東南沿海地區(qū)多有丘陵地貌且城鎮(zhèn)密集,使得其上空的大氣邊界層結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的分布形式和變化規(guī)律,影響大氣擴(kuò)散、稀釋和清除能力。生物性氣溶膠對(duì)大氣環(huán)境、人體健康、氣候變化具有重要影響,其成分復(fù)雜(其中活的有機(jī)體包括了細(xì)菌、真菌、病毒和花粉等),存在不同于一般污染氣體成分的衰變過程,在復(fù)雜地形和濱海條件下,受邊界層湍流特性和相關(guān)氣象過程的影響,其濃度呈現(xiàn)出復(fù)雜的時(shí)空分布特征。因此,研究該地區(qū)的污染氣象特征、大氣凈化能力及其對(duì)生物氣溶膠擴(kuò)散的影響具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。論文圍繞東南沿海污染氣象特征和生物氣溶膠擴(kuò)散規(guī)律開展了以下幾個(gè)方面的研究工作： 首先,利用2008年7～8月在福建沿海的大氣邊界層觀測資料和2005～2007年常規(guī)氣象臺(tái)站資料,結(jié)合中尺度氣象模式WRF模擬結(jié)果,分析了東南沿海地區(qū)氣象特征、湍流特征、海陸風(fēng)和熱力內(nèi)邊界層等特征。針對(duì)湍流數(shù)據(jù)的預(yù)處理,提出了一種適合于復(fù)雜地形的超聲風(fēng)速儀傾斜校正方法,可以有效消除由于地形傾斜和儀器安裝的水平誤差對(duì)風(fēng)速脈動(dòng)相關(guān)統(tǒng)計(jì)量的影響。研究發(fā)現(xiàn)： 1.大氣湍流總體特征基本滿足M-O相似理論,湍流脈動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差與穩(wěn)定度的擬合系數(shù)比平原地區(qū)高,反映了地形增大湍流的作用。海陸風(fēng)環(huán)流對(duì)研究區(qū)域湍流特性有較大影響,海風(fēng)平流使機(jī)械湍流加大,減小大氣不穩(wěn)定度,陸風(fēng)平流減小機(jī)械湍流,增大不穩(wěn)定度。海陸風(fēng)天氣總的湍流動(dòng)能和湍流通量增大。湍流功率譜譜形狀和隨穩(wěn)定度的關(guān)系與平坦地形上的基本相同。水平和垂直方向的湍渦尺度分別為56m和14m,大尺度渦旋起著能量輸送的主導(dǎo)作用。不穩(wěn)定條件下側(cè)向特別是垂直向低頻湍渦能量得到更大增強(qiáng),在穩(wěn)定度ζ-0.4時(shí)側(cè)向湍能超過沿風(fēng)向湍能。 2.福建沿海兩個(gè)觀測點(diǎn)出現(xiàn)的熱力內(nèi)邊界層(TIBL)最大高度可達(dá)800～1000m,一般出現(xiàn)在14～17時(shí)。海陸風(fēng)環(huán)流發(fā)展限制在海灣地區(qū),在垂直方向上伸展的高度可達(dá)1500m左右,海風(fēng)向內(nèi)陸伸入的距離在20～35km,觀測的海風(fēng)風(fēng)速最大值可超過10m/s,出現(xiàn)在14-16時(shí),最大風(fēng)速高度在200-260m。半島地形海陸風(fēng)環(huán)流和熱力內(nèi)邊界層特征不明顯。 3.東南沿海地區(qū)的氣象特征表現(xiàn)為地面年平均風(fēng)速較大,海岸地區(qū)普遍在4-6m/s,從海岸線向內(nèi)陸呈梯度遞減,降水充沛,年平均降水量在1400mm以上,大氣穩(wěn)定度以中性為主,出現(xiàn)頻數(shù)接近80%,有利于大氣污染物擴(kuò)散、稀釋和清除,但風(fēng)向標(biāo)準(zhǔn)差較小,海岸地區(qū)風(fēng)向標(biāo)準(zhǔn)差不到70°,規(guī)則且切變小的流場形態(tài)容易造成污染物在同一下風(fēng)方向累積。 其次,提出了區(qū)域空氣資源的概念,并在此基礎(chǔ)上研究了東南沿海地區(qū)的大氣凈化能力。在深入分析東南沿海地區(qū)污染氣象特征和各種特殊污染氣象過程的基礎(chǔ)上,從模擬的氣象要素場及湍流特征量中篩選出影響大氣擴(kuò)散、稀釋和清除能力的主要因子作為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)不同影響因子進(jìn)行分類、分檔評(píng)分并確定出每個(gè)因子的權(quán)重函數(shù),經(jīng)加權(quán)匯總后得到總體評(píng)分,并以此劃分空氣資源等級(jí),從而半定量地給出區(qū)域大氣凈化能力的空間分布。研究表明,海峽地區(qū)空氣資源等級(jí)最高(5級(jí)),評(píng)分在18分以上,其余地區(qū)空氣資源等級(jí)2-4級(jí),評(píng)分14-18分�？傮w來看,東南沿海地區(qū)空氣資源分布很不均勻,沿海空氣資源相對(duì)較好,大氣凈化能力較強(qiáng),內(nèi)陸平原次之,內(nèi)陸山區(qū)較差。 最后,對(duì)區(qū)域空氣質(zhì)量模式系統(tǒng)RegAQMS加以改進(jìn),將沿海擴(kuò)散模式OCD與區(qū)域輸送模式相嵌套,由中尺度氣象模式WRF提供氣象場,大氣邊界層模式計(jì)算湍流場和邊界層特征參數(shù),并引入生物氣溶膠的干濕沉積、生物學(xué)衰變、溫度和濕度衰減、紫外輻射衰減等過程,使得RegAQMS具備模擬生物氣溶膠濃度分布的能力。在此基礎(chǔ)上,分析了不同源排放類型對(duì)生物氣溶膠濃度的影響,以口蹄疫病毒生物氣溶膠擴(kuò)散為例,進(jìn)行了有關(guān)物理和生物過程的敏感性試驗(yàn),對(duì)地面口蹄疫病毒濃度進(jìn)行模擬和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估。研究發(fā)現(xiàn)： 1.源排放類型對(duì)生物氣溶膠濃度分布有著較大影響。隨著源高度的升高,地面日均濃度和小時(shí)熏煙最大濃度降低,但污染面積(≥0.01μg/m3)增加,點(diǎn)源熏煙最大值濃度出現(xiàn)位置在4.5～6.3km,面源的熏煙濃度最小,距離也最遠(yuǎn)(7.6km)。 2.對(duì)口蹄疫病毒的有關(guān)物理和生物過程的敏感性測試表明,考慮干濕沉積、溫度、濕度和生物學(xué)衰減過程之后,地面網(wǎng)格平均濃度(≥0.01μg/m3)7、8月分別減小61.9%和65.6%,污染區(qū)面積分別減小25.6%和50.1%,溫度衰減是影響夏季病毒濃度的最主要過程,生物學(xué)衰減和干濕沉積也起著較大的作用,濕度衰減幾乎不起作用。 3.陸上面源風(fēng)險(xiǎn)和感染評(píng)估結(jié)果表明,研究區(qū)域大部分為低等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和安全區(qū),高等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)以上的面積較小,7月和8月風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的面積分別占整個(gè)區(qū)域面積的61.6%和54.2%,感染區(qū)的面積占整個(gè)區(qū)域面積不到1%。對(duì)量級(jí)相當(dāng)?shù)拿嬖醋匀慌欧?評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和感染區(qū)的面積較前人的研究大。受海洋大氣和海峽地形的作用,流場規(guī)則,日風(fēng)向變化和水平湍流強(qiáng)度小,是引起較高傳播風(fēng)險(xiǎn)和感染的主要原因。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：X51
【部分圖文】：

