文摘

今天,在现有的数值天气预报模型,这些详细目标分类得到充分发掘;然而,仍有许多天气预报的目标和需求,从理论到实践和研究方法仍需要更多的研究。例如,重要的是要知道尽可能早地(提前几个月年)预测在“特定的大型公共活动,如奥运会每小时天气预报。本研究阐述了理论和方法等ultra-early大气中预测天气的严重的瞬态过程。本研究的主要结果包括:(1)建立学术概念来捕获前兆信号在现代气象学和提供定义;(2)建立方法捕捉不利天气的前兆信号量化并提出定量测量阈值;(3)提出“ultra-early预测”的目标任务。讨论了一个典型的案例:北京冬季奥运会的气象条件,作为社会的一个例子对天气预报的需求的“特殊大型公共活动,”情况下结果表明,实时观测在北京冬季奥运会符合接下来的预测和前兆信号使用的理论和方法开发的研究。对前兆信号数值量化指标包括:(1)在混合层的高度减少隐藏在昼夜变化;前兆信号阈值定义为一个连续3天跌幅超过100; (2) the signal of theδΘe显示为“消极⟶积极”的变化在连续超过七天。(3)过度饱和(S)与阈值达到6 - 7%,以及阈值< 0.5×10⁻³对饱和凝结通量信号(ξ_p);和(4)每小时解决运输PLAM指数(参数连接空气污染气象条件)PLAM⟶obj剩余连续48 h,其阈值达到100多。

1。介绍

目前,尽管现有的数值天气预报模型,理论和实践的天气预报分类已经接受的细节,许多目标和需要保持,对理论和实践的研究方法需要额外的研究。传统的长期预测,预测目标,是月度或年度变化趋势,每天或每小时天气变化被视为干扰需要平稳过滤掉。

为了讨论的详细目标分类预测,如表所示1现有的传统预测项目的研究和操作使用(短期和长期预测)需要进一步的技术更新。有必要延长预报及时性还增加精炼预报内容,拓宽领域的预测,满足公共需求的增长(见表细节1)。本研究的目标地址需要更长时间预测时效性,但更详细的时间分辨率的预测关键内容(如红盒子在表中给出1)。

然而,ultra-early预测大气瞬态过程的概念是明显不同于以前可用的预测方法。例如,一个需要知道尽可能早地(提前几个月年)期间会发生什么”“特定的大型公共活动,如每小时时间表的奥运会,每小时安排大型现场试验或展览活动,等,密切受到天气的影响。早期(例如,几个月或几年)知识的前兆信号预测天气更细粒度的瞬态过程每小时分辨率是一个新的学科。我们将它定义为“现代ultra-early天气学”区别于长期预测和现在把。

前兆信号的捕获与大气中天气的严重的暂态过程对瞬态的形成很重要大气过程和他们的分析和预测1,2]。在这方面,虽然它似乎是知道有一个所谓的“前兆信号反应,”,因为它是很难捕获信号,很难深入研究。因此,发展“现代ultra-early天气学”最近已成为一个焦点。

与人类经济的发展和繁荣和文化活动在过去的几年里,有一个迫切需要气象服务中心和公众提供未知的潜在变化和可能的不利气象条件的影响,位置会发生大型公共活动,提供必要的天气时空的理解。例如,气候预测和长期预测不涉及瞬态高时空分辨率的天气变化。正如上面提到的,每天或每小时天气的变化被视为干扰被删除。因此,“现代ultra-early天气气象”的目标是提供链的不可预知的影响瞬态不利气象前兆信号“特殊大型公共活动。”

全球四年一度的奥运盛典是一个典型的大型公共活动。环境气象研究保护在2008年北京夏季奥运会,发生在中国成功,产生了众多的结果。美国天气公报报道北京奥运会的结果在中国长篇封面的一篇文章(3),介绍了多因素的特点,大气气溶胶污染和量化的结果不利气象条件的影响在不同的阶段在奥运会期间。

ultra-early预测2022年2月的冬季奥运会在北京,不利气象条件对空气质量的影响也成为了一个关注的焦点的环境和大气科学社区,和一个关心气象中心的所有相关部门和公众。

