京津冀地區(qū)重污染天氣過程的污染擴散氣象條件探析

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京津冀地區(qū)重污染天氣過程的污染擴散氣象條件探析本文從網絡收集而來，上傳到平臺為了幫到更多的人，如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載本文檔（有償下載），另外祝您生活愉快，工作順利，萬事如意！1刖言近年來，我國東部地區(qū)出現(xiàn)大氣污染的天數(shù)迅速增加，主要污染物是人類排放的氣溶膠和氣態(tài)污染物通過光化學過程轉化形成的二次氣溶膠。污染形成的主要原因是污染物的大量排放，但受客觀氣象條件的影響，當出現(xiàn)不利于污染物輸送擴散的天氣時，易造成污染物的集聚、堆積。出現(xiàn)嚴重污染時空氣質量極差，大氣能見度降低，給社會和人類帶來嚴重影響。京津冀地區(qū)人口密集，以汽車工業(yè)、電子工業(yè)、機械工業(yè)、冶金工業(yè)為主，是全國主要的高新技術和重工業(yè)基地，造成了該地區(qū)大氣污染物排放量大，一旦出現(xiàn)不利于污染物擴散的氣象條件，極易發(fā)生嚴重的大氣污染現(xiàn)象。穩(wěn)定的大氣環(huán)流形勢為大氣污染的發(fā)生和發(fā)展提供了有利的大氣環(huán)境場。有研究表明，很多大氣污染的發(fā)生與反氣旋的停滯密切相關。反氣旋在某地區(qū)長期滯留期間，地面風速可以下降到很小，近地面環(huán)流減弱，因此不足以吹散積累起來的污染物，造成空氣質量下降。WangandAngell（1999）定義了空氣滯留日，從天氣學角度描述這種有利于大氣污染發(fā)生的氣象環(huán)流背景條件。當某地滿足海平面地轉風小于8m/s，對流層中層（500hPa）水平風速小于13m/s，并且沒有降水，則定義為一個空氣滯留日。其中，如果對流層中低層（850hPa至地面）出現(xiàn)逆溫，將海平面地轉風適當放寬10%（小于/s）。用海平面氣壓梯度表示近地面的平均流場特征比用近地面風速更具有代表性，因為后者受到地表等復雜因素的影響，其本質是由模式的邊界層參數(shù)化分析得來的。從天氣學意義來講，當某地區(qū)發(fā)生滯留現(xiàn)象時，天氣系統(tǒng)長期維持或是緩慢地移動，地面風速和500hPa風速小，說明對流層中下層對流較弱，使得大氣水平擴散能力小，污染物不易被輸送到其他地區(qū)而造成長期積累發(fā)生污染。另一方面，若850hPa以下有異常逆溫存在，更加穩(wěn)定的低層大氣使得空氣的垂直混合減弱，污染物的垂直輸送得到抑制。加上沒有降水的濕沉降作用，這些異常大氣環(huán)流背景條件都有利于污染天氣的維持和發(fā)展。吳兌等使用區(qū)域近地層風矢量和算法定義氣流停滯區(qū)，分析了2013年1月典型霧霾個例氣流停滯區(qū)的形成過程，認為氣流停滯區(qū)的形成反映了區(qū)域本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載平流輸送條件，氣流停滯區(qū)造成污染物的停滯、積累，結果證明霾過程中，華北平原均出現(xiàn)明顯的氣流停滯區(qū)，區(qū)域矢量和很小，不利于空氣中污染物的水平擴散。2研究方法污染氣象條件分析根據WangandAngell(1999)的研究，海平面地轉風和500hPa風速是表征空氣滯留的兩個重要天氣條件。當海平面地轉風和500hPa風速都分別小于一定值時，說明天氣系統(tǒng)在某地區(qū)持續(xù)或緩慢地移動，對流層中低層水平風速小，大氣水平輸送弱，就不利于污染物的擴散，因此本文將通過分析污染過程中海平面地轉風和500hPa風速的特征了解污染過程中的天氣環(huán)流背景。中尺度數(shù)值模擬WRF(WeatherResearchandForecastModel)是由美國國家大氣研究中心(NCAR)和國家環(huán)境預測中心(NCEP)聯(lián)合開發(fā)的新一代中尺度數(shù)值天氣預報模式，在目前的天氣預報業(yè)務和大氣科學研究中都得到了廣泛應用。隨著WRF中邊界層參數(shù)化的不斷改進，WRF對大氣邊界層模擬能越來越準確地描述真實大氣的邊界層特征。本文WRF模擬使用NCEP 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)。近地面層方案需要和邊界層方案配合使用，第一層區(qū)域近地面和邊界層方案分別采用Eta方案和MYJ方案(Janjic,2002)，其他兩層都分別采用MM5方案(Beljaars,1995)和ACM2方案(Pleim,2007)。其他物理過程參數(shù)化方案設置如下:長波輻射采用RRTM方案(Mlaweretal.,1997)；短波輻射采用Dudhia方案(Dudhia,1989)，每30分鐘調用一次輻射方案；陸面過程使用Noah方案(ChenandDudhia,2001)。通過在45km的粗網格中運用張弛逼近（Nudging）技術，對2013年12月1-9日和2014年2月19-26日兩個重污染過程分別進行了連續(xù)的數(shù)值模擬。