【摘要】：霾天氣是一種由大量極細(xì)微的均勻懸浮在空氣中的塵粒導(dǎo)致空氣混濁和能見度下降的城市和區(qū)域性的污染現(xiàn)象,對(duì)大氣環(huán)境、能見度、人體健康、區(qū)域及全球氣候變化都有重要的影響,近年來受到越來越多的關(guān)注。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快,長(zhǎng)三角地區(qū)已經(jīng)成為中國(guó)的主要霾污染區(qū)之一,且霾天氣有逐漸增多的趨勢(shì)。因此,開展長(zhǎng)三角地區(qū)霾天氣演變規(guī)律和預(yù)報(bào)方法研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文在對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)RegAEMS改進(jìn)的基礎(chǔ)上建立了區(qū)域霾天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng),結(jié)合資料分析研究了長(zhǎng)三角地區(qū)霾天氣的形成機(jī)理和時(shí)空分布特征,并針對(duì)霾天氣開展了數(shù)值預(yù)報(bào)研究。主要研究結(jié)果如下： 首先,研究了長(zhǎng)三角地區(qū)典型城市(南京、上海、杭州、合肥)能見度特征及其與影響因子的關(guān)系。分析表明,2004-2009年長(zhǎng)三角地區(qū)各城市低能見度天氣(能見度小于10km)所占比例為44.22%-83.41%,近年來呈上升趨勢(shì)(0.8%/a-2.5%/a)。低能見度天氣在清晨的發(fā)生比例最高(50%-90%),午后最低(20%-70%),當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠鞅憋L(fēng)時(shí)該地區(qū)更容易出現(xiàn)低能見度。特別地,對(duì)南京市霾天氣特征進(jìn)行了重點(diǎn)分析,能見度年均值為8.8km,表現(xiàn)出明顯的日變化和季節(jié)變化特征：早晨最低(6.6kmm),下午最高(10.7km)；冬季最低(8.1km),夏季最高(9.8km)。能見度不存在明顯的“周末效應(yīng)”,存在明顯的天氣尺度(2-4天)和準(zhǔn)雙周尺度(8-16天)的周期變化特征。消光系數(shù)與PM10、相對(duì)濕度、風(fēng)速、溫度和地表氣壓的相關(guān)系數(shù)分別為0.371、0.666、-0.290、0.152和-0.280。天氣尺度過程對(duì)能見度有明顯的影響。2008-2009年南京細(xì)顆粒物PM25濃度均值為73μg/m3,能見度與PM2.5呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。 通過統(tǒng)計(jì)分析給出了長(zhǎng)三角地區(qū)霾天氣的判定指標(biāo)：能見度小于10km,相對(duì)濕度小于80%,PM25濃度大于80μg/m3。根據(jù)水平能見度建立了霾天氣的分級(jí)指標(biāo)：超重度霾(能見度小于2km)、重度霾(能見度大于2km且小于4km)、中度霾(能見度大于4km且小于7km)和輕霾(能見度大于7km且小于10km)。 其次,針對(duì)2009年10月14-31日發(fā)生在長(zhǎng)三角地區(qū)的一次持續(xù)霾天氣過程特征及形成機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,本次污染影響范圍很廣,以較高的顆粒物濃度、較低的能見度和較低的相對(duì)濕度為主要特征,污染最嚴(yán)重的地區(qū)主要為南京、揚(yáng)州、徐州、宿遷和合肥等位于長(zhǎng)三角地區(qū)中部和北部的城市,其平均API都超過100。持續(xù)霾天氣期間南京平均相對(duì)濕度為61%,PM25和PM1o的平均濃度分別為95-136μtg/m3和192-244μg/m3,比非霾天氣期間分別高64%-143%和92%-94%。高空穩(wěn)定的大氣環(huán)流形勢(shì),地面高壓均壓場(chǎng)的持續(xù)控制,近地面的逆溫層,較低的大氣邊界層高度、持續(xù)的靜小風(fēng)、低濕環(huán)境和垂直方向上下沉氣流的主導(dǎo)作用為本次持續(xù)霾污染天氣的形成提供了有利的氣象條件,秸稈燃燒等外來源的貢獻(xiàn)則為此次霾天氣提供了可能的污染條件。 第三,為了精確模擬細(xì)顆粒物及前體物,建立了包含非均相化學(xué)過程和液相化學(xué)過程的箱模式,并通過敏感性試驗(yàn)研究影響多相化學(xué)過程的主要因子。結(jié)果表明：非均相化學(xué)過程的作用會(huì)降低除NO2外的其它微量氣體濃度,增加SO42-、N03-和NH4+等二次氣溶膠濃度。影響非均相化學(xué)過程的主要因子包括粒子濃度和氣體吸附系數(shù),粒子濃度和氣體吸附系數(shù)越大,非均相化學(xué)過程的作用越顯著,而溫度的影響相對(duì)較小。由于液相化學(xué)過程的作用,SO2、NO2、O3和H202等氣體濃度都有不同程度的減少,而SO42-、NO3和NH4+等氣溶膠的濃度都有不同程度的增加。影響液相化學(xué)過程的主要因子包括液水含量、液滴半徑、液水溫度和氣體初始濃度。