【摘 要】
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武汉市在近些年处于高速发展状态,面临的臭氧污染比较严峻,尤其在夏季臭氧超标天数居高不下。空气中过量的O3对于人体健康、建筑材料等会产生极大的危害,因此需要对臭氧污染的产生机制与影响因子进行深入研究。本文采用2018年1月-2019年2月武汉市气象数据以及污染物监测数据,分析了武汉市O3污染的时空分布特征,研究了O3与气象要素以及其他大气污染物之间的相关性;基于高精度的人口分布栅格数据、时间分配谱以
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武汉市在近些年处于高速发展状态,面临的臭氧污染比较严峻,尤其在夏季臭氧超标天数居高不下。空气中过量的O3对于人体健康、建筑材料等会产生极大的危害,因此需要对臭氧污染的产生机制与影响因子进行深入研究。本文采用2018年1月-2019年2月武汉市气象数据以及污染物监测数据,分析了武汉市O3污染的时空分布特征,研究了O3与气象要素以及其他大气污染物之间的相关性;基于高精度的人口分布栅格数据、时间分配谱以及化学物种分配谱,结合ISAT清单处理工具,实现MEIC(Multi-resolution Emission Inventory for China,中国多尺度排放清单)的时空分配和化学物种分配,生成武汉地区高时空分辨率的大气污染物排放清单;以该清单和WRF模式模拟的气象场为基础,使用CMAQ(Community Multiscale Air Quality,社区多尺度空气质量模式)模拟2018年6月1日-7日武汉地区臭氧污染分布情况,并利用相关统计学指标对模拟结果进行评估。本文主要研究结论如下:(1)2018年武汉O3月平均浓度和月超标天数的高峰期为4-10月,峰值出现在6月;O3浓度在一天内呈现出“单峰型”特征,白天高于夜间,峰值出现在下午14时左右。在空间分布上,武汉O3高浓度区域集中在北部、东部、东北部以及西南一隅,整体上看远城区O3浓度高于主城区。武汉O3浓度与日照时长、气温呈正相关,与风速、相对湿度、NO2、CO、PM2.5、PM10浓度则呈负相关关系。(2)MEIC清单细化分配后显示,2016年6月武汉网格区域SO2、NOX、VOC、CO、PM2.5、PMcoarse、NH3的排放总量分别为7568.31t、9507.16t、14909.24mol、69710.21t、3992.91t、1377.28t、8427.22t。(3)WRF模式对武汉近地面温度和气压的模拟效果最好,湿度次之,风速则由于下垫面情况的复杂因而模拟效果欠佳。(4)CMAQ对于臭氧浓度变化规律的模拟较为准确,O3浓度随着光照强度和前体物排放的增加而升高,至傍晚时分随着光照强度和人类排放的减弱而迅速下降。总体来看,臭氧模拟值相对于实测值偏小。根据平均相对偏差MFB以及平均相对误差MFE,武汉绝大部分监测站点的臭氧模拟浓度均在合理的可接受范围,少部分监测站点的臭氧模拟则不够理想,这部分站点集中在武汉远城区,即模拟区域网格的偏边缘位置。(5)CMAQ模式对武汉市臭氧浓度空间分布特征的模拟较为合理,模拟浓度与监测浓度均呈现出主城区低、远城区高的浓度变化趋势。同时,模拟浓度相对于实测浓度有一定程度的低估。研究时段内,从12时到15时臭氧浓度处于上升阶段,从15时到18时臭氧浓度逐步下降,符合实际的日浓度变化趋势。
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