本文關(guān)鍵詞：北京地區(qū)大氣污染對(duì)輻射收支及氣象要素的影響

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【摘要】：近年來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,污染日益嚴(yán)重,大氣污染對(duì)于輻射收支和氣象要素的影響也日益顯著。本文利用2012—2014年中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所325m鐵塔、南郊觀(guān)象臺(tái)、密云氣象塔、上甸子區(qū)域大氣本底站四個(gè)觀(guān)測(cè)站點(diǎn)的輻射及自動(dòng)站氣象要素?cái)?shù)據(jù),研究了北京地區(qū)輻射分量的分布特征及大氣污染和城郊差異對(duì)地表輻射收支的影響;并針對(duì)一個(gè)冬季無(wú)云的污染個(gè)例,采用WRF中尺度模式,加入MODIS二維氣溶膠光學(xué)厚度以及重污染天氣下氣溶膠光學(xué)厚度的垂直廓線(xiàn),探究大氣污染對(duì)輻射收支及氣象要素的影響并進(jìn)行敏感性試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析表明:(1)北京地區(qū)全年入射短波輻射受降水和云量的影響,最大值出現(xiàn)在5月。從城郊對(duì)比上看,全年入射短波輻射城區(qū)小于郊區(qū),但在城市熱島的作用下,長(zhǎng)波輻射值城區(qū)比郊區(qū)高。地表反照率城郊地區(qū)全年變化都很小,年均值城區(qū)最低,為0.12,上甸子站最高,為0.21。(2)從冬季月平均值來(lái)看,各站污染天入射短波輻射值明顯小于清潔天,二者差異最大為55.8 W/m~2,反射輻射差異最大為14.5 W/m~2;大氣污染對(duì)直接輻射的衰減程度更高,最大衰減可達(dá)161.1 W/m~2,使散射輻射增加最大可達(dá)72.2W/m~2;而污染天長(zhǎng)波輻射高于清潔天,長(zhǎng)波輻射的變化既與污染物濃度又與氣溫相關(guān);白天的凈輻射清潔天比污染天高,夜間相反,二者差異白天最大接近50 W/m~2。(3)從站間對(duì)比上看,污染天入射短波輻射有明顯衰減,南郊觀(guān)象臺(tái)站衰減率高于大氣所站,與北京地區(qū)“南北兩重天”的污染物分布特征一致。長(zhǎng)波輻射的日變化受地表溫度和不同高度氣溫影響,亦呈現(xiàn)從城區(qū)到郊區(qū)變化率依次減小的趨勢(shì)。凈輻射南郊觀(guān)象臺(tái)站衰減率最高達(dá)13%通過(guò)對(duì)一個(gè)無(wú)云、污染個(gè)例(2013年12月23日)的數(shù)值模擬及敏感性試驗(yàn)分析可知:(1)WRF模式加入氣溶膠光學(xué)厚度空間分布數(shù)據(jù)后,可以更好的模擬北京地區(qū)輻射及氣象要素的分布特征。(2)污染物的影響過(guò)程:首先通過(guò)改變垂直方向上凈短波輻射的吸收量而改變溫度的垂直分布;同時(shí)由于污染物對(duì)短波輻射的阻擋,使近地層溫度下降、大氣層結(jié)更加穩(wěn)定,層結(jié)穩(wěn)定度的增加,也降低了邊界層的高度,減小了近地面的動(dòng)量輸送,使近地面風(fēng)速減小。(3)從污染物對(duì)短波輻射的影響來(lái)看,污染物使六環(huán)南部區(qū)域入射短波輻射衰減比北部區(qū)域高23.7 W/m~2,在垂直方向上,近地層凈短波輻射的吸收量達(dá)12-13W/m~2;從對(duì)地表感熱通量的影響來(lái)看,整個(gè)區(qū)域地表感熱通量下降,其中六環(huán)南部區(qū)域平均下降24 W/m~2,比北部區(qū)域下降多11 W/m~2;從對(duì)溫度的影響來(lái)看,近地層以降溫為主,南部區(qū)域降溫幅度更大,平均為0.16℃,比六環(huán)北部區(qū)域高0.13℃,在垂直方向上,南部區(qū)域近地層降溫比北部區(qū)域更加顯著,上層升溫亦是;從對(duì)邊界層高度的影響來(lái)看,整個(gè)區(qū)域邊界層高度下降,其中南部區(qū)域平均下降184m,遠(yuǎn)高于北部地區(qū);從對(duì)風(fēng)速的影響來(lái)看,風(fēng)速在近地層以降低為主,高層以升高為主,其中南部區(qū)域變化規(guī)律更加顯著。(4)當(dāng)污染物濃度加倍后,大氣污染對(duì)各量值的影響程度均增加,同北部區(qū)域相比,南部區(qū)域影響程度更大。從短波輻射的分布來(lái)看,同氣溶膠未加倍前相比,南部站點(diǎn)入射短波輻射衰減值變化最大,達(dá)49.4 W/m~2,北部站點(diǎn)最小,為14.1 W/m~2;從溫度的分布來(lái)看,同氣溶膠未加倍前相比,六環(huán)南部區(qū)域近地面溫度降低0.5℃,北部區(qū)域僅降低0.1℃,高層六環(huán)南部區(qū)域升高0.56℃,而北部地區(qū)的升高程度僅為南部的一半;從邊界層高度的分布來(lái)看,污染物的加倍使區(qū)域邊界層高度更低,同氣溶膠未加倍前相比,南部區(qū)域邊界層高度減小了111m,北部區(qū)域邊界層高度減小了31m。本研究表明:北京地區(qū)大氣污染對(duì)于輻射收支及氣象要素的影響顯著,需在精細(xì)天氣預(yù)報(bào)中考慮大氣污染的作用。此外,該研究對(duì)城市大氣環(huán)境治理、城市規(guī)劃建設(shè)等有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：大氣污染 輻射收支 氣象要素 WRF 北京