WRF分別從2013-11-300800LST和2014-02-180800LST開始積分，其中前16小時作為模式啟動的調整時間，第一層網格6h輸出一次結果，第二、三層每1h輸出一次結果。本文所做的研究中用到的資料有：（1）NCEP/NCAR日平均再分析資料（Kalnay等，1996），時間范圍是2003-2012年每年的2月和12月，以及2013年的12月和2014年的2月，水平分辨率為°x。，垂直分辨率為17層，本文分析中用到了500hPa的風分量資料和海平面氣壓資料；（2）NCEPFNL分析資料（finalanalysesdata），時間范圍為北京時間2013年11月30日08時到2013年12月10日08時和2014年2月18日08時到2014年2月27日08時，水平分辨率為1。*1。，時間分辨率為每日4次（02、08、14、20時）。（3）中華人民共和國環(huán)境保護部發(fā)布的2013年12月和2014年2月各城市空氣質量指數(shù)（AQI）數(shù)據。3結果分析通風量WRF數(shù)值模式是高分辨率的動力降尺度模式。本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載通過WRF的第三層嵌套5km分辨率模擬的氣象要素場結果，運用（4）式計算這次污染過程平均大氣邊界層通風量分布（圖）。由圖可見，太行山以東的京津冀地區(qū)，通風量為明顯低值分布，石家莊、保定、衡水等地的通風量均不足1000m2/s。通風量體現(xiàn)了邊界層高度和邊界層內風速對污染擴散的綜合作用，混合層高度的日變化特征顯示，混合層高度在白天14時左右達到日最大值。根據數(shù)值模擬結果，對2013年12月1-9日重污染天氣過程中石家莊、邢臺、北京和天津等城市14時平均通風量氣象條件的分析結果顯示，京津冀地區(qū)各城市日最大混合層高度平均值在448m-649m之間，區(qū)域平均值約539m；各城市日最大通風量平均值在12nm2/s-3360m2/s之間，區(qū)域平均值約2543m2/s。2014年2月19-26日重污染天氣過程分析空氣滯留氣象條件京津冀地區(qū)2014年2月19-25日嚴重污染過程中500hPa風速和海平面地轉風距平分布（圖）也表現(xiàn)出明顯低于10年氣候平均值的異常特征。500hPa風速的低值區(qū)分布在京津冀地區(qū)以及遼東半島，比10年氣候平均值低12m/s以上，與此次污染過程中石家莊、邢臺、保定、北京等城市的重污染較為一致。通 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過對這次污染過程中京津冀地區(qū)各城市空氣滯留氣象條件統(tǒng)計分析得知，2014年2月19-26日京津冀地區(qū)嚴重污染天氣發(fā)生期間，500hpa平均風速較近10年同期下降了約49-59%，平均下降％，平均海平面地轉風下降約6-42%，平均下降％。六級污染天數(shù)達到5天及以上的石家莊、邢臺和北京的500hPa平均風速和海平面地轉風分別降低％和％。地形對河北南部城市大氣污染的作用石家莊、邢臺、衡水等京津冀南部城市位于太行山脈的東側，為了分析山脈阻擋對污染的作用，利用模式垂直分層加密對流層低層的優(yōu)點，設置模式第三層嵌套的垂直分層為36層，其中第5、8、11和17層所在高度大約為100m、250m、500m和1000m，得到2013年12月1-9日污染過程中每日08時（北京時間）的各高度層水平風速分布。圖為2013年12月2日、5和8日的各層水平風速圖，其他圖略。通過水平風速和空氣質量指數(shù)對比發(fā)現(xiàn)，二者之間有著直接的關系。2日京津冀南部各城市均出現(xiàn)五級污染，08時的水平風速圖在太行山以東為明顯的風速低值區(qū)，平均風速約3m/s，稱之為“風影區(qū)”。太行山脈大部分海拔在1200m以上，因此在約1000m高度上仍然可看到有“風影區(qū)”的存在。持續(xù)到5日08時，之前的“風影區(qū)”變?yōu)槊黠@相反的風速大值區(qū)，累積的污染物得到部分擴散、稀釋，5日京津冀的污染明顯得到緩解。6日到8日，“風影區(qū)”又逐漸顯現(xiàn)出，從8日08時的風速圖可看出明顯的“風影區(qū)”，污染程度也隨之加劇，8日達到此次污染過程的AQI峰值，以后隨著氣象條件逐漸變好，堆積的污染物不斷被輸送和沉降，空氣質量變好，能見度提高。由此可見，太行山對西風氣流的阻擋是造成河北南部城市大氣污染的重要原因。4結論本文通過再分析全球大氣環(huán)流模式格點資料和WRF中尺度數(shù)值模擬，從天氣學和大氣邊界層兩個角度分析了2013年12月和2014年2月我國兩次嚴重大氣污染過程中空氣停滯氣象條件和通風量的特征及其作用，得到研究結論如下：a.兩次嚴重大氣污染天氣發(fā)生期間，500hPa等壓面上的平均風速和平均海平面地轉風表現(xiàn)為明顯的氣候異常特征，500hpa平均風速較近10年同期分別下降了約％和％，平均海平面地轉風均下降約23%。b.京津冀地區(qū)在兩次嚴重污染天氣過程中，區(qū)域平均日最大混合層高度分別為539m和618m，區(qū)域平均日最大通風量分別為2543m2/s和2212m2/s。本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請