虽然研究表明,长期的气候变化,由全球变暖影响点_2。5不是占主导地位,排放仍primar y点的内生原因_2。5在中国(4]。最新的研究(5)表示,尽管转折点在不同地区不同,点_2。5关键地区的质量浓度显著降低2013年之后由于清洁空气行动。特别是下午的年度平均值_2。52020(包括2021 - 2022年)是近1960年以来的最低水平。这表明,近年来,中国的排放控制体积已基本达到一个稳定的标准(特别是冬天)。然而,当排放基本上是常数(例如,在冬季),相互之间“恶化”的双向反馈效应污染和不利气象条件也控制点的爆炸性增长_2。5关键部位的中国(6,7]。这表明,它仍然需要分析可能的不利气象条件对空气质量的影响在北京冬季奥运会。

环境气象信心在冬季奥运会期间面临着许多挑战,比如2月4日,2014年在索契冬奥会之前。罗马Vilfand,俄罗斯水文气象中心主任,报道称,在索契地区天气将有利于竞争,有足够的雪和更好的天气预报一周8]。然而,在索契奥运会上实际温度达到15°C和游戏被严重受到不利的气象条件的影响。比赛,男子越野滑雪竞赛,这是安排在下午,也是由于大雾推迟,原定于2月16日晚7:00莫斯科时间,受大雾影响,17日推迟到10点。此外,17日,没有改善天气,由于气象条件几个户外比赛被推迟了。同样,在温哥华冬奥会,气温高于平均水平和比赛经验的许多不利的气象条件,与组织者使用直升机运输雪(8]。

重要的是研究ultra-early预测可能的气象条件对空气质量的影响在奥运会期间和类似的体育赛事。国际贸易运动近年来发展迅速,与奥运会在巴黎,法国在2024年,中国的成都申请主办2025年世界的游戏。的技术和研究空气质量服务保证国际体育竞赛已经成为一个新的焦点区域大气科学研究。

多年来,中国的长期努力减少空气污染排放相当成功。截至2020年,点_2。5,所以₂、氮氧化物和挥发性有机化合物的仪器的排放量减少了27%,20%,33%,和24%,分别在2月份与几年前相比。重污染天的数量从2016年同期下降了87%9,10]。条件下的“quasi-zero排放增量”,这提供了一个难得的时间窗口观察micrometeorological条件对污染的影响(11]。

本研究探讨了现代天气学的新发展和研究前兆信号的新方法诊断分析的排放和不良气象条件对空气质量的影响在冬季奥运会在北京(张家口)每小时决议ultra-early预测天气预报。

2。数据和方法

2.1。数据

本研究使用的数据,包括每小时决议自动气象站(AWS)数据,地面和高空观测数据来自国家信息中心和大气成分站监测数据(3,12)来评估气溶胶污染的时空分布在北京和过去五年2月张家口。此外,探讨了可能的气象条件对北京的影响(张家口)冬季奥运会。冬季奥运会在北京的地理位置和张家口如图1。

捕捉前兆信息建立ultra-early隐藏信号引入的警告“现代天气学,”一个适当的开发方法是结合新的和传统的方法。通过这种方式,现代气象学的基本目的,ultra-early警告纪律,作为一个创新的学科,更有利于被确认和理解。

2.2。捕捉和计算大气污染的高度变化的前兆信号混合层

已经认识到大气边界层高度是重要的诊断地面附近的大气污染层。然而,边界层的信息是“隐藏的信号”,往往是难以捕捉。

众所周知,而行星边界层(PBL)参数化空气质量研究至关重要,限制空气质量模拟通过PBL参数化方案并不在大雾污染边界层条件下量化。此外,边界层的方式描述了空气污染的影响很容易复制和困惑。例如,PBL通常指的是大规模的埃克曼动态边界层。因此,不合理的使用所学的概念来评估空气污染的特点与近地表边界层有关。重霾污染测量、参数化方案的选定的功能之一是确定气团在特定位置是否符合潮湿的静态稳定状态的“高湿度”,但“雨是很困难的。”表2列出了多种类型的边界层的研究,包括研究[13]。

根据湿温位的定义θ_e在(1),当属性在一个特定的层(所表达的P坐标)的气氛达到饱和,饱和混合比W(W=W_年代)和Rd / Cp在方程(0.288)是一个常数(1)。

在这种特定层的高度(表达的P),它有利于继续混合污染当凝聚函数fc到达临界值凝结(注:这是阈值需要捕获),条件下,雨滴尚未形成。的功能之一,因此空气污染气象条件指数来描述当地的空气质量是否“静止”几乎没有变化。θ_e是一个重要的参数来描述空气质量特性(21,22]:

