發(fā)布時間：2018-04-09 15:29

  本文選題：黑碳　切入點(diǎn)：時空變化　出處：《中國科學(xué)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(diǎn)防控區(qū)之一,顆粒物污染十分嚴(yán)重。黑碳作為該地區(qū)細(xì)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(xué)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(yàn)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(diǎn)結(jié)論:1.WRF-Chem模式驗(yàn)證:模擬值和實(shí)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(diǎn),其中背景點(diǎn)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(diǎn)的模擬與觀測值較為接近,鄉(xiāng)村站點(diǎn)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(fēng)速與黑碳濃度呈顯著反相關(guān)關(guān)系,當(dāng)風(fēng)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(dāng)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(fēng)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(yàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)在3.8%-27.5%之間,冬季關(guān)中地區(qū)的靜風(fēng)或微風(fēng)易造成污染物的累積;春季的輻 合風(fēng)易導(dǎo)致污染物在此聚集;夏季關(guān)中中部的城市群對風(fēng)速有削減作用,會減緩污染物的輸送;秋季與春季類似,但風(fēng)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(qiáng)冷高壓過境時伴隨的大風(fēng)可使得黑碳濃度迅速降低;當(dāng)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(dāng)弱低壓消失,冷高壓加強(qiáng)控制后,地面為靜風(fēng)或者微風(fēng)時,黑碳迅速累積至最高值。WRF-Chem模式敏感性試驗(yàn)表明局地氣象條件極不利于西安市污染物的擴(kuò)散傳輸,污染物大多停留在源地附近,擴(kuò)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(fēng)或東北風(fēng)的顯著阻擋使得污染物聚集在秦嶺北麓山腳,所以當(dāng)西安市盛行北風(fēng)時,黑碳濃度迅速升高;當(dāng)風(fēng)向轉(zhuǎn)為平直東風(fēng)時,氣流沿著河谷自東向西運(yùn)動,河谷對流出氣流的加速作用會加強(qiáng)西安市黑碳向下風(fēng)方輸送,黑碳濃度迅速降低;當(dāng)靜風(fēng)或微風(fēng)控制下,局地擴(kuò)散微弱,地形激發(fā)的強(qiáng)山風(fēng)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(fēng)效應(yīng)均不利于污染物的擴(kuò)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(xué)、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(rèn)識。本研究分析了影響黑碳?xì)馊苣z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(jī)理復(fù)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(qiáng)。
[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(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(地球環(huán)境研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X513;X831

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 Jiannong Quan;Yang Gao;Qiang Zhang;Xuexi Tie;Junji Cao;Suqin Han;Junwang Meng;Pengfei Chen;Delong Zhao;;Evolution of planetary boundary layer under different weather conditions,and its impact on aerosol concentrations[J];Particuology;2013年01期

2 葉篤正,羅四維,朱抱真;西藏高原及其附近的流場結(jié)構(gòu)和對流層大氣的熱量平衡[J];氣象學(xué)報;1957年02期

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本文編號：1727024