汾渭平原复杂地形影响下冬季PM2.5污染分布特征、来源及成因分析

汾渭平原受其复杂地形特征及产业结构影响,和京津冀、长三角地区一起被列为大气污染重点防治区域.本研究应用2014—2019年冬季中国环境监测总站汾渭平原各城市的六大空气污染物逐小时数据,结合欧洲中心ERA-5数据,利用HYSPLIT后向轨迹模型及T-model斜交旋转主成分分析法（PCT）,揭示过去6年汾渭平原冬季颗粒物浓度演变规律,厘清汾渭平原复杂地形影响下大气污染来源特征、潜在源区及成因,识别影响汾渭平原冬季空气污染的主要天气系统类型.HYSPLIT模拟结果表明,冬季喇叭口地形城市主要受本地和邻近区域污染源影响;山区盆地地形城市更易受到100~300 km距离以内污染源的传输影响,其中,来自陕北的气团对其影响最大;峡谷地形城市更易受到300~600 km范围内污染源的传输影响;平原地形城市的污染物浓度受区域传输的影响较大.影响汾渭平原冬季颗粒物重污染的天气系统可分为高压前部型、高压后部型、均压场型及低压倒槽型,其中,高压前部型是汾渭平原冬季重污染时段最易出现的天气形势.     

地形对日本福岛核事故放射性粒子扩散影响的敏感性研究

利用FLEXPART-WRF粒子扩散模式和Stohl等给出的福岛核事故137Cs排放数据,对日本福岛核事故放射性粒子扩散情况进行了数值模拟和有、无地形的敏感性试验;同时假定核污染物排放源位于日本高崎市的RN38站(36.3°N、139.1°E),对向东开口的V型特殊地形进行了敏感性试验. 福岛核事故数值模拟结果表明:放射性污染物的扩散路径、范围和强度既与天气形势有关,还与地形密切相关,不同天气或不同盛行风向条件下,地形的绕流和抬升作用对核污染物扩散输送态势的影响具有明显差异;在偏东气流影响下,由于地形作用,相比无地形时核污染物扩散偏西1个经度左右,偏高约0.5km. V型特殊地形敏感性试验结果表明:在合适的环流形势下(边界层为偏东风,中、高层为偏西风),由于V型地形的阻挡作用,可形成强烈上升运动区,核污染物主要向上、向东扩散输送,向上可扩散至3.0km以上,向东可扩散至145°E左右;而无地形时核污染物向上、向东影响范围减小,向东扩散至140°E,向上扩散至1.5km,但由于无地形阻挡和偏东风影响,向西扩散范围有所增加. 讨论了天气和地形条件对核电站选址的影响,不同天气形势下地形对核污染物扩散的影响并不相同,因此核电站选址应首先考虑选址地的大气环流背景和常见的天气系统,在此基础上再考虑地形的影响.      

东北林草交错区土壤侵蚀敏感性评价及关键因子识别

土壤侵蚀是造成东北林草交错区生态脆弱的重要原因。论文应用GIS技术,综合降水、地形、土壤可蚀性、植被覆盖等因子,分析和评价了1990—2005年研究区土壤侵蚀敏感性时空变化过程,并通过叠加排序方法定量识别关键因子。结果表明:研究区以中度敏感为主,其次是轻度和高度敏感;中度敏感地区以大兴安岭山地为主,轻度敏感地区分布在东、西部平原地区,高度敏感地区主要分布在燕山山地和大兴安岭南部山地的林草交错区;从时间变化过程看,轻度、中度敏感地区面积增加,高度敏感地区面积减少,生态环境状况总体好转;地形起伏度和植被覆盖作为研究区土壤侵蚀关键因子,起主导作用。     

黄土沟壑区小流域不同地形下土壤微量元素分布特征

研究了黄土沟壑区小流域塬面、坡地、梯田和沟道土壤微量元素的剖面分布特征,以揭示不同地形条件下微量元素的有效性及地球化学特性.结果表明,不同土层土壤全量微量元素的变异系数均小于15%,为小变异土壤性质,有效态和吸附态铁和锰的变异系数均高于36%,为高度变异土壤性质;有效态和吸附态锌和铜属于中到高度变异.全量铁、锰和铜以沟道土壤较高,全锌、有效态和吸附态微量元素含量以塬面土壤较高.不同形态微量元素的剖面分布趋势取决于地形条件.不同地形下成土过程及不同地形条件所对应的土地利用方式造成了全量微量元素的差异,而土壤有机质含量的差异是不同地形条件下有效态和吸附态微量元素剖面分布特征不同的主要原因.     

