Global near-real-time daily emissions of atmospheric pollutants from power plants
Tsinghua University（清华大学）；International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA)（国际应用系统分析研究所）；Yellow River Laboratory (Henan)（黄河实验室（河南））
本文提出一个全球电力行业每日多污染物排放数据库，通过整合近实时发电数据提升排放估计的时效性和精度，揭示污染物排放趋势及区域差异。
2026-04-08 physics.ao-ph
A Staged Deep Learning Approach to Spatial Refinement in 3D Temporal Atmospheric Transport
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Stanford University（斯坦福大学）
针对复杂地形大气烟羽扩散模拟计算成本高的问题，提出DST3D-UNet-SR双阶段深度学习模型，通过时间模块预测瞬态演化并经空间精化模块提升分辨率，将大涡模拟加速三个数量级，并能融合新观测数据动态提升源附近预测精度。
2024-12-18 cs.LG physics.ao-ph
Dispersion in an array of buildings in stable and convective atmospheric conditions
通过风洞实验研究了大气层结对矩形建筑物内和上方气流和扩散的影响。三个稳定和两个对流传入边界层进行了测试，理查森数范围从$-$ 1.5到0.29。使用快速响应火焰电离检测器进行分散测量。结果表明，层结对烟羽宽度的影响明显小于对垂直廓线的影响。稳定的层结并不影响冠层内的羽流中心轴，但在不稳定的情况下，轴出现偏离中性的情况下的方向。在树冠以上的两种分层类型造成的羽流偏转角增加相比，中性的情况下。在稳定分层的测量浓度在冠层相比，中性的情况下，高达2倍，而在对流条件下，他们的3倍小。垂直湍流通量和垂直平均浓度梯度之间的比例也证实了分层的情况下。在这项工作中产生的高质量的实验数据可能有助于开发新的数学模型和非中性分层条件的参数化，以及验证现有和未来的数值模拟。
2019-10-30 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Zeeman: A Deep Learning Regional Atmospheric Chemistry Transport Model
本研究提出深度学习大气化学传输模型Zeeman，利用注意力机制捕捉多污染物相互作用，性能媲美数值模型，为大气化学模拟提供高效方案，并有望与数据同化结合以改进排放估算和浓度预测。
2025-10-07 physics.ao-ph
Eruption column modelling of explosive volcanism on Venus
本研究利用一维FPLUME模型模拟金星爆炸性火山喷发柱，发现其典型高度为15公里，风会显著降低柱高，而高纬度环境利于柱体达到更高海拔。
2025-10-17 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
The electrostatic-hydrodynamic interaction of two spheres in a linear compressional flow
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；Nordita, KTH Royal Institute of Technology and Stockholm University（诺迪塔，皇家理工学院和斯德哥尔摩大学）
研究发现，大气中同极性电荷可增强粒子碰撞率，特定电荷和尺寸比下碰撞增长显著提升。
2026-10-30 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Mapping ammonia emission plumes using shortwave infrared imaging spectroscopy
Carbon Mapper（碳映射器）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）
本研究利用短波红外成像光谱法，通过反射阳光信号，实现了对工业氨排放源的高效监测与量化。
2026-02-13 physics.ao-ph
Surface Water Formation on the Natural Surface under Super-saturation: from Local Water Balance to Air Pollutant Deposition
