復(fù)雜下墊面下空氣污染數(shù)值模擬研究

1、復(fù)雜下墊面下空氣污染數(shù)值模擬研究本文在對(duì)蘭州市西固區(qū)2005年1月20日2月2日大氣邊界層實(shí)驗(yàn)觀測資料和空氣質(zhì)量監(jiān)測資料分析的基礎(chǔ)上,利用中尺度氣象模式WRF(WeatherResearchandForecasting)和空氣質(zhì)量模式Models3系統(tǒng),對(duì)實(shí)驗(yàn)期間蘭州市西固區(qū)冬季邊界層低空氣象要素特征和空氣污染分布進(jìn)行了模擬；通過與同期觀測的氣象資料和空氣質(zhì)量監(jiān)測資料進(jìn)行對(duì)比，了解WRF奠式中不同邊界層參數(shù)化方案對(duì)蘭州市復(fù)雜下墊面邊界層低層氣象場特征的模擬能力,進(jìn)而探討WRF真式不同PBL(PlanetaryBoundaryLayer)參數(shù)化方案模擬的近地層氣象場對(duì)空氣質(zhì)量模擬效果的差異；論文

2、也驗(yàn)證了CMAQ(CommunityMultiscaleAirQuality)模式在復(fù)雜地形高分辨率下對(duì)污染物輸送擴(kuò)散特征的模擬能力,研究結(jié)論對(duì)于改進(jìn)復(fù)雜下墊面空氣質(zhì)量數(shù)值模擬效果,進(jìn)而提高空氣污染數(shù)值預(yù)報(bào)水平有一定的參考價(jià)值；利用模擬結(jié)果進(jìn)一步研究了蘭州市冬季污染物的時(shí)空分布特征,討論了大氣中各種物理化學(xué)過程對(duì)SO2WNO地面濃度的貢獻(xiàn)；通過設(shè)計(jì)敏感性試驗(yàn),研究了蘭州市高架源排放對(duì)蘭州城區(qū)空氣質(zhì)量的影響程度,為治理蘭州地區(qū)大氣污染、改善蘭州地區(qū)空氣質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。論文主要結(jié)論如下：(1)WRF中YSUMYJ和ACM2E種邊界層參數(shù)化方案模擬的蘭州地區(qū)冬季溫度場空間分布特征相彳以，但MYJ方

3、案模擬的夜間溫度彳氐于YS濟(jì)口ACM2r案，日間則高于YS濟(jì)口ACM2方案。這主要是由于局地閉合的MYJ方案湍流交換能力較弱，從而導(dǎo)致地面溫度變化幅度低于非局地閉合方案。日間太陽短波輻射增強(qiáng),湍流混合加劇的結(jié)果使得三個(gè)方案模擬的地面溫度的水平梯度小于夜間。(2)不同邊界層參數(shù)化方案對(duì)地面溫度的模擬比較分析表明,對(duì)于冬季穩(wěn)定邊界層,WRF奠式局地閉合的MYJT案可以更好地模擬低層溫度的時(shí)間變化特征(3)與實(shí)測位溫廓線對(duì)比可知，WRF奠式三種邊界層參數(shù)化方案模擬的夜間位溫廓線均較好，ACM*案模擬的日間低層位溫廓線優(yōu)于MYJ和YSUPJ案,而MYJJ案對(duì)邊界層中上部位溫廓線的模擬更接近于實(shí)測。(4

4、)WRF模式不同PBL參數(shù)化方案與CMAQ1式模擬的SO麗NO2日均濃度均能反映出污染物時(shí)空分布特征，說明高分辨率的CMAQ1式能夠研究復(fù)雜下墊面條件下的空氣污染問題。(5)不同方案模擬結(jié)果表明：ACM為案與CMAQ1式相結(jié)合模擬的污染物濃度與監(jiān)測值相關(guān)性最好，模擬的SO2?口NO2日均濃度與監(jiān)測值濃度的相關(guān)系數(shù)分別為0.61和0.57;這是由于局地與非局地閉合的ACM為案描述的湍流擴(kuò)散特征更接近于實(shí)際大氣,且氣象模式與空氣質(zhì)量模式采用相同的湍流交換系數(shù)計(jì)算方法,因而模擬效果相對(duì)較好。(6)粗粒子排放源的不確定性導(dǎo)致模式對(duì)PM1OI勺濃度模擬效果相對(duì)不理想，但模擬的PM25t度與TS啾度具有一

5、定的相關(guān)性(ACM2r案相關(guān)系數(shù)達(dá)0.398),說明CMAQI式的化學(xué)傳輸模塊可以反日污染物氣相化學(xué)過程；CMAQI式具有模擬細(xì)粒子在大氣中的形成、轉(zhuǎn)化及清除機(jī)制的能力,而對(duì)粗粒子在大氣中形成轉(zhuǎn)化機(jī)制的處理能力尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。對(duì)模擬的蘭州市城區(qū)的SO2N02和PM2.5等主要污染物水平和垂直分布特征分析表明：受排放源的空間分布和氣象場共同影響,污染物濃度的高值區(qū)分別在城關(guān)區(qū)的鐵路局附近和西固區(qū)的蘭化賓館附近；污染物的濃度隨高度線性減小,日間湍流混合能力增強(qiáng),使得日間污染物濃度隨高度遞減率小于夜間。(8)高架源排放敏感性試驗(yàn)表明：試驗(yàn)期間高架源(有效源高Hl100m川F放的SO才口NO力別占污染物排放總量的59御72%由高架源排放造成的SO2?口NO24面濃度日均值對(duì)蘭州市主城區(qū)的貢獻(xiàn)率分別為46%口49%可見高架源排放對(duì)蘭州市空氣質(zhì)量影響較大,控制高架排放量是治理蘭州市大氣污染的有效途徑之一(9)CMAQi程分析模塊分析表明：對(duì)于SO現(xiàn)面濃度，污染源