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：X51;X16
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-16
• 1.1 研究目的及意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展11-15
• 1.2.1 北京大氣污染總體特征11-12
• 1.2.2 各地輻射平衡主要特征12-13
• 1.2.3 大氣污染物的輻射強(qiáng)迫13-14
• 1.2.3.1 觀(guān)測(cè)分析13-14
• 1.2.3.2 數(shù)值模擬14
• 1.2.4 大氣污染物對(duì)氣象要素的影響14-15
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容15-16
• 第二章 研究資料與WRF模式介紹16-24
• 2.1 觀(guān)測(cè)區(qū)域及站點(diǎn)介紹16-17
• 2.2 數(shù)據(jù)介紹17-20
• 2.2.1 輻射觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)17-18
• 2.2.2 氣象要素?cái)?shù)據(jù)18-19
• 2.2.3 大氣能見(jiàn)度數(shù)據(jù)19
• 2.2.4 MODIS氣溶膠光學(xué)厚度數(shù)據(jù)19-20
• 2.2.5 觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)篩選標(biāo)準(zhǔn)20
• 2.3 WRF模式介紹20-24
• 2.3.1 模式基礎(chǔ)框架20-21
• 2.3.2 模式物理參數(shù)化方案21-24
• 第三章 大氣污染對(duì)北京城市和郊區(qū)輻射收支影響的觀(guān)測(cè)分析24-38
• 3.1 輻射分量的月變化24-26
• 3.2 輻射分量的日變化26-27
• 3.3 冬季大氣污染對(duì)輻射收支的影響27-36
• 3.3.1 對(duì)單站輻射收支的影響28-31
• 3.3.2 對(duì)城市和郊區(qū)輻射收支影響的對(duì)比分析31-34
• 3.3.3 對(duì)垂直方向輻射收支的影響34-36
• 3.4 本章小結(jié)36-38
• 第四章 冬季污染個(gè)例的數(shù)值模擬研究38-72
• 4.1 個(gè)例介紹38-39
• 4.2 模擬試驗(yàn)設(shè)置39-42
• 4.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)39-40
• 4.2.2 氣溶膠光學(xué)厚度分布40-42
• 4.3 WRF模式對(duì)冬季污染個(gè)例的模擬分析42-47
• 4.3.1 地面站點(diǎn)入射短波輻射的模擬檢驗(yàn)42-43
• 4.3.2 近地面氣溫、比濕、風(fēng)速的模擬檢驗(yàn)43-46
• 4.3.3 位溫和垂直速度的模擬分析46-47
• 4.4 氣溶膠對(duì)輻射收支及氣象要素影響的模擬分析47-63
• 4.4.1 氣溶膠對(duì)短波輻射的影響47-50
• 4.4.2 氣溶膠對(duì)地表能量平衡的影響50-53
• 4.4.3 氣溶膠對(duì)溫度的影響53-57
• 4.4.4 氣溶膠對(duì)濕度的影響57-58
• 4.4.5 氣溶膠對(duì)邊界層高度的影響58-60
• 4.4.6 氣溶膠對(duì)風(fēng)速的影響60-63
• 4.5 氣溶膠加倍對(duì)輻射收支及氣象要素影響的模擬分析63-70
• 4.5.1 氣溶膠加倍對(duì)短波輻射的影響63-66
• 4.5.2 氣溶膠加倍對(duì)溫度的影響66-69
• 4.5.3 氣溶膠加倍對(duì)邊界層高度的影響69-70
• 4.6 本章小結(jié)70-72
• 第五章 結(jié)論與展望72-74
• 5.1 主要結(jié)論72-73
• 5.2 不足及展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 致謝78-80
• 個(gè)人簡(jiǎn)介80

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1 王昕然;北京地區(qū)大氣污染對(duì)輻射收支及氣象要素的影響[D];中國(guó)氣象科學(xué)研究院;2016年

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本文編號(hào)：518997