303.
Xu Shihui, Xu Xiaobin, Lin Weili, et al. Increased mixing ratio of surface ozone by nighttime convection process over the North China Plain. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(3): 280-290. DOI:  10.11898/1001-7313.20150303.
Citation: Xu Shihui, Xu Xiaobin, Lin Weili, et al. Increased mixing ratio of surface ozone by nighttime convection process over the North China Plain. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(3): 280-290. DOI:  10.11898/1001-7313.20150303.

华北平原夜间对流性天气对地面O3混合比的抬升效应

DOI: 10.11898/1001-7313.20150303
资助项目: 

中国气象科学研究院基本科研业务费 2011Z003

国家自然科学基金项目 41175114

国家自然科学基金项目 41330422

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY201206015

详细信息
    通信作者:

    徐晓斌, email: xuxb@cams.cma.gov.cn

Increased Mixing Ratio of Surface Ozone by Nighttime Convection Process over the North China Plain

  • 摘要: 2013年6—9月在河北省固城站观测到多次夜间对流性天气伴随地面O3混合比快速抬升的过程,并引起次日清晨到中午O3混合比升高。大多数对流过程中,O3混合比在半小时内升高至60×10-9~80×10-9,同时NOx等反应性气体混合比下降,θse值降低,说明下沉气流将高空气团带到地面,造成了O3混合比的升高。通过再分析资料得到下沉气团基本来源于对流层中下层,这一结论与当地进行的一次飞机观测结果吻合。多数对流过程中固城站和北京城区地面O3混合比和θse值有相同的变化趋势和程度。根据观测结果,推测华北地区在夏季和初秋时,对流层中下层存在O3高值区,混合比约为60×10-9~80×10-9。对流性天气对地面O3抬升的影响区域与对流系统的影响范围有关,可达到中尺度范围。华北地区光化学污染严重,对流性天气引起的地面O3混合比抬升程度比较强,对环境的影响值得关注。
  • 图  1  2013年6—9月固城站平常日O3混合比平均日变化 (虚线) 及部分对流过程发生日O3,NOx和CO小时均值变化

    (图中灰色阴影为每个对流过程的大致时段)

    Fig. 1  Average diurnal variation of O3(dashed line) at Gucheng for normal days during Jun-Sep in 2013, and diurnal variations of O3, NOx and CO on the days with nighttime convection process

    (the grey indicates the period with convection process)

    图  2  2013年6月25日 (a)、7月2日 (b)、8月4日 (c) 与9月12日 (d) 固城站对流过程中O3θse和风速时间变化

    Fig. 2  Variations of O3, θse and wind speed before, during and after convection processes on 25 Jun (a), 2 Jul (b), 4 Aug (c) and 12 Sep (d) in 2013

    图  3  2013年8月4日20:00北京大兴雷达PPI回波图 (仰角:1.5°,距离:240 km)(a) 以及ω沿115.5°E垂直剖面图 (单位:Pa·s-1)(b)

    Fig. 3  Radar echoes received at Daxing, Beijing at 2000 BT 4 Aug 2013(elevation:1.5°, range:240 km)(a) and vertical profile of ω along 115.5°E (unit:Pa·s-1)(b)

    图  4  2013年8月4日20:00地面 (a) 和850 hPa (b) 高度θse(填色) 和风场 (矢量) 分布

    (圆圈为雷达回波大致范围,三角形为固城站位置)

    Fig. 4  θse(the shaded) and wind (vector) at surface (a) and 850 hPa (b) at 2000 BT 4 Aug 2013

    (the circle indicates the range of radar echo, the filled triangle indicates the location of Gucheng)

    图  5  2013年6—9月固城站不同对流过程附近时刻θse垂直剖面图

    (圆圈表示该对流过程后地面θse对应的高度)

    Fig. 5  Vertical profile of θse over Gucheng at times around four different convection processes during Jun-Sep in 2013

    (circles indicate the corresponding θse observed on the ground in processes)

    图  6  2013年9月16日飞机观测到的O3混合比垂直廓线

    Fig. 6  O3 profiles observed at Gucheng at dusk on 16 Jun 2013

    图  7  2013年8月4日、8月15日与9月12日固城站与北京城区O3混合比和θse变化图

    Fig. 7  Maxing ratios of O3 and θse observed at Gucheng and in Beijing urban when convection processes occurred on 4 Aug, 15 Aug and 12 Sep in 2013

    表  1  2013年6—9月固城站对流过程中O3混合比抬升时段与变化特征

    Table  1  List of convection processes over Gucheng during Jun-Sep in 2013 and respective changes of O3 level

    日期 O3迅速
    升高时段
    抬升前1 h
    最小值/10-9
    抬升后1 h
    最大值/10-9
    O3混合比
    变化/10-9
    最大瞬时
    风速/(m·s-1)
    06-25 18:10—18:20 16.5 72.4 55.9 16.4
    07-02 01:50—02:10 2.9 44.3 41.4 12.8
    07-31 00:50—01:20 0.6 64.1 63.5 9.8
    08-03 00:30—01:30 15.2 68.3 53.1 12.2
    08-04 20:00—20:40 29.7 77.1 47.4 20.0
    08-07 02:50—03:30 2.6 66.7 64.1 14.7
    08-14 00:00—00:10 10.1 67.3 57.2 14.0
    08-15 00:00—00:20 2.6 72.6 70.0 14.3
    09-12 22:00—22:20 3.0 53.0 50.0 17.9
    09-13 21:20—22:10 2.2 47.2 45.0 13.0
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    表  2  2013年6—9月固城站对流过程中下沉气流的特征和来源高度

    Table  2  Some features of airmasses from high altitudes descending to Gucheng during June-September in 2013

    日期 O3抬升后1 h
    最大值/10-9
    前1 h
    平均θse/K
    后1 h
    平均θse/K
    Δθse/K 下沉气流
    来源高度/hPa
    06-25 72.4 345.3 330.2 -15.1 600~700
    07-02 44.3 351.2 340.6 -11.2 500以上
    07-31 64.1 355.4 336.3 -19.1 700~800
    08-03 68.3 348.4 332.6 -15.8 700~800
    08-04 77.1 372.2 333.4 -38.8 600~700
    08-07 66.7 368.7 347.1 -21.6 700~800
    08-14 67.3 361.9 340.5 -21.4 700~800
    08-15 72.6 363.2 345.8 -17.4 700~800
    09-12 53.0 334.1 321.3 -12.8 600~700
    09-13 47.2 336.2 323.8 -12.4 500~600
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-09-30
  • 修回日期:  2015-02-10
  • 刊出日期:  2015-05-31

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