本文關(guān)鍵詞：長三角一次嚴重灰霾過程的成因及輻射效應(yīng)研究

  更多相關(guān)文章： 灰霾 氣溶膠輻射效應(yīng) 長三角 通風(fēng)系數(shù) PM_(2.5) WRF-Chem

【摘要】：長江三角洲地區(qū)是我國灰霾污染較為嚴重的地區(qū)之一,近幾年頻發(fā)的灰霾事件嚴重影響了居民的口常生活和身體健康也引起了社會的極大關(guān)注,為研究大范圍重度灰霾的形成機理,本文使用WRF-Chem模式對2013年12月初長三角一次嚴重灰霾事件進行了模擬,并分析其物理及化學(xué)方面的成因和灰霾的氣溶膠輻射效應(yīng),得到的主要結(jié)論如下：(1)此次灰霾過程中天氣形勢較為穩(wěn)定,PM2.5濃度一度達到了400μg/m3以上,相對濕度達到了80%以上,能見度則降至900m以下。污染期間,弱西北和西南風(fēng)(3m/s)控制了長三角地區(qū),阻止了清潔的海洋空氣到達大陸使得污染物得到稀釋和擴散。區(qū)域平均結(jié)果表明PM2.5質(zhì)量濃度峰值與低風(fēng)速和低邊界層高度出現(xiàn)的時刻對應(yīng)較好,PM2.5/PM10比例最高達到了0.89表明細顆粒物占了主導(dǎo)。(2)從空氣質(zhì)量良好時期到嚴重污染時期,階段平均通風(fēng)系數(shù)(VC)下降明顯(從3000m2/s以上到1500m2/s以下),2008-2012年長三角地區(qū)五年平均VC為2119m2/s。南京、蘇州、上海和常州的PM2.5質(zhì)量濃度和VC時間變化展現(xiàn)出明顯負相關(guān)。PM2.5傳輸通量分析表明區(qū)域A(長三角西北區(qū)域)和區(qū)域B(長三角中心區(qū)域)主要作為污染源向周圍輸送污染物,且區(qū)域B的輸送作用比區(qū)域A強：兩個區(qū)域的輸送量在污染期都急劇減少。垂直擴散條件分析：污染期南京PM2.5濃度垂直廓線表明白天高濃度區(qū)(125μg/m3)由于邊界層高度的抬升延伸到了1km高度,在夜間則被相應(yīng)高度的強逆溫層限制在了200m以下,然而在空氣質(zhì)量良好的時期逆溫層依舊存在。本研究認為弱的水平擴散能力是此次灰霾產(chǎn)生的主要原因,而相伴隨的夜間強逆溫層則增加了污染的程度,導(dǎo)致晚間出現(xiàn)極高的PM2.5質(zhì)量濃度。(3)與長三角西北區(qū)域相比,長三角中心區(qū)域的PM2.5組分中硝酸鹽含量較高,黑碳和有機碳偏低。污染期觀測到的NO3-/SO42比例為1.54,2013年12月的平均值為1.40(均大于1),據(jù)此可以認為移動源對于此次灰霾過程的貢獻很大。此外,灰霾期間硝酸鹽氣溶膠為主要成分(29%)以及較高的NO3-/SO42-比例使得冬季長三角中心區(qū)域與京津冀地區(qū)的灰霾化學(xué)特性有明顯差異。(4)灰霾期間長三角中心區(qū)域和西北區(qū)域地表入射太陽短波輻射出現(xiàn)了24-30W/m2和18-30W/m2的下降。白天和夜間地而溫度也有一定的下降,白天降幅更大。整個長三角區(qū)域邊界層高度都有所降低,風(fēng)速有小幅下降(最高降低0.15m/s),相對濕度則有1-4%的上升。在化學(xué)方面,氣溶膠的直接氣候效應(yīng)導(dǎo)致長三角中心及西北區(qū)域PM2.5濃度出現(xiàn)6-18μg/m3的上升,但不超過污染期平均濃度的15%。由區(qū)域平均要素變化的時間序列可知,平均向下短波輻射、潛熱和感熱最高下降了88W/m2、12W/m2和37W/m2,且最大值出現(xiàn)時刻與PM2.5高值對應(yīng)較好；白天溫度、邊界層高度和風(fēng)速下降最大值分別為1℃、276m和0.33m/s,均出現(xiàn)在氣溶膠污染嚴重的時刻。對通風(fēng)系數(shù)變化的分析可知,氣溶膠輻射效應(yīng)使長三角地區(qū)通風(fēng)系數(shù)普遍下降,中心及西北地區(qū)降幅為8-24%。