南面和東面較為平坦，觀測高度高于地形（圖3.1)。但是從西面到北面都是山，離塔最近距離大約1 km。對(duì)于半徑1 km以內(nèi)的近場地形，氣象塔所在的小山從西到東北方向坡度較為陡峭，而其它方向坡度較為平緩。其中北部坡度最大，為ir左右，持續(xù)近350ffl，南坡最為平緩，27

第三章東南沿海典型地區(qū)污染氣象特征研究 只有2?3°，持續(xù)近900 m，東坡和西坡介于兩者之間，且西坡坡度（7° )大于東坡坡度（4?5° )。觀測場面積20 m (南北向）X 16 m (東西向），儀器塔位于觀測場最北部，場內(nèi)植被為草，盛行的東南風(fēng)向至少200 m范圍內(nèi)下墊面植被與場內(nèi)相似，塔的1 km內(nèi)其它方向?yàn)椴�、灌木、零星的樹和小的居民樓等混合下墊面�？傊�，氣象塔處于大面積的丘陵和局地小山共同影響的環(huán)境中。觀測期間的天氣條件處于副熱帶高壓控制的東風(fēng)波環(huán)流中，有兩次臺(tái)風(fēng)過境。大面積的臺(tái)風(fēng)雨和間歇的中到大陣雨時(shí)有發(fā)生。同時(shí)受到海陸風(fēng)環(huán)流的影響，盛行風(fēng)為東南風(fēng)，風(fēng)向呈系統(tǒng)地日變化（圖3. 2 )，白天風(fēng)幾乎總是東風(fēng)和東南風(fēng)，特別是在海陸風(fēng)條件下，在大多數(shù)晚上，北面遠(yuǎn)處山脈熱力引起的下坡流由于地形阻礙沿著小山爬升，形成一種北面來的上升氣流。0 0

的時(shí)間序列。圖3.3顯示了一個(gè)觀測的風(fēng)速脈動(dòng)樣本經(jīng)過野點(diǎn)剔除和趨勢去除后的樣本時(shí)間序列，原始序列中的一些異常值得到了處理,其對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差的貢獻(xiàn)得到了調(diào)整。數(shù)據(jù)序列中較大的起伏和擺動(dòng)得到了中心化處理，平均值趨向于零。經(jīng)過上述處理后使用潤旋相關(guān)法估計(jì)瑞流變量和協(xié)方差。29

【參考文獻(xiàn)】

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