当水蒸气浓度达到过饱和点时，地表水在自然基质上发生非均质成核和随后的生长。本研究的重点是在2015-2017年秋冬期间，通过实地观测监测地表水形成（CO2），如露水和霜冻，在一个城市的常绿灌木中，冠层-空气界面上的过饱和度的参数化。在这里，我们表明，界面和垂直的温差范围从1到3 K，是必要的，但不足以在自然表面上的过饱和冷凝。必须存在过量的水分供应，持续地促进凝结水胚的生长，这些水分供应来自本地和外部来源，例如由降低的气压驱动的蒸散和大气平流，不仅在地面土壤上，而且在1-2 m高度的植被冠层上引起干旱。过饱和率主要由热泳沉积系数决定，其值接近1。自然表面的灰尘不仅是空气污染的指示剂，而且是空气污染的弱清洁剂。细颗粒物和液滴向下的热迁移沉积有利于沉降和空气污染物质的清除。降水过程中沉积通量对[SO 42-+NO3-]的去除效率约为0.3 mmol（per [Ca 2 +] meq）/m2（per leaf area）。
2019-05-19 physics.ao-ph
Evaluation of the Impact of Low-Emission Zone: Madrid Central as a Case Study
城市地区的空气质量及其与公众健康的关系是各国政府最关心的问题之一。为此，它们采取行动，旨在降低最关键的大气污染物的浓度，其中包括实施低排放区。马德里市中心是马德里市议会的一项重大举措，旨在减少市中心的机动车交通和相关的空气污染。它是通过扩大以前较小的机动车交通限制区域而创建的。该计划于2018年底开始，但第一个全面运营期对应于2019年第二季度（2019年第二季度）。低排放区的启动除了环境影响外，还具有社会和经济影响。因此，必须评估其影响，以确保实现减少大气污染物水平的承诺。在这项工作中，提出了两个指标，用于评估马德里中央在减少二氧化氮浓度的影响。采用2010年至2019年卡门广场监测站对应的NO2日平均浓度来评估马德里中心的影响。另外两个监测站周围的马德里中央进行了分析，以确定上升的不利影响，由于交通限制区周围的机动车交通的增量。因此，两种方法污染物独立评估的影响和演变的低排放区，以及关于马德里中央的第一年的影响的声明。
2021-04-29 physics.ao-ph physics.data-an
Atmospheric aerosol diagnostics with UAV-based holographic imaging and computer vision
排放到大气中的颗粒物对于表征颗粒大小、形态和成分等特性至关重要，有助于更好地了解对公众健康和气候的影响。然而，目前还没有能够在与野火或火山爆发等事件相关的广泛领域内以如此高的细节测量单个颗粒的技术。为了解决这个问题，我们提出了一个自主的测量系统，涉及一个无人驾驶飞行器（UAV）加上一个数字内联全息显微镜原位粒子诊断。飞行控制系统使用计算机视觉来定位并跟踪载有颗粒的流动的运动，同时对颗粒进行采样，以确定它们从源头运输时的特性。我们证明了该系统适用于测量烟羽中的颗粒物，并讨论了这种类型的系统在类似应用中的更广泛的影响。
2023-01-15 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.ins-det
Estimates of daily ground-level NO2 concentrations in China based on big data and machine learning approaches
Tsinghua University（清华大学）
二氧化氮（NO2）是最重要的大气污染物之一。然而，由于源数据质量和模型计算能力的限制，目前的地面NO2浓度数据缺乏高分辨率覆盖或全国范围的全覆盖。据我们所知，这项研究是第一个估计中国地面NO2浓度的国家覆盖范围以及相对较高的时空分辨率（0.25度;每日间隔）在最近6年（2013-2018）。提出了一种基于K均值的随机森林模型（RF-K），用于多源参数的估计。除了气象参数、卫星反演参数外，我们还首次引入了社会经济参数来评估人类活动的影响。结果表明：（1）RF-K模型的交叉验证R2 = 0.64（MAPE = 34.78%），优于其他模型。(2)我国NO2年均浓度呈微弱上升趋势。而在京津冀、长三角、珠三角等经济区，NO2浓度甚至有所下降或保持不变，尤其是春季。我们的数据集已经验证了这些地区的污染物控制目标已经实现。通过绘制全国地面NO2日浓度图，为我国空气质量管理提供了及时、高质量的数据。我们提供了一个通用的模型框架，以快速生成一个及时的国家大气污染物浓度地图与高时空分辨率，基于改进的机器学习方法。
2020-11-18 cs.LG physics.ao-ph
The 2016 Al-Mishraq sulphur plant fire: source and risk area estimation
2016年10月20日，随着伊拉克北部摩苏尔的战斗变得更加激烈，Daesh（伊斯兰国）放火焚烧了硫磺生产基地Al-Mishraq。大量有毒的二氧化硫和硫化氢造成了广泛的伤亡。二氧化硫释放的强度达到了小型火山爆发的水平，几颗卫星观测到了烟羽。通过对MetOp-A、MetOp-B、Aura和Soumi卫星上的仪器测量数据的调查，我们估计了7天内释放到大气中的161千吨二氧化硫的随时间变化的源项。利用一个长距离扩散模式模拟了中东地区的大气输送。通过模拟预测的地面浓度与土耳其国家空气质量监测网的观测结果进行了比较。最后，模拟数据提供，使用概率分析的模拟数据，估计的健康风险领域相比，报告的紧急医疗。这篇文章已发表在大气环境，见下面的交叉链接。
