【摘 要】
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深对流天气是一种发展深厚的对流天气系统,经常会导致雷暴、大风、短时强降水和冰雹等灾害性天气,而其对大气化学气体成分的垂直再分布起到了重要作用。本文利用中尺度数值模
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深对流天气是一种发展深厚的对流天气系统,经常会导致雷暴、大风、短时强降水和冰雹等灾害性天气,而其对大气化学气体成分的垂直再分布起到了重要作用。本文利用中尺度数值模式耦合化学传输模式WRF-Chem,结合MEIC实际排放源信息,对2016年5月6日广东地区一次深对流天气过程进行了模拟,研究了深对流系统及其对大气污染气体垂直再分布的影响。本文利用广东省高密度自动观测站观测数据,广州SA波段多普勒雷达提供的雷达数据产品和美国国家气候数据中心(NCDC)的常规地面观测气象数据,对本次飑线天气过程的发生发展进行了分析,从天气形势和不稳定条件的角度分析本次天气过程。利用中国环境监测总站的全国城市空气质量实时发布平台发布的地面污染物数据,对污染物分布特征进行分析。通过WRF对深对流天气过程进行模拟,在获得较好的模拟效果的基础上,利用WRF-Chem模拟深对流云对不同溶解度的大气污染气体CO、NO2和O3等低溶解度大气污染气体和SO2、H2O2和HNO3等较高溶解度的大气污染气体的清除作用,研究实际大气环境中深对流天气系统对大气化学气体成分再分布的影响。研究发现,由于深对流的低层辐合,CO气体在对流系统前方近地面有显著的积聚现象,并会随着上升气流输送到对流层顶和平流层,显著的增大了该区域的CO气体浓度。具有相同趋势的还有同样溶解度不高的NO2气体。上冲云顶进入平流层后,夹卷一部分O3气体进入到对流层内,使得对流层顶O3浓度显著升高。由于湿清除作用,SO2气体只会被输送到4km高度左右,并没有显著的改变对流层高层气体浓度的分布特征。地表气流平流辐合导致高溶解度的H2O2在近地面出现高值中心,出流区云粒子下沉蒸发释放导致了高层H2O2和HNO3富集区位于云砧下方,而对流层顶和平流层底层出现的夹卷现象,使得对流层顶出现了HNO3浓度的升高。在开启了湿清除方案时,深对流对于CO的清除效率略大于0,对O3的清除效率为负,其余NO2、SO2、H2O2和HNO3的清除效率分别为42.52%,68.12%,99.21%,22.8%。在关闭了湿清除方案以后,中高溶解度的SO2、H2O2和HNO3气体的清除效率都有明显下降。因此得出结论,对弱溶解于水的气体,深对流的物理输送作用较为重要,但对于中、高溶解度的气体来说,湿清除过程极大的改变了气体的垂直分布,显著地降低了低层和高层的气体浓度。湿清除过程是影响这些污染物大气清除的重要过程,但并不是随着溶解度增大清除效率也增大,物理和化学过程共同影响着气体污染物的大气清除过程。
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