本文選題：黑碳　切入點：時空變化　出處：《中國科學院研究生院(地球環(huán)境研究所)》2015年博士論文

【摘要】：關(guān)中地區(qū)是國家“三區(qū)十群”大氣污染重點防控區(qū)之一,顆粒物污染十分嚴重。黑碳作為該地區(qū)細顆粒物的重要組分,與人為活動和能源利用密切相關(guān),且對氣候、環(huán)境和人體健康均有重要作用,所以對其時空變化及其形成原因的研究十分必要。本論文基于中尺度區(qū)域動力-化學模式WRF-Chem(Weather Research and Forecasting with Chemistry)和西安市及關(guān)中其他地區(qū)的黑碳觀測資料,首先通過對比模擬結(jié)果和觀測資料來驗證模式的可靠性,然后探討了該地區(qū)黑碳年際和季節(jié)變化以及冬季重污染事件中黑碳濃度演變的形成原因,初步得出以下幾點結(jié)論:1.WRF-Chem模式驗證:模擬值和實測值在時空分布上比較一致,模擬值能夠反映出城市地區(qū)的黑碳濃度要高于鄉(xiāng)村地區(qū)和背景點,其中背景點濃度比城市地區(qū)低約0.5-1.5個量級,冬季濃度要明顯高于其他季節(jié),但量值有所差異。城市地區(qū)和背景點的模擬與觀測值較為接近,鄉(xiāng)村站點模擬值較觀測值有明顯低估。2.關(guān)中地區(qū)黑碳年際和季節(jié)變化的形成原因:該地區(qū)季節(jié)性平均風速與黑碳濃度呈顯著反相關(guān)關(guān)系,當風速從1.0 m/s增加至2.0 m/s,黑碳濃度從20μg/m3降低至7μg/m3。季節(jié)性邊界層高度與黑碳濃度的非線性反相關(guān)性表明當邊界層高度超過閾值高度(800 m),就不會出現(xiàn)高濃度黑碳。2003-2006年,冬季平均黑碳濃度的明顯降低與該季節(jié)風速和邊界層高度均沒有明顯關(guān)系,主要是該季節(jié)黑碳排放的減少所致。WRF-Chem敏感性試驗表明,局地排放的季節(jié)變化是控制該地區(qū)黑碳濃度季節(jié)變化的主要因素,且局地排放是該地區(qū)每個季節(jié)黑碳濃度的主要貢獻者,冬季74.0%的黑碳濃度源自局地排放,春、夏、秋季分別為56.1%,38.1%和54.4%;區(qū)域輸送次之,比例在22.2%-34.4%之間,冬季關(guān)中地區(qū)北部和西北部是區(qū)域輸送的主要貢獻者;其他季節(jié)關(guān)中地區(qū)東北部的山西省和東部的河南省的輸送非常顯著;局地氣象條件對每個季節(jié)黑碳濃度的貢獻在3.8%-27.5%之間,冬季關(guān)中地區(qū)的靜風或微風易造成污染物的累積;春季的輻 合風易導致污染物在此聚集;夏季關(guān)中中部的城市群對風速有削減作用,會減緩污染物的輸送;秋季與春季類似,但風速較小,污染物聚集度要比春季高。3.西安冬季重污染期間黑碳濃度的演變成因:西安冬季重污染天氣與大尺度天氣系統(tǒng)的活動密切相關(guān)。強冷高壓過境時伴隨的大風可使得黑碳濃度迅速降低;當冷高壓減弱,與低壓交替影響時,黑碳在氣流匯合處明顯聚集,濃度持續(xù)升高;當弱低壓消失,冷高壓加強控制后,地面為靜風或者微風時,黑碳迅速累積至最高值。WRF-Chem模式敏感性試驗表明局地氣象條件極不利于西安市污染物的擴散傳輸,污染物大多停留在源地附近,擴散傳輸十分微弱;重污染期間西安市黑碳濃度明顯受到秦嶺山脈的地形影響,且在不同天氣條件下,地形的影響作用也明顯不同。秦嶺山脈對北風或東北風的顯著阻擋使得污染物聚集在秦嶺北麓山腳,所以當西安市盛行北風時,黑碳濃度迅速升高;當風向轉(zhuǎn)為平直東風時,氣流沿著河谷自東向西運動,河谷對流出氣流的加速作用會加強西安市黑碳向下風方輸送,黑碳濃度迅速降低;當靜風或微風控制下,局地擴散微弱,地形激發(fā)的強山風吹向城市,但影響范圍較小,黑碳高值區(qū)雖向城市東北部移動,但依然有明顯的累積。終上所述,在大尺度天氣系統(tǒng)較為穩(wěn)定時,秦嶺山脈的地形作用對西安市重污染天氣的形成有顯著影響,地形阻擋和山風效應均不利于污染物的擴散與傳輸。目前對于關(guān)中地區(qū)空氣污染的防治和區(qū)域空氣質(zhì)量的改善還缺乏科學、有效的解決途徑和措施,主要是對于污染的來源和成因缺乏本質(zhì)認識。本研究分析了影響黑碳氣溶膠季節(jié)變化的因素以及重污染期間黑碳濃度的演變成因,這對于一次污染物的控制和防治有借鑒意義,但大氣中污染物種類繁多且形成機理復雜,尤其是二次污染物,所以對于其他污染物的成因分析和數(shù)值模擬還需加強。
[Abstract]:The results are as follows : 1.WRF - Chem mode verifies that the seasonal variation of black carbon concentration in urban areas is higher than that in other seasons . This paper analyzes the factors affecting the seasonal variation of black carbon aerosol and the evolution of black carbon concentration during heavy pollution .

【學位授予單位】：中國科學院研究生院(地球環(huán)境研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X513;X831

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

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本文編號：1727024