2017-11-07 physics.ao-ph
Localized precipitation and runoff on Mars
我们使用火星区域大气模拟系统（MRAMS）来模拟火星上的湖暴，发现当湖泊面积大于等于10^3平方公里时，会出现强烈的局部降水。火星有一个低密度的大气层，所以深层对流可以由少量的潜热释放引发。在我们的参考模拟中，浮力羽流将蒸汽提升到冷凝水平以上，形成20公里高的光学厚度云。冰粒生长到200微米半径，并以平均速率高达1.5毫米/小时水当量（最大速率高达6毫米/小时水当量）落在湖泊附近（或湖泊中）。由于火星表面层外的大气温度总是远低于273 K，因此过饱和和冷凝开始于火星湖泊上方的低海拔。与地球上的湖暴不同，火星上的湖暴涉及持续的降水，其垂直速度和羽流高度超过地球上的热带雷暴。对于小于10^3 km^2的湖泊或大于O（10^2）mbar的大气压力，对流不会到达行星边界层以上。相反，蒸汽被平流顺风，几乎没有云的形成。降水以降雪的形式出现，而陆面上由羽流蒸汽和风暴云产生的日间辐射强迫太小，不足以直接融化积雪（<+10 W/m^2）。然而，如果轨道条件是有利的，那么雪可能会季节性地不稳定融化，并产生径流形成通道。我们通过在所有可能的轨道条件下运行热模型，并根据Laskar等人给出的概率对结果进行加权，2004.我们确定，对于赤道水汽源，阳光比现在暗15%，积雪的温度为0.28（0.35），融化可能发生的概率为4%（0.1%）。如果古代的温室效应比今天稍大（6 K），这一比例将上升到56%（12…
2010-12-22 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Global Impact of COVID-19 Restrictions on the Atmospheric Concentrations of Nitrogen Dioxide and Ozone
为对抗COVID-19大流行而实行的社交距离措施已广泛减少空气污染物排放。量化这些变化需要一个与往常一样的反事实，解释空气污染物质的天气和季节变化。我们使用由NASA GEOS-CF模型信息驱动的机器学习算法，评估2020年1月至6月46个国家5,756个观测点的二氧化氮（NO $_{2}$）和臭氧（O $_{3}$）变化。NO $_{2}$的减少与COVID-19限制的时间和强度相关，从受严重影响的城市的60%（例如，武汉，米兰）到变化不大（例如，里约热内卢，台北）。从2020年2月起，NO $_{2}$浓度平均比正常水平低18%。中国经历了最早和最急剧的下降，但自4月份以来，浓度基本恢复，并保持在5%以内。欧洲和美国的$_{2}$削减行动更为缓慢，3月下旬开始出现了断断续续的复苏。我们估计，二零二零年首六个月全球NO $_{x}$（NO+NO $_{2}$）减排量为2. 9 TgN，相当于全年人为排放总量的5. 1%。表面O $_{3}$的响应由于非线性大气化学的竞争影响而变得复杂。虽然某些地区的表面O $_{3}$增加了50%，但我们发现2020年2月至6月期间对每日平均O $_{3}$的整体净影响很小。然而，我们的分析表明，平坦的O $_{3}$昼夜周期与夜间臭氧的增加，由于减少滴定和减少白天臭氧，反映了减少光化学生产。O $_{3}$响应取决于季节、时间尺度和环境，如果N…
2020-08-03 physics.ao-ph physics.soc-ph
Superstatistical wind fields from point-wise atmospheric turbulence measurements
湍流风场的精确模型在大气科学中变得越来越重要，例如，用于确定风力发电场的时空相关性、涡轮机转子和叶片上的单个负载的估计，或者用于大气云中的颗粒-湍流相互作用或城市环境中的污染物分布的建模。由于禁止的任务，解决领域在广泛的规模，人们往往不得不诉诸随机风场模型，满足特定的，经验观察，属性。在这里，我们提出了一个新的模型，可以理解为一个著名的曼恩模型的扩展，在风能科学流入湍流的合成风场的生成。而这种高斯随机场模型仅控制二阶统计（即，速度相关张量或动能谱），我们明确表明，我们的扩展模型模拟高阶统计的影响。最重要的是，经验观察到的小尺度湍流现象，这可以被认为是大气湍流的关键特征之一，再现高精度和相当低的计算成本。我们的方法基于最近开发的湍流速度场的多点统计描述[J. Friedrich等人，J. Phys. Complex. 2 045006（2021）]，并且由具有波动协方差的多变量高斯统计的叠加组成。我们示范如何“超统计”风场可以约束在一定数量的逐点测量数据从气象桅杆阵列。
2022-09-01 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.flu-dyn
