【摘要】： 本文在對蘭州市西固區(qū)2005年1月20日—2月2日大氣邊界層實驗觀測資料和空氣質(zhì)量監(jiān)測資料分析的基礎(chǔ)上,利用中尺度氣象模式WRF (Weather Research and Forecasting)和空氣質(zhì)量模式Models3系統(tǒng),對實驗期間蘭州市西固區(qū)冬季邊界層低空氣象要素特征和空氣污染分布進(jìn)行了模擬；通過與同期觀測的氣象資料和空氣質(zhì)量監(jiān)測資料進(jìn)行對比,了解WRF模式中不同邊界層參數(shù)化方案對蘭州市復(fù)雜下墊面邊界層低層氣象場特征的模擬能力,進(jìn)而探討WRF模式不同PBL (Planetary Boundary Layer)參數(shù)化方案模擬的近地層氣象場對空氣質(zhì)量模擬效果的差異；論文也驗證了CMAQ (Community Multiscale Air Quality)模式在復(fù)雜地形高分辨率下對污染物輸送擴(kuò)散特征的模擬能力,研究結(jié)論對于改進(jìn)復(fù)雜下墊面空氣質(zhì)量數(shù)值模擬效果,進(jìn)而提高空氣污染數(shù)值預(yù)報水平有一定的參考價值；利用模擬結(jié)果進(jìn)一步研究了蘭州市冬季污染物的時空分布特征,討論了大氣中各種物理化學(xué)過程對SO2和NO2地面濃度的貢獻(xiàn)；通過設(shè)計敏感性試驗,研究了蘭州市高架源排放對蘭州城區(qū)空氣質(zhì)量的影響程度,為治理蘭州地區(qū)大氣污染、改善蘭州地區(qū)空氣質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。論文主要結(jié)論如下： (1)WRF中YSU、MYJ和ACM2三種邊界層參數(shù)化方案模擬的蘭州地區(qū)冬季溫度場空間分布特征相似,但MYJ方案模擬的夜間溫度低于YSU和ACM2方案,日間則高于YSU和ACM2方案。這主要是由于局地閉合的MYJ方案湍流交換能力較弱,從而導(dǎo)致地面溫度變化幅度低于非局地閉合方案。日間太陽短波輻射增強(qiáng),湍流混合加劇的結(jié)果使得三個方案模擬的地面溫度的水平梯度小于夜間。 (2)不同邊界層參數(shù)化方案對地面溫度的模擬比較分析表明,對于冬季穩(wěn)定邊界層,WRF模式局地閉合的MYJ方案可以更好地模擬低層溫度的時間變化特征。 (3)與實測位溫廓線對比可知,WRF模式三種邊界層參數(shù)化方案模擬的夜間位溫廓線均較好,ACM2方案模擬的日間低層位溫廓線優(yōu)于MYJ和YSU方案,而MYJ方案對邊界層中上部位溫廓線的模擬更接近于實測。 (4)WRF模式不同PBL參數(shù)化方案與CMAQ模式模擬的SO2和NO2日均濃度均能反映出污染物時空分布特征,說明高分辨率的CMAQ模式能夠研究復(fù)雜下墊面條件下的空氣污染問題。 (5)不同方案模擬結(jié)果表明：ACM2方案與CMAQ模式相結(jié)合模擬的污染物濃度與監(jiān)測值相關(guān)性最好,模擬的SO2和NO2日均濃度與監(jiān)測值濃度的相關(guān)系數(shù)分別為0.61和0.57；這是由于局地與非局地閉合的ACM2方案描述的湍流擴(kuò)散特征更接近于實際大氣,且氣象模式與空氣質(zhì)量模式采用相同的湍流交換系數(shù)計算方法,因而模擬效果相對較好。 (6)粗粒子排放源的不確定性導(dǎo)致模式對PM1o的濃度模擬效果相對不理想,但模擬的PM25濃度與TSP濃度具有一定的相關(guān)性(ACM2方案相關(guān)系數(shù)達(dá)0.398),說明CMAQ模式的化學(xué)傳輸模塊可以反映污染物氣相化學(xué)過程；CMAQ模式具有模擬細(xì)粒子在大氣中的形成、轉(zhuǎn)化及清除機(jī)制的能力,而對粗粒子在大氣中形成轉(zhuǎn)化機(jī)制的處理能力尚需進(jìn)一步驗證。 (7)對模擬的蘭州市城區(qū)的SO2、N02和PM2.5等主要污染物水平和垂直分布特征分析表明：受排放源的空間分布和氣象場共同影響,污染物濃度的高值區(qū)分別在城關(guān)區(qū)的鐵路局附近和西固區(qū)的蘭化賓館附近；污染物的濃度隨高度線性減小,日間湍流混合能力增強(qiáng),使得日間污染物濃度隨高度遞減率小于夜間。 (8)高架源排放敏感性試驗表明：試驗期間高架源(有效源高H≥100m)排放的SO2和NO2分別占污染物排放總量的59%和72%；由高架源排放造成的SO2和NO2地面濃度日均值對蘭州市主城區(qū)的貢獻(xiàn)率分別為46%和49%；可見高架源排放對蘭州市空氣質(zhì)量影響較大,控制高架排放量是治理蘭州市大氣污染的有效途徑之一 (9) CMAQ過程分析模塊分析表明：對于SO2地面濃度,污染源排放的影響最大,其次是垂直擴(kuò)散過程的影響；而對于NO2地面濃度,化學(xué)反應(yīng)過程的影響最大,其次是污染源排放,這也是各種物理化學(xué)過程對NO2地面濃度的影響區(qū)別于SO2的主要特征。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：X51

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 陳彪;張海軍;劉暢;;蘭州市東部地區(qū)夏季低空風(fēng)場分析[J];現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技;2011年24期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 姜杰;基于OMI衛(wèi)星數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬的中國大氣SO_2濃度監(jiān)測與排放量估算[D];南京師范大學(xué);2012年

2 周國兵;重慶市主城區(qū)氣象條件對空氣污染影響分析及數(shù)值模擬研究[D];蘭州大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 蔣璐璐;霧的多尺度信息提取及預(yù)測研究[D];南京信息工程大學(xué);2012年

2 尹瑞雪;城市冠層參數(shù)化在WRF中的應(yīng)用研究[D];蘭州大學(xué);2012年

3 張龍;WRF不同PBL方案對SACOL冬季近地面氣象要素模擬驗證[D];蘭州大學(xué);2012年

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本文編號：2685072