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随着社会经济发展和城市化进程加快，城市大气环境问题已成为全球关注的热点问题之一。目前我国正处于经济高速发展期，城市大气污染严重，不仅危害着人的身体健康，也制约着社会经济的可持续发展。兰州地处黄土高原西端，青藏高原东北部，位于黄河峡谷中，属大陆性干旱半干旱地区。大量工业生产排放、机动车尾气排放和燃煤取暖排放加上特殊的山谷地形影响，使兰州成为全国大气污染最严重的城市之一。在前人研究工作的基础上，本文主要针对冬季，采用数值模拟的方法，在改进WRF模式在研究区模拟性能基础上，结合污染物浓度监测资料，明确不同因子对兰州大气污染的影响，并据此建立适合兰州的空气污染预报统计模型，分析兰州局地环流以及大气污染物输送和扩散特征，以及不同产业污染源对兰州大气环境的影响，评估绿化对兰州大气环境的影响。本研究主要内容包括： ⑴WRF(Weather Research and Forecasting)模式默认的陆面资料精度低，且时效性不好，是制约WRF模式模拟精度的重要因子之一。近地面气温对陆面资料非常敏感，而风场对陆面资料不敏感，WRF模式对气温的模拟效果好于对风场的模拟。采用中国1km分辨率数字高程模型数据集、基于MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer)植被归一化指数计算的植被覆盖度和MODIS土地利用资料代替模式默认的陆面资料后，WRF模拟的近地面气温准确率显著提高，模拟的夜间气温改进幅度较白天大。陆面资料可影响整个边界层温度场分布，准确的陆面资料对提高WRF模式模拟近地面乃至整个边界层气象场至关重要。尽管风速模拟误差较大，但总体上WRF模式能较准确地模拟出研究区域的风场演变特征。干旱半干旱区冬季数值模拟需要注意土壤湿度初值和模式初始积分时刻的选取。模式水平分辨率也是影响WRF模拟性能的重要因子，提高模式水平分辨率可以更准确的描述陆面信息，改进模式模拟结果。 ⑵2002～2010年兰州城区SO2和PM10浓度年平均递减率为3.4％和1.5％，NO2年均浓度略有增加。兰州大气污染物浓度呈现明显的季节变化和周末效应。冬季大气污染最为严重，春秋季次之，夏季污染最轻。冬季污染物浓度与气象参数的相关性分析表明，由于周边山体的阻碍，兰州城区污染物浓度变化主要受垂直扩散的影响。考虑局地气象条件、天气形势、排放源变化和湿沉降对污染物浓度的影响，建立了多元线性回归(MLR)和人工神经网络（ANN）空气质量预报模型，并估算了各因子对污染物浓度变化的影响:就污染物浓度逐日变化而言，局地气象条件、天气形势、污染物排放量变化、湿沉降分别可解释SO2浓度变化的60.2％、20.4％、16.9％和0.5％，NO2浓度变化的44.5％、26.0％、31.1％和3.2％，PM10浓度变化的74.7％、35.3％、10.4％和5.2％;就污染物浓度年际变化而言，局地气象条件、天气形势、排放源变化、湿沉降分别可解释SO2浓度变化的53.2％、25.4％、89.3％和15.7％，NO2浓度变化的23.1％、0.2％、91.9％和0.1％，PM10浓度变化的22.4％、40.7％、73.0％和38.2％。 ⑶兰州局地环流主要表现为山谷风环流特征，白天城市热岛环流抑制谷风环流，山谷上空出现较强的下沉气流，夜间城市热岛环流增强山风环流，山谷中有上升气流。兰州西侧山谷和东南山谷是城区污染物向外界输送的主要通道，其次为东北山谷以及南山西侧地势较低的地区。山谷中5:00～13:00释放的粒子输出山谷的几率高，随后输出山谷的几率减小，22:00左右达到极小值，而后输出山谷的几率缓慢增加。冷锋过境时，山谷中污染物主要通过西侧山谷向外界输送，部分污染物能直接越过南山西侧向外界输送。静稳天气时，山谷中污染物通过西侧山谷、东南和东北山谷向外界输送。 ⑷与1999年相比，2009年南北两山土地利用变化很大，草地、农地和裸地变成闭合灌丛占绿化区域的69.2％，闭合灌丛、草地和农地变成林地占绿化区域的20.6％。绿化改变了地表能量平衡，绿化后南山山坡处白天增温，夜间降温，山谷风环流加强。静稳天气时，绿化导致东部山谷白天气体交换量增加，最大增幅达10％左右，而夜间气体交换量差异很小。利用ANN统计模型和FLEXPART(FLEXible PARTicle dispersion model)模式计算结果均显示绿化对大气环境的影响是有限的。 ⑸通用多尺度空气质量模式(CMAQ)基本能模拟出兰州污染物浓度逐日变化和空间分布特征。比较电厂源、生活源、工业源和交通源对兰州大气污染物浓度的贡献发现，工业源是兰州大气污染物的主要来源，其对城区主要污染物（SO2、NO2和PM10）浓度的贡献率超过40％，生活源是兰州大气污染物的第二大来源，对城区主要污染物浓度的贡献率在10％-40％之间，电厂源和交通源对兰州大气污染物浓度的贡献较小。城区污染源对大气环境的影响并非仅局限于城区，电厂源和工业源影响范围较大，而生活源和交通源影响范围较小。