大气中尺度大气过程和结构的流场,冷凝,云层和降水机制有着本质的联系。在这些领域取得的研究(12,23- - - - - -26)与空气污染有关的贡献,以及发射干扰的反应变化的气象条件(12,26]。

当冷凝函数(f_c)到达临界值凝结在雨滴形成之前,大气非常有利于污染混合的延续,粒子润湿,延续的新粒子加速形成二次污染(27,28]。然后,必须抓住“阈值”与湿度有关。在这个高度大气层,污染混合层的高度(H_PML)定义的一个高度,空气污染将会出现的前兆信号(29日]: 在哪里e_年代饱和水汽压。这就是前兆信号的捕获和计算大气污染混合层高度。

2.3。大气冷凝和捕捉前兆隐藏过度饱和的信号

凝聚函数(也称为缩合率)是表示如下: 在哪里是干绝热递减率(C m°⁻¹);和C_p,l,问_年代,比热是压力,水汽凝结潜热,饱和含湿量,分别和干燥的空气凝结率。冷凝率是饱和度的函数(S) (29日]。

一旦大气成为过饱和,大气微观物理学的进程可以引入新的观测现象和过程到空气中。然而,目前,该领域的研究不足。过度饱和的比例是浓缩蒸汽的质量水饱和状态的过饱和状态,和是一个物理量表示为一个百分比(%)的过度饱和13]: 在哪里e和e_年代分别是蒸汽压力和饱和蒸汽压。冷凝率f_c描述微观物理学的气溶胶的过程的一些基本特征,与凝结,大气饱和,云,和烟雾29日]。过饱和信号隐藏信号的原因很难捕捉,他们经常发生在大气中,瞬间消失,需要捕捉高分辨率(至少每小时)。此外,在计算过饱和,有必要引入虚拟温度校正(4Td = Td的(1 + 0.378)∗(E / P) (22]。Td是大气的露点温度。

由(3),在干燥的空气接近饱和,_fcd接近f_c,f_cd/f_c⟶1,如下所示:

(5)指出,这一趋势在温度和湿度场分布对应于一个特定的临界冷凝(f_c),这表明饱和。根据这个方程,一个给定的温度的分布特点趋势相对于特定的湿度到达饱和点均匀压力场(p=常数在给定的等压面)被定义为饱和凝结通量(ξ_p):

根据(6),如果ξ_p)达到零或变化小(< 0.5×10⁻³)在实际的大气环境中,比如在一个给定的等压面域,那么这个领域的过饱和区达到阈值(ξ_p),表明一个区域的临界过饱和的前兆信号。这项研究指出,润湿的条件下生长阈值,调湿颗粒成为霾滴,但不要继续成长为雨滴(13,30.,31日]。

2.4。交通气象条件指数(PLAM的污染_⟶obj)

大多数研究表明,严重污染事件密切相关的贡献来自周边地区。使用的计算方法不同结果不同的传输距离尺度。近年来,一些研究进展的运输方法,如逆向运动轨迹的研究方法远程运输的影响下大规模天气系统(32]。例如,“棕色云”气流影响珠江三角洲地区数千公里,形成在能见度低的污染在2008年3月中旬天气被向后追踪路径与污染排放在印度支那半岛源于生物质燃烧。其中,有限公司,O_3,和点₁₀浓度从生物质燃烧比其它季节高出2 - 3倍(32]。在反向轨迹的讨论,任何周边地区的风向的影响(观测站)没有考虑目标站点上的投影。早期的信号捕获明显不确定。一系列的研究表明,PLAM指数可以作为环境污染综合气象指标量化的程度天气停滞或静止的能力(3,4,7,11]。因此,它成为一个象征指数跟踪静态和更少的污染气团移动。这个指标的优点是,它可以是线性相关的变化点_2。5质量浓度,用于测量不利气象条件变化影响气溶胶污染的地区(见图2)。该指数已成功用于估计气象因素的量化贡献气溶胶和光学性质的变化在2008年的奥运会在北京(3]。结果持续满意的应用还包括不利的气象条件的影响气溶胶质量浓度和化学成分的变化从2006年到2013年(5]。

