本文關(guān)鍵詞：長(zhǎng)三角一次嚴(yán)重灰霾過(guò)程的成因及輻射效應(yīng)研究

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【摘要】：長(zhǎng)江三角洲地區(qū)是我國(guó)灰霾污染較為嚴(yán)重的地區(qū)之一,近幾年頻發(fā)的灰霾事件嚴(yán)重影響了居民的口常生活和身體健康也引起了社會(huì)的極大關(guān)注,為研究大范圍重度灰霾的形成機(jī)理,本文使用WRF-Chem模式對(duì)2013年12月初長(zhǎng)三角一次嚴(yán)重灰霾事件進(jìn)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(guò)程中天氣形勢(shì)較為穩(wěn)定,PM2.5濃度一度達(dá)到了400μg/m3以上,相對(duì)濕度達(dá)到了80%以上,能見(jiàn)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(zhǎng)三角地區(qū),阻止了清潔的海洋空氣到達(dá)大陸使得污染物得到稀釋和擴(kuò)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(shí)刻對(duì)應(yīng)較好,PM2.5/PM10比例最高達(dá)到了0.89表明細(xì)顆粒物占了主導(dǎo)。(2)從空氣質(zhì)量良好時(shí)期到嚴(yán)重污染時(shí)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(zhǎng)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(shí)間變化展現(xiàn)出明顯負(fù)相關(guān)。PM2.5傳輸通量分析表明區(qū)域A(長(zhǎng)三角西北區(qū)域)和區(qū)域B(長(zhǎng)三角中心區(qū)域)主要作為污染源向周?chē)斔臀廴疚?且區(qū)域B的輸送作用比區(qū)域A強(qiáng)：兩個(gè)區(qū)域的輸送量在污染期都急劇減少。垂直擴(kuò)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(qiáng)逆溫層限制在了200m以下,然而在空氣質(zhì)量良好的時(shí)期逆溫層依舊存在。本研究認(rèn)為弱的水平擴(kuò)散能力是此次灰霾產(chǎn)生的主要原因,而相伴隨的夜間強(qiáng)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(zhǎng)三角西北區(qū)域相比,長(zhǎng)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(jī)碳偏低。污染期觀測(cè)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(rèn)為移動(dòng)源對(duì)于此次灰霾過(guò)程的貢獻(xiàn)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(zhǎng)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(zhǎng)三角中心區(qū)域和西北區(qū)域地表入射太陽(yáng)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(gè)長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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(guò)污染期平均濃度的15%。由區(qū)域平均要素變化的時(shí)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(shí)刻與PM2.5高值對(duì)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(yán)重的時(shí)刻。對(duì)通風(fēng)系數(shù)變化的分析可知,氣溶膠輻射效應(yīng)使長(zhǎng)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。總體而言,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(kuò)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(guò)程是由大尺度“靜穩(wěn)”天氣形勢(shì)形成的。
【關(guān)鍵詞】：灰霾 氣溶膠輻射效應(yīng) 長(zhǎng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：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(guó)的時(shí)空分布13-15
• 1.2 中國(guó)大范圍重污染天氣的形成機(jī)理15-18
• 1.2.1 中國(guó)灰霾高發(fā)區(qū)15-16
• 1.2.2 大范圍污染形成機(jī)理及研究進(jìn)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(jiǎn)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?jī)?nèi)容19-22
• 第二章 WRF-Chem數(shù)值模式簡(jiǎn)介22-30
• 2.1 WRF-Chem氣象部分23-26
• 2.1.1 初始場(chǎng)及邊界條件23
• 2.1.2 主要物理過(guò)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(chǎng)、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(zhǎng)三角地區(qū)嚴(yán)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(cè)資料介紹32-33
• 3.2.3 能見(jiàn)度計(jì)算方法33-34
• 3.3 灰霾個(gè)例情況簡(jiǎn)介34
• 3.4 模擬結(jié)果驗(yàn)證及分析34-54
• 3.4.1 氣象模擬結(jié)果檢驗(yàn)34-39
• 3.4.2 大氣化學(xué)成分模擬結(jié)果檢驗(yàn)39-41
• 3.4.3 污染物濃度場(chǎng)和氣象場(chǎng)特征41-43
• 3.4.4 區(qū)域平均結(jié)果43-45
• 3.4.5 大氣擴(kuò)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(yán)重灰霾輻射效應(yīng)及其與氣象場(chǎng)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(duì)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(diǎn)66
• 5.3 不足和展望66-68
• 參考文獻(xiàn)68-74
• 已發(fā)表論文74-76
• 致謝76-77

【參考文獻(xiàn)】

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