Fast and Accurate Retrieval of Methane Concentration from Imaging Spectrometer Data Using Sparsity Prior
大气甲烷强烈的辐射强迫激发了人们对确定这种强效温室气体的自然和人为来源的兴趣。点源是重要的量化目标，人为目标具有减排潜力。甲烷点源羽流探测和浓度反演以前已经证明使用的数据从机载可见光红外成像光谱仪下一代（AVIRIS-NG）。目前的定量方法在计算要求和检索精度之间进行权衡，为处理来自飞行活动的实时数据或大型数据集造成了障碍。我们提出了一种新的计算效率高的算法，适用于稀疏性和一个多校正的匹配滤波器检索的痕量气体浓度的路径长度。新的算法进行了测试，使用AVIRIS-NG数据采集的几个点源羽在印度艾哈迈达巴德。该算法进行了验证，使用模拟AVIRIS-NG数据，包括已知甲烷浓度的合成羽流。稀疏性和多校正一起减少了60.7%的根均方误差检索甲烷浓度的路径长度增强相比，以前的强大的匹配滤波器方法。背景噪声降低了2.64倍。新算法能够在台式计算机上通过GPU加速在8小时内处理整个300飞行路线2016 AVIRIS-NG印度活动。
2020-03-06 cs.DC eess.IV physics.ao-ph
Quantifying the loss of information in source attribution problems using the adjoint method in global models of atmospheric chemical transport
Harvard University School of Engineering and Applied Sciences（哈佛大学工程与应用科学学院）
研究通过全球大气传输模型和伴随方法，量化污染源归因中信息损失随时间间隔的变化，发现2天后伴随优化方法的准确性显著下降，导致约1700公里外的源重建失效。
2013-11-25 cs.NA math.NA physics.ao-ph
Detection of $^{133}$Xe from the Fukushima nuclear power plant in the upper troposphere above Germany
2011年3月日本福岛第一核电站发生事故后，大量放射性物质被释放并分布在大气中。其中还有放射性惰性气体同位素，可用作示踪剂，以测试全球大气环流模型。这项工作提出了独特的测量放射性核素$^{133}$从福岛在对流层上部以上的德国。测量包括在研究喷气式飞机中进行空气采样，然后进行色谱氙提取和用小型化正比计数器进行超低背景气体计数。利用该技术，可实现升尺度空气样品中100个$^{133}$氘原子数量级的检测极限（对应于约100 mBq/m $^3$）。我们的结果提供了证据，$^{133}$富Xe地面空气层从福岛被提升到对流层顶和半球分布。此外，与地面空气测量结果的比较表明，放射性羽流到达德国高空的时间比地面羽流早几天。
2014-12-05 nucl-ex physics.ao-ph physics.ins-det
Multiplex Visibility Graphs as a complementary tool for describing the relation between ground level O3 and NO2
本文研究使用多重可见图(MVG)分析光化学烟雾中O3与NO2浓度的相关性，提取的两个参数可分别描述微观时间相干性和时间序列行为相关性，为大气污染物相关性研究提供补充工具。
2023-11-18 physics.ao-ph
Avoiding methane emission rate underestimates when using the divergence method
本研究指出散度法在空间不完整观测中会导致甲烷排放速率低估，提出先对日平流通量进行时间平均再应用散度法的改进程序，并用TROPOMI数据计算了2019-2021年二叠纪盆地的排放速率。
2023-10-13 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Spring Festival points the way to cleaner air in China
春节期间的人类迁徙是现代人类最大的集体活动，涉及世界人口的十分之一和地球陆地表面积的6%以上。春节期间，空气污染物排放量下降，导致中国污染最严重地区的大气成分发生巨大变化。基于2005-2019年中国东部50个城市的卫星和现场测量，我们发现，在SF周，大气NO2污染下降了约40%，细颗粒物质（PM2. 5）在接下来的一周下降了约30%，反映了前体排放控制对减轻二次PM2. 5形成的有效性。然而，尽管人类活动和排放量处于最低水平，但中国东部地区在SF期间的空气污染仍然远远超过其他全球污染热点。我们的分析表明，仅基于末端控制和行业升级的措施可能不足以实现空气质量目标。中国空气的进一步清洁，从根本上取决于重工业升级和清洁能源转型的可持续发展。
2020-05-02 physics.ao-ph physics.geo-ph
