基于WRF-Chem模式对西安雾霾气溶胶分布及输送特征的数值模拟研究

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随着社会经济的发展,雾霾逐渐成为我国环境污染的主要问题,以西安为中心的关中地区大气污染问题日趋加重。同时大气污染也是一个区域性的环境污染问题,在一定的气象条件与地理位置共同影响下相邻区域会存在污染物输送。雾霾气溶胶会受本地污染物排放和跨区域输送影响,该问题是当前空气污染的两个重要来源,也是对雾霾气溶胶的研究热点,而数值模拟作为非常有效的研究手段也得到了越来越多的重视与发展。因此,必须对西安地区雾霾气溶胶的分布与输送特征进行综合分析研究。本文利用WRF-Chem模式对西安雾霾进行数值模拟研究,选取全国大气污染重点区域之一的西安地区的一次雾霾个例,通过调整模式模拟方案对雾霾全过程进行数值模拟。分别对模拟数据进行定性、定量评估并综合对比,结果表明:WRF-Chem模式基本成功复制了本次雾霾过程,模拟数据可用于气溶胶特征的研究中。利用模拟数据结合地面监测站观测数据对雾霾分布及输送特征进行分析可知,雾霾气溶胶各组分均随高度增加而递减,垂直分布最高均为5km左右,在近地面浓度最高。本次雾霾消散期间污染物存在铜川-西安-山阳输送路径。考虑到对雾霾的研究还应从整体三维分布结构以及四维时空演变分析,设计了模式输出数据的可视化方法。可视化方法中包括对PM2.5质量浓度的三维可视化,HGT地形高度数据,以及在为便于分析风场对雾霾输送的影响而加入的风场数据。通过雾霾个例分析对可视化方法进行了验证。与第三章中的分析相比,通过可视化方法体现了此次雾霾形成期属于区域累积型,在消散期底层雾霾最先消散,高层雾霾变化较小且在地面雾霾已经消散时高层仍存在雾霾层。通过文中对雾霾个例的全面分析以及对可视化方法的分析验证,结果表明:(1)文中对西安雾霾分布及输送特征的研究方案切实可行;研究方案中包括文中用于雾霾传输特征分析的气团轨迹追踪方法、WRF-Chem模式模拟方法、模式数据可视化方法以及雷达数据处理方法;后期其它个例分析可套用本方案以得到雾霾个例的分布及输送特征;(2)通过对WRF-Chem模式物理方案与化学方案调试选择,得到了适用于西安地区雾霾分析的模拟方案;(3)设计了一种适用于模式输出数据格式的可视化方法,可对现有分析方法补充;(4)获得了一类西安雾霾气溶胶分布与输送特征,对雾霾前期治理和政府建设城市通风廊道提供一定参考。
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