最初设计逆向轨迹方法是一种更好的方法最近被广泛采用,因为原来的方法强调需要进行轨迹跟踪等熵过程中的气氛,所以它可以很容易地跟踪空气粒子的轨迹。

目前常见的,它通常是基于轨迹跟踪等压面环境。因此,当在某一个位置开始,向后看的逆风侧气流,一个特定的位置通常是选为空气的运行轨迹。因为风矢量的风场瞬态,它可以介绍跟踪结果的不确定性。本研究给出了投影的风向跟踪目标考虑任何车站的环境,和轨迹的跟踪可以更准确,尤其是对气象早期信号的捕获与瞬变大,如大气压力下的捕获的信号。

在这项研究中,我们讨论了气象条件对污染物的传输的影响北京地区使用运输指数计算方法可选“定向目标”(在这项研究中,冬季奥运会)的网站。方程(7)描述任何领域的影响(天文台)的运输环境气象条件,有关其传输距离目标站,风速、风的和投影方向传播目标: 在哪里а和β是周围的风向站和风向的夹角和选定的目标站,分别和X周围站的距离相对于目标(33,34]。长途衰减的影响强度之前e-exponentially分布(34,35]。

3所示。结果与讨论

3.1。Fog-Haze污染特征分析(张家口)冬季奥运会在北京在过去的5年

3.1.1。Fog-Haze污染天气的特点自2017年2月在北京

北京冬季奥运会恰逢冬季fog-haze高发的季节在中国东部6,36- - - - - -38]。探索空气质量的观测特征,fog-haze污染天气,以及相关的大气气溶胶元素在北京2月近年来,可见性和fog-haze污染的每小时分布于2月1日至28日在北京在2017年和2021年提出了数字3(一个)和3 (c),分别。数据3 (b)和3 (d)显示点的时间序列_2。5阿,₃,没有₂,所以₂PLAM指数和低层大气过度饱和(S)在北京2月28,2017年和2021年,分别。PLAM指数是一个参数连接空气质量和气象条件。值越高越气象条件,可称为在几项研究[3,12]。按照图3,所有重污染过程的特点如表所示3。图3和表3显示四个污染过程发生在北京2月。

2017:从2月3日01:00在2月5日21:00,7:00从2月15日至2月17日07:00从2月19日至2月20日07:00喂饲,从2月27日凌晨5时,在2月28日22:00。四个污染过程在2017年2月在北京主要特点是低能见度(VIS)与最小值约为1 - 2公里。PM_2。5,没有₂阿,₃频繁,PLAM指数升高,点_2。5最多达到351μg / m³,没有₂达到169μg / m³阿,₃达到102μg / m³。两个流程显示了大气污染过度饱和,过度饱和(S)高于3.2%。2021年2月,在北京也有两个重污染过程,从2月11日至15日06:00时发生,从2月26日至2月28日00:00 06:00时。他们的主要特征表示低能见度VIS < 1.1公里。同样,点_2。5,没有₂阿,₃频繁,PLAM指数升高,点_2。5达到472μg / m³,没有₂达到102μg / m³阿,₃达到117μg / m³。大气过度饱和发生在一些过程,超过5.7%。

3.1.2。张家口市Fog-Haze污染天气的特点自2017年2月

张家口市VIS和fog-haze污染的每小时分布在2017年2月和2021年2月提出了数字4(一)和4 (c),分别。数据4 (b)和4 (d)下午的时间序列_2。5阿,₃,没有₂,所以₂PLAM指数和低层大气过度饱和(s)在张家口2017年2月和2021年2月,分别。

如图4和表4,四个污染过程发生在张家口2017年2月,这属于同一污染过程的四个污染过程在同一时期在北京。2017年,四个污染过程主要表现为低能见度,最小值小于1.1公里。高值点_2。5,没有₂阿,_3,PLAM指数很常见,所以₂达到了245μg / m³。一些过程大气过度饱和超过4.2%。2021年,两个重污染过程也与此同时,主要特点是低粘度₂达到了102μg / m³和O₃达到了117μg / m³。一些过程的特点是大气过度饱和,过度饱和(S)高于4.6%。

上述分析表明,在2017年和2021年,在张家口和北京的污染过程的时间同步。这个过程持续了很长一段时间,最长的霾污染过程达到四天(从2021年的2月11日至14日)。2017年2月,点_2。5在472年达到顶峰μg / m³在北京,所以₂在245年达到顶峰μg / m³在张家口。