液水含量越高、液滴半徑越小、液水溫度越低,氣體初始濃度越高,離子濃度就越高。 第四,基于美國(guó)環(huán)保局EPA的AP-42方法和歐洲環(huán)保局EEA的COPERTIV機(jī)動(dòng)車排放模型,分別建立了2006-2008年長(zhǎng)三角地區(qū)以城市為單位的鋪裝道路揚(yáng)塵排放清單和機(jī)動(dòng)車污染物的分省排放清單,并給出了其相應(yīng)的空間分布,為霾天氣預(yù)報(bào)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。結(jié)果表明,2008年長(zhǎng)三角地區(qū)鋪裝道路揚(yáng)塵中PM2.5、PM10和TSP的排放量分別為53.9、216.5和538.8萬噸,且城市鋪裝道路揚(yáng)塵的排放量呈現(xiàn)隨時(shí)間明顯增加的趨勢(shì)(15.6%/a)。2008年長(zhǎng)三角地區(qū)機(jī)動(dòng)車PM10、PM2.5、 BC、OC、SO2和NOx的排放總量分別為5.62、4.89、2.17、1.64、96.04和5.89萬噸。道路揚(yáng)塵和機(jī)動(dòng)車排放存在明顯的空間分布差異,高值主要集中在江蘇南部以及上海等經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)。 最后,對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)RegAEMS進(jìn)行了改進(jìn),包括加入大氣多相化學(xué)過程模塊和能見度計(jì)算模塊,對(duì)人為排放源進(jìn)行更新,建立了長(zhǎng)三角區(qū)域霾天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)。通過對(duì)2009年長(zhǎng)三角地區(qū)的回顧性預(yù)報(bào),對(duì)改進(jìn)的模式系統(tǒng)進(jìn)行了性能檢驗(yàn),結(jié)果表明霾天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)三角地區(qū)的氣象場(chǎng)、顆粒物和能見度具有較好的預(yù)報(bào)性能,等級(jí)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)到70.8%,不分等級(jí)和分等級(jí)的霾天氣預(yù)報(bào)TS評(píng)分分別為73.2%和70.2%。此外,研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)三角地區(qū)的霾天氣呈現(xiàn)顯著的時(shí)空分布特征,主要出現(xiàn)在泰州、揚(yáng)州和蘇州等江蘇中南部地區(qū),秋季霾天氣最為嚴(yán)重,影響區(qū)域范圍最廣,夏季霾天氣強(qiáng)度最小,范圍也較小。預(yù)報(bào)系統(tǒng)對(duì)2009年10月14-31日的持續(xù)霾天氣具有較好的預(yù)報(bào)性能,能夠預(yù)報(bào)出該過程的氣象要素、PM2.5濃度和能見度的時(shí)間變化特征。
【圖文】：

地區(qū)一次典型的霾天氣過程。根據(jù)上述的具體研究?jī)?nèi)容，設(shè)計(jì)了本文研究的技術(shù)路線，如圖1.1所示。本文第二章介紹了區(qū)域大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)及本文對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)改進(jìn)；第三章研究了長(zhǎng)三角地區(qū)能見度的主要特征及其與影響因子的相互關(guān)系，，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果給出了長(zhǎng)三角地區(qū)霾天氣的判別標(biāo)準(zhǔn)和分級(jí)指標(biāo)；第四章研究了長(zhǎng)三角地區(qū)一次典型的持續(xù)性霾天氣過程的污染和天氣特征，并探討其形成機(jī)理；第五章建立箱模式并利用敏感性試驗(yàn)的方法研究了多相化學(xué)過程對(duì)大氣細(xì)顆粒及前體物的影響機(jī)理；第六章建立了長(zhǎng)三角地區(qū)鋪裝道路揚(yáng)塵和機(jī)動(dòng)車排放的清單并給出其空間分布；第七章對(duì)建立的區(qū)域霾天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的預(yù)報(bào)性能進(jìn)行檢驗(yàn)；最后第八章對(duì)本文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，并指出了本文的不足之處及未來的進(jìn)一步研究方向。, >研究 H 標(biāo) 1‘ ^ I 士* f J iI"""■ III ‘ ‘ ‘ "I ： f" I基貓栜調(diào)查 i ： 1? 1 ： L,_221_pj : 特妊分拆 I : I\ I .L從州’在A I ！ I——I ？能免度與其影I ！ I 1 i：I貓敢因子禍定I丨nmwi m i 能見度 ；U氁蜃又啵

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