珠江三角洲氣溶膠污染的機(jī)理分析及數(shù)值模擬研究.pdf

1、本論文主要從事了五個(gè)方面的研究工作。一、將CMAQ/MM5/SMOKE空氣質(zhì)量模式成功地移植到華南地區(qū)，并進(jìn)行了本地化，使其成為研究空氣污染物形成、遷移、擴(kuò)散、轉(zhuǎn)化和清除的一個(gè)科學(xué)工具；二、對(duì)華南地區(qū)各類排放源進(jìn)行了較全面的估算，形成了可運(yùn)用于空氣質(zhì)量數(shù)值模式的網(wǎng)格排放數(shù)據(jù)；三、對(duì)珠江三角洲熱帶氣旋產(chǎn)生的灰霾天氣進(jìn)行了分析，揭示了熱帶氣旋與灰霾之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系；四、對(duì)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“茉莉”引起的珠江三角洲極端灰霾事件進(jìn)行了數(shù)值模擬，揭示了熱帶

2、氣旋對(duì)灰霾天氣的作用及其影響機(jī)理；五、對(duì)污染物擴(kuò)散方程各項(xiàng)的作用進(jìn)行了過程分析計(jì)算，揭示不同的過程對(duì)氣溶膠組分濃度變化的作用。 主要取得了以下幾項(xiàng)研究成果： 一、SMOKE/CMAQ/MM5空氣質(zhì)量數(shù)值模式系統(tǒng)是一個(gè)十分復(fù)雜的數(shù)值模式系統(tǒng)，它集中了排放源處理、中尺度氣象模式和化學(xué)傳輸模式，各個(gè)系統(tǒng)間相互依賴，相互反饋，移植和運(yùn)行相當(dāng)復(fù)雜。首次成功地將該模式系統(tǒng)在華南本地化，并成功地用于研究和預(yù)報(bào)珠江三角洲灰霾。

3、 二、首次通過SMOKE模式估算了華南地區(qū)點(diǎn)源、面源、生物源和機(jī)動(dòng)車排放源，得到了用于珠江三角洲空氣質(zhì)量數(shù)值模擬和預(yù)報(bào)的源排放數(shù)據(jù)，排放源的分辨率較高，考慮的排放源比較全面，為開展珠江三角洲空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)提供了重要的基礎(chǔ)條件。 三、統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，熱帶氣旋能夠造成珠江三角洲一定數(shù)量的灰霾天氣，但占灰霾總?cè)諗?shù)的比例不大。造成珠江三角洲灰霾天氣的熱帶氣旋主要以夏秋季的熱帶氣旋為主，這些熱帶氣旋的路徑多數(shù)在菲律賓東部洋面轉(zhuǎn)向。巴士海

4、峽和南海東北部附近區(qū)域活動(dòng)的熱帶氣旋容易導(dǎo)致珠江三角洲的高PM10濃度。 四、通過強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“茉莉”數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，熱帶氣旋通過熱力和動(dòng)力過程造成珠江三角洲嚴(yán)重灰霾天氣。茉莉活動(dòng)期間，珠江三角洲低層為高壓脊控制，低空氣流輻散明顯，而在高空則存在明顯的氣流輻合，導(dǎo)致系統(tǒng)性下沉運(yùn)動(dòng)控制珠江三角洲。隨著茉莉逐漸靠近，熱帶氣旋中心上升運(yùn)動(dòng)所強(qiáng)迫的外圍下沉作用進(jìn)一步加強(qiáng)了珠江三角洲的下沉運(yùn)動(dòng)。下沉運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力作用直接降低了珠江三角洲行星邊界

5、層的高度，使地面氣流停滯，抑制了氣溶膠顆粒的擴(kuò)散和輸送；下沉氣流在對(duì)流層低層產(chǎn)生明顯的絕熱增溫和干燥效應(yīng)，日增溫幅度達(dá)2-4℃，大氣對(duì)流層低層變得非常干燥，導(dǎo)致大氣靜力穩(wěn)定度明顯增大，如同一個(gè)干暖的蓋子，把珠江三角洲邊界層空氣罩著，使得珠江三角洲局地源排放的顆粒物不斷積聚，形成地面高PM10濃度。熱帶氣旋導(dǎo)致天晴無雨，一方面氣溶膠不能靠降水清除；另一方面，白天光化反應(yīng)加強(qiáng)有利于光化學(xué)煙霧產(chǎn)生和二次氣溶膠形成。熱帶氣旋影響期間，夜間地表輻

6、射加強(qiáng)，加上高空的下沉增溫，使得邊界層逆溫強(qiáng)度明顯增大，導(dǎo)致夜間氣溶膠濃度顯著增加。 五、氣溶膠濃度變化過程分析發(fā)現(xiàn)二次氣溶膠濃度的變化趨勢(shì)與PM10濃度一致，說明強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“茉莉”對(duì)二次氣溶膠的形成也有重要作用。次生有機(jī)碳?xì)馊苣z、硝酸鹽和銨鹽均在夜間出現(xiàn)濃度峰值，與地面濕度峰值比較一致，說明水汽條件在氣粒轉(zhuǎn)化中有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，不同的氣溶膠組分，影響其濃度變化的過程是不同的。但大體上，垂直擴(kuò)散、水平輸送和氣粒轉(zhuǎn)化是主要過