表5介绍了统计分析的气象条件对空气质量的影响每五天时间2月同期北京冬季奥运会过去五年(2017 - 2021)。从空气质量情况(每5天)在过去的5年,2月冬季奥运会更容易不利气象条件在同一时期,需要更多的关注以提高优良的监测和预警能力。研究气象保护大型竞技体育,天气影响“前兆信号”和预警技术是非常重要的。

表5显示了贡献的统计预测预测气象条件的影响每5天的2022年冬季奥运会在北京,根据每天的信息,满满当当,同期的2017 - 2021年冬季奥运会,(好天气:用浅蓝色表示,其概率(%)表示在数字表中蓝色框的面积;恶劣天气:布朗表示,其概率(%)用数字表示的面积以及棕色盒表)。

3.2。不利的微尺度气象“前兆信号”的历史同期高频Fog-Haze污染北京冬季奥运会

3.2.1之上。前兆信号响应的污染混合层高度Fog-Haze在北京

探索气象条件的影响在fog-haze污染北京冬季奥运会的历史时期,PLAM的分布指数和污染混合层高度计算使用每小时分辨率的气象参数的观测信息,如图5。可以看出:(1)如数据所示5(一)和5(b),连续观察H_PML下降5 - 7天前在北京两个严重fog-haze过程(从2月11日至2月15日晚7:00 06:00时,从2月26日至28日06:00时)(虚线箭头在图5(b))。随着连续H_PML下降,增加PLAM指数观察(盒装区域在图所示5(a))。PLAM的上升不到40 2月10日至200年2月12日和2月25到180多不到40 2月28(黄色框区域在图所示5),事件与两个沉重的fog-haze流程2月15日和28日。连续逐渐减少H_PML观察5 - 7天前两个严重fog-haze过程,表明H_PML的变化有一个明显的前兆信号指示。这个变化H_PML fog-haze前兆信号已被观察到在中国(39]。(2)从图5(c),我们可以看到,湿温度(Θ潜力_e)是一个重要的物理量表示气团的属性特征(21]。它提供了一个基础对污染的预防和预警的天气。至少5 - 7天的前兆信号反应是相当重要的,北京冬季奥运会期间空气质量的预测。

如图5(b),每个段严重污染(沉重的黄色框区域在图所示5(b))是伴随着少变化的过程δΘ_e(δΘ_e⟶0)和连续增加δΘ_e(↑),通常也提前7 - 10天。因此,静态稳定性的变化在低层大气混合控制的热空气质量显示温度和湿度是一个前兆信号重fog-haze污染在北京。也可以看到在图5(c),连续变量和海拔的过程δΘ_e提前7 - 10天,过度饱和(S)大幅飙升,从3.5%到6 - 7%(浅蓝色泡沫如图所示5(c))。

3.2.2。应用程序测试的早期捕获过度饱和的前兆信号潜在的气溶胶污染区

为了探讨早期捕获的普遍性前兆信号可能发生污染的地区,图6给出了几种典型的病例史上重大污染。上述的例子,即前兆信号的特征ξ_p和过度饱和(年代)计算(5)和(6),分别为2008年7月24日至27日,在2008年北京奥运会和2018年7月19日至22日期间的情况(图6)。表6提出了典型案例如2008年北京奥运会期间,包括温哥华,加拿大(冬奥会举行),和纽约,美国。

讨论污染的微观物理学的冷凝过程的普遍性在季节和地区前兆信号诊断,这里,就是夏天污染的例子。温哥华的例子表明,在热浪天气从7月29日到8月2日,在不列颠哥伦比亚广泛的地区,包括温哥华、点_2。5从小于6μg / m³到16μg / m³。纽约的情况表明,气溶胶的密度(因此上升₄_f)在120年达到顶峰μg / m³在纽约期间从7月1日到2006年8月31日。

从图6(一)2018年7月16日,在20:00,48小时前的峰值点_2。5在北京,过度饱和为4%,每小时持续增长,18,这一比例上升至22%。过度饱和前24小时内4%的高峰在7月20日00:00,增加每小时,达到了20%。

表6显示了前兆信号(ξ_p)在北京,温哥华,和纽约。是显示一致的结果(< 0.5×10⁻³在夏天,冬天,春天和过渡情况。这表明“过饱和冷凝率阈值条件下大气中可能导致高积累气溶胶的密度。这一发现实际上几乎是普遍的,适用于整个北半球。所以过度饱和的前兆信号可广泛应用在北半球的识别、诊断和预后的潜在气溶胶污染。

