【摘要】： 城市化的迅猛發(fā)展改變了原有的土地利用方式,城市工業(yè)的高度集中和機動車保有量的快速增長使城市區(qū)域的大氣污染日益嚴重。本文以臭氧(O3)為例,在對上海地區(qū)O3污染現(xiàn)狀及上海城市化影響進行初步研究的基礎(chǔ)上,針對土地利用變化引起的城市化和O3前體物氮氧化物(NOx)排放量的改變對O3污染影響的問題,利用耦合城市冠層模型(UCM)的新一代中尺度模式系統(tǒng)(WRF-Chem)進行了數(shù)值模擬研究。同時建立O3預報-動力統(tǒng)計模式來進行O3預報。主要工作及結(jié)論如下： (1)在對盧灣站和六里站O3觀測資料整理的基礎(chǔ)上,論述了上海地區(qū)O3污染現(xiàn)狀及變化特征。結(jié)果表明,上海地區(qū)O3污染嚴重,4-9月是O3污染的高發(fā)期；O3濃度呈現(xiàn)“雙峰雙谷型”的月變化規(guī)律和“單峰型”的日變化規(guī)律；存在明顯的“周末效應”。O3濃度隨NOx變化表現(xiàn)出非線性的變化規(guī)律；O3峰值的出現(xiàn)時間滯后于NOx約5小時。氣溫高、濕度低、風速小以及太陽輻射強是O3生成的有利氣象條件。 (2)選用與O3污染過程同步的高低空天氣圖,依據(jù)天氣學原理,通過分析各層上高低壓系統(tǒng)的配置以及上海在氣壓場中所處的相對位置,得到了上海地區(qū)O3污染形成的天氣形勢。結(jié)果表明,高壓型和均壓場型是影響O3形成的主要地面天氣形勢。在這兩種天氣形勢下,配合高低空有利氣象條件,上海地區(qū)容易出現(xiàn)高濃度O3過程。 (3)利用RS、GIS和統(tǒng)計學方法,從土地利用、人為熱和建筑物高度三方面討論了上海城市化發(fā)展的影響,得到如下結(jié)果：上海城市用地迅速擴張；人為熱排放量逐年上升,與氣溫的關(guān)系顯著；三類典型城市用地的建筑物平均高度分別為12米、27米和48米。這一工作為數(shù)值模式提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 (4)介紹了中尺度模式系統(tǒng)WRF-Chem的發(fā)展、流程、動力學框架、物理過程參數(shù)化方案、化學過程及其處理方法；城市冠層模型(UCM)的物理框架。同時,建立了適合WRF-Chem的排放處理模塊。 (5)運用WRF-Chem模式,在考慮擴大城市用地、運用城市冠層模塊、城市人為熱影響以及NOx排放量改變的基礎(chǔ)上,就2007年三次高濃度O3天氣過程,設(shè)置五組靈敏性試驗進行模擬。結(jié)果表明：土地利用變化引起的城市化使城市O3日均濃度升高,這與城市“熱島”效應、城市“干島”效應以及地面風場的改變有關(guān)。而城市化對郊區(qū)O3日均濃度的影響并沒有表現(xiàn)出一致性。城市化過程中NOx排放量的增加對上海地區(qū)O3的空間分布格局影響不大,但使O3日均濃度減少。 (6)建立了基于系統(tǒng)辨識理論的上海O3實時迭代動力-統(tǒng)計預報模式,分等級試預報結(jié)果的準確率可達90%以上。嘗試利用WRF模擬結(jié)果作為觀測值代入動力-統(tǒng)計預報模式進行預報,雖然預報結(jié)果和數(shù)值模式結(jié)果一樣與觀測值有一定差距,但分等級預報的結(jié)果較為理想。 在全球變暖的背景下,快速的城市化對大氣環(huán)境的影響成為了城市氣候?qū)W研究的一個重要課題。數(shù)值模擬方法是研究城市化對大氣環(huán)境影響的有效手段之一。通過本文的研究,我們?nèi)〉昧艘恍┯幸饬x的結(jié)論,為城市氣候?qū)W和大氣污染研究提供科學依據(jù)。
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：X511
【圖文】：

200020012002200320042005200620072008年份圖1一 12000一2008年上海市機動車擁有量(單位:萬輛)(來自:上海統(tǒng)計年鑒)Fig.l一 1TotalmotorvehielesinShanghaifrom2000to2008(aecordingtoShanghaiStatistiealYearbooks)根據(jù)((上海市大氣污染物排放清單的建立研究》項目，2003年上海機動車大氣污染物排放總量分別為:PM一0.6萬噸，PMI。一0.6萬噸，PM2.5一0.5萬噸，502一0.5萬噸，NOx一8.6萬噸，CO一54.2萬噸，以及VOC一11.8萬噸。其中

觀測內(nèi)容包括溫度、風、濕度、太陽輻射等的小時值。各站點具體分布位置如圖2一1所示。此外，表2一1和表2一2分別對各站的污染數(shù)據(jù)和氣象資料的缺失情況進行了統(tǒng)計。州州州州州州州 鱺鱺鱺癲 }}}}}翼翼翼黔 黔黔 薰 薰薰薰薰薰薰薰薰薰薰薰薰薰薰薰羹摹鬢鬢鬢浦 浦浦訟腳暇側(cè)目翻窒卯解感王王 王 .....‘.蒸鬢嘿 嘿 圖2一1上海市監(jiān)測站點分布圖Fig.2一 1LoeationofmonitoringsitesinShanghai

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本文編號：2737654