南京污染物濃度變化的垂直廓線分析表明,PM2.5、PM10濃度在底層(950hPa高度以下)有一定上升(最大值分別為7μg/m3和8μg/m3),在950-800hPa左右則出現(xiàn)了下降(最大值分別為3.5μg/m3和4.5μg/m3),這可能與邊界層高度下降使氣溶膠像近地而聚集有關(guān)。O3的濃度變化正好相反,在960hPa高度以下下降(降幅最大為1.1μg/m3),在960-770hPa高度出現(xiàn)上升,升幅最大為1.7μg/m3,這可能是由于950hPa以下氣溶膠濃度上升,入射短波輻射減弱,降低了03生成率,960-770hPa高度的情況則正相反�？傮w而言,氣溶膠輻射效應(yīng)導(dǎo)致氣象要素(如風(fēng)速、邊界層高度等)向不利于污染物擴散的方向變化,在一定程度上加重了氣溶膠污染,但作用有限(PM2.5濃度增加量15%)；這次灰霾過程是由大尺度“靜穩(wěn)”天氣形勢形成的。
【關(guān)鍵詞】：灰霾 氣溶膠輻射效應(yīng) 長三角 通風(fēng)系數(shù) PM_(2.5) WRF-Chem
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X513
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 城市氣溶膠污染12-15
• 1.1.1 城市氣溶膠12-13
• 1.1.2 灰霾及其在中國的時空分布13-15
• 1.2 中國大范圍重污染天氣的形成機理15-18
• 1.2.1 中國灰霾高發(fā)區(qū)15-16
• 1.2.2 大范圍污染形成機理及研究進展概述16-18
• 1.3 灰霾和氣象的相互作用18-19
• 1.3.1 氣溶膠氣候效應(yīng)簡述18-19
• 1.3.2 灰霾事件中氣溶膠與氣象要素的相互作用19
• 1.4 研究目的和研究內(nèi)容19-22
• 第二章 WRF-Chem數(shù)值模式簡介22-30
• 2.1 WRF-Chem氣象部分23-26
• 2.1.1 初始場及邊界條件23
• 2.1.2 主要物理過程方案介紹23-26
• 2.2 WRF-Chem化學(xué)部分26-30
• 2.2.1 化學(xué)初始場、邊界條件和排放源26-28
• 2.2.2 化學(xué)方案介紹28-30
• 第三章 2013年12月長三角地區(qū)嚴重灰霾的物理化學(xué)成因分析30-54
• 3.1 研究目的30-31
• 3.2 模式設(shè)置和所用資料介紹31-34
• 3.2.1 模式設(shè)置31-32
• 3.2.2 氣象和污染物濃度觀測資料介紹32-33
• 3.2.3 能見度計算方法33-34
• 3.3 灰霾個例情況簡介34
• 3.4 模擬結(jié)果驗證及分析34-54
• 3.4.1 氣象模擬結(jié)果檢驗34-39
• 3.4.2 大氣化學(xué)成分模擬結(jié)果檢驗39-41
• 3.4.3 污染物濃度場和氣象場特征41-43
• 3.4.4 區(qū)域平均結(jié)果43-45
• 3.4.5 大氣擴散能力分析45-49
• 3.4.6 化學(xué)成分分析49-52
• 3.4.7 本章小結(jié)52-54
• 第四章 嚴重灰霾輻射效應(yīng)及其與氣象場的相互作用54-64
• 4.1 研究目的54
• 4.2 模式設(shè)置54
• 4.3 氣溶膠輻射效應(yīng)對于氣象要素和污染物濃度的影響54-61
• 4.4 本章小結(jié)61-64
• 第五章 總結(jié)和展望64-68
• 5.1 總結(jié)64-66
• 5.2 本文創(chuàng)新點66
• 5.3 不足和展望66-68
• 參考文獻68-74
• 已發(fā)表論文74-76
• 致謝76-77

【參考文獻】

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本文編號：555224