3.2.3。的前兆信号特征污染计算运输指数(PLAM运输_⟶obj)从周围污染区域

图7(一个)显示污染传输在2月27日零时起2021年,计算(7),贡献指数的污染气象条件面向北京(PLAM⟶obj)。

周围的污染物的定向运输到北京的气象条件的影响下被用来分析PLAM的前兆信号定量反应_⟶obj三点指数污染事件之前在北京2月28日,2021(对应于严重污染事件在北京2月28(见图7(一)))。数据7(c)和7(d)是一样的人物7(a),计算出在2月11日和12日00:00,2021年分别获得PLAM的前兆信号的反应_⟶obj指数在472年的峰值μg / m³2021年2月13日上午9点。从图可以看出7,定量PLAM_⟶obj污染指数前39 h 2月28日15时在北京2021(见图3 (d)下午,_2。5浓度达到188μg / m³)表明,有积极的交通从山东半岛东部50 - 100的价值。的值每小时PLAM的决议_⟶obj污染指数提供运输信息之前在北京前兆信号响应。

地面天气图图7(b)在2021年2月27日06:00时,符合高污染的方向运输带,是一个部分东风气流。另一个温暖而潮湿的气流的副热带高压在北京是一个大规模的气流系统污染。地面天气图表明,京津冀地区、山东、大规模和Shanxi-Henan还演示了fog-haze天气。同样,北京冬季奥运会于2月13日上午9点在同一时间,2021年的峰值472μg / m³分别记录严重污染事件,57 h和39 h提前,也就是说,在2月11日和12日00:00(数字7(c)和7(d))。已经建立定量(价值100)正值运输到北京,和预测预警信息的前兆信号是非常重要的。

3.3。预测的趋势前兆信号的不利气象条件在北京冬季奥运会的历史信息同一时期(2017 - 2021)

3.3.1。冬天的北京奥运会期间对减排的贡献

与过去相比5 - 8年,在北京地区,重型卡车的污染物排放下降了超过90%,和100万年柴油卡车三世以前消除低于全国水平。空气质量明显改善通过减排措施。

冬季奥运会的开幕式后,北京的空气质量仍然是好。监测数据显示,从2月4日到17日的平均浓度点_2。5在北京是24μg / m³下午,_2。5集中在北京、天津、河北同比下降逾40%,周边地区同比下降超过30%。尤其是开幕式当天2月4日,每日的平均浓度点_2。5在北京是低至5μg / m³,“北京蓝色”成为默认在冬季奥运会空气质量。

北京冬季奥运会恰逢中国传统的春节,烟花的控制已经到位。春节期间,一些企业停止工作,社会和经济活动的水平明显下降,与交通流量明显减少。

3.3.2。比较分析Ultra-Early预测的高分辨率(每小时)天气变化观察北京冬季奥运会

图8显示了预测分析气象条件对空气质量的影响在同一时期的北京冬季奥运会过去五年(2017 - 2021)。图中可以看到8:(1)根据每小时的前兆信号分析的结果在北京在过去五年2月,阴霾天气的概率从2月10日在北京to15高达80%,而好天气的概率小于20%;即预测不利天气影响冬季奥运会可能会2月10 - 15,2022。的概率同样,2月26日至29日,不利天气高达83%或更多,而好天气的概率仅为10%。(2)如图8 (b)的实时观测,北京冬季奥运会非常符合预期,与北京的烟雾从2月10到15,同样的,沉重的阴霾和浓雾天气于2月24日至28日(见图底部的象征8 (b))。(3)在北京、张家口冬季奥运会在2022年2月,有两个时候天气污染过程显著发达,空气质量显著下降,这是符合ultra-early预测结果基于前兆信号捕获理论方法在本研究中。2月10日15时O₃浓度是96年观察到μg / m³,在2月11日22:00点₁₀飙升至143μg / m³(蓝色虚线(见图8 (b))。

从10日到13日,阴霾的天气持续了96 h,在北京有飘雪(见天气符号图的底部8 (b),在图8 (c)地面上天气的象征,注意天气地图)。北京fog-haze张家口和朦胧的天空条件影响冬季奥运会的官方时间表。当时,一些项目,包括时间表妇女U-pool滑雪比赛的决赛,不得不推迟超过48 h由于烟雾,能见度低,可能会影响运动员的健康和着陆能力。

综合上述,ultra-early高分辨率空气质量的理论和方法总结如图天气预报服务9在恶劣天气的前兆信号的捕获。

4所示。结论

日益快速发展的经济全球化和蓬勃发展的国际经济,文化,体育,包括重大事件由奥运比赛,天气理论和技术的发展,带来了许多新的挑战和现有的传统预测项目的研究和操作的目的(包括短期和长期预测)需要进一步的技术更新。有必要延长预报及时性和添加细化预报内容,拓宽预测领域,满足公共需求的增长。新发展的一个重要增长区域天气预报是如何预测的瞬态信号恶劣天气天以上提前几个月以及如何预测的进化瞬态信号,包括小时解决,大事件的调度提供了依据。研究和开发的大气前兆信号预测是非常重要的。在这项研究中,理论和方法给出前兆信号在大气过程的影响提供ultra-early阶段不可预知的影响链的瞬时不利气象前兆信号。通过深入分析几个小时信息污染的过程在过去的几年里在北京冬季奥运会(即。,February), the precursor signal and observational facts of adverse meteorological conditions during the Winter Olympic Games are examined, as well as the theoretical and methodological approaches for the development of warning precursor signals. The results are as follows:

评估和分析历史的天气和北京的空气质量和张家口并发冬季奥运会表示北京的空气质量和张家口都受到了同样的天气模式同步。研究显示,不良大气过程的前兆信号可以提供一个ultra-early预测低能见度的频繁发生fog-haze污染、有限空间,从这些北京冬季奥运会的典型案例,包括理论和方法论的研究,作为一个起始的启示。其研究的优点是,在这项研究中使用的数据是实时和历史中包含日期、高分辨率和无排放信息的干扰(减排控制更成功(零排放的增长)。它是有利于研究气象条件的相对影响。我们建议继续进行深入研究。(1)北京冬季奥运会的实时观测符合预测和前兆信号的理论和方法用于这项研究。北京持续的阴霾天气持续了2月10到15,和fog-haze继续于2月24日至2月28日,2022年。(2)第一个前兆信号在大气中是减少混合层的高度。在北京、张家口、严重污染发生前2 - 3天,观察混合层高度下降。(3)第二个大气前兆信号是“消极⟶积极变化的信号δΘ_e。大气湿相当于潜在的温度变化(δΘ_e)作为“消极⟶积极”信号出现,伴随着大气过度饱和的重要证据,这是一个重要的前兆指标重fog-haze污染。注意关键大气前兆信号的2 - 3天的空气质量污染的形成有利于准确预测服务的冬季奥运会。(4)每小时PLAM的决议_⟶obj索引可以诊断污染运输提前在北京污染前兆信号的响应。在同一时期的北京冬季奥运会,沉重的霾污染在472年达到顶峰μg / m³在2021年2月13日上午9点,在一个破纪录的罕见的严重污染事件。PLAM的_⟶obj污染指数提供了定量的前兆信号信息提前运输到北京地区- h。(5)普遍性的分析微观物理学的冷凝过程中污染前兆信号从季节性和地区性诊断表明,区域特征的早期检测信号通过过度饱和可以几乎普遍应用在北半球的部分识别、诊断和预后的潜在气溶胶污染。

5。总结

有必要延长预报的及时性而添加细化他们已经进入了焦科学和跨学科研究领域的“可预见性”在现代天气预报。本研究提出的学术概念建立在现代天气学捕获的前兆信号。基于这个理论的概念,针对每天的需求(包括每小时分辨率)天气预报服务2022年北京冬季奥运会的典型案例,研究了前体隐藏信号的计算和先进的捕获方法的空气污染混合层高度变化,冷凝,过度饱和,以及污染传播气象条件指数,等等,使合理的预测。这项研究也给理论和方法的可行性在不同地区(加拿大温哥华,纽约,美国)。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

附加分

(1)建立学术概念来捕捉现代天气学前兆信号。(2)个月/年每小时提前预测天气变化的北京冬季奥运会。(3)前兆信号的混合层高度降低3 - 5 d之前的阴霾。(4)当过饱和上升的早期信号的阈值是6 - 7%,烟雾就会出现。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。

确认

作者要感谢院士张X.Y.宝贵的建议和意见。本研究由国家自然科学基金委重大项目支持(42090031)。