基于风洞实验的冷却塔空腔区范围影响因素研究

目的基于火电厂采用"烟塔合一"排烟方式时可能由于污染物下洗造成"空腔区"内地面高浓度等问题,分析空腔区范围,以科学设置环境防护距离。方法采用相似理论,将10个"烟塔合一"火电厂及地形按几何比缩小至风洞实验室内,通过测量冷却塔后方湍流度,并对比背景湍流度的方法,分析不同冷却塔形状以及不同下垫面条件下冷却塔空腔区的尺寸。结果空腔区的高度、宽度与冷却塔高宽比存在正相关性,山地地形更有利于湍涡耗散,而使空腔区范围较平坦地形更小,厂区内大型建筑物位置会对冷却塔空腔区的范围产生影响。试验分析得出,冷却塔空腔区范围基本在冷却塔高度的2倍以内,高宽比越大,则空腔区范围越小,地形越复杂,空腔区范围越小。结论火电厂采用"烟塔合一"排烟方式时,建议优先选择高宽比大的塔型,以降低排烟冷却塔对周围环境影响的可能性。     

黄土高原沟壑区小流域不同地形下土壤性质分布特征

地形条件是影响黄土高原地区土壤性质分布的主要因素,研究不同地形条件下土壤性质的分布是合理评价黄土区土壤质量状况的重要前提。论文研究了黄土高原沟壑区小流域地形条件对土壤性质剖面分布的影响,结果表明土壤硝态氮、速效磷、碱性磷酸酶和蔗糖酶为高度变异的土壤性质;pH值和过氧化氢酶为小变异土壤性质。塬面和沟道土壤pH值和过氧化氢酶活性较低,阳离子交换量较高。土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性在土壤剖面随土层深度的增加逐渐降低,且均表现为塬面>梯田>坡地>沟道的趋势。不同地形条件下土壤pH值的变化由地形条件引起的土壤过程及硝态氮在土壤中的累积引起;阳离子交换量的变化由成土过程、pH值和有机质的差异引起;土壤有机质及氮、磷养分的差异由与地形条件对应的土地利用方式引起;土壤酶活性的差异则是有机质的差异引起的。     

上海地区霾时气溶胶类型垂直分布的季节变化

采用上海地区2007年1月~2010年11月CALIPSO星载激光雷达Level 2反演资料,对清洁海洋型、沙尘型、大陆污染型、大陆清洁型、污染沙尘型和烟尘型等类型气溶胶垂直分布进行了分析,研究了其季节变化规律.结果表明:霾发生时0~2km高度烟尘型气溶胶出现频率明显高于非霾时,而在2~8km高度,沙尘型、污染沙尘型与大陆污染型明显高于非霾时.0~2km高度春季霾大陆污染型气溶胶出现频率高于其他季节;0~2km夏季污染沙尘型气溶胶与海洋型气溶胶出现频率均高于其他季节,特别是污染沙尘型;秋季霾期间,0~2km高度范围内烟尘型出现频率明显高于2~6km高度;冬季污染沙尘型、烟尘、大陆污染型气溶胶出现频率高于其他季节.     

基于DEM的复杂地形下平均气温分布式模拟研究——以贵州高原为例

影响复杂地形下气温分布与变化的因素很多,其中尤以海拔高度和地形的影响最显著。论文在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对复杂地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以复杂地形下天文辐射为起始数据的复杂地形下平均气温的分布式模型,在模型中还考虑了海拔高度、山区太阳总辐射、日照百分率。以地形复杂的贵州高原为例,应用100 m×100 m分辨率的DEM数据及气象站常规观测气象资料,计算了贵州高原复杂地形下各月及年的平均气温精细空间分布。结果表明:①坡度、坡向、地形遮蔽对平均气温的影响较大,由于局地地形因子的影响,复杂地形下平均气温的空间分布具有明显的地域分布特征,地形对平均气温的影响在计算时是不容忽视的,②季节不同,局地地形因子对复杂地形下平均气温空间分布的影响不同,冬半年大于夏半年。平均气温随海拔高度的增加而降低。南坡随坡度的增大而升高;北坡随坡度的增大而降低。在坡向影响上,1—5月、10—12月偏北坡月平均气温偏低,偏南坡月平均气温偏高;7—8月因太阳高度较高,因此出现相反的情况,北坡高于南坡。     

湖北省风能资源的高分辨率数值模拟试验

利用边界层模式CALMET耦合中尺度模式MM5对湖北省的风能资源分布特征进行数值模拟,得到水平分辨率1 km、 垂直高度10~150 m覆盖全省的风能资源分布。通过与测风塔对比发现,模式对九宫山7月、 11月的逐时有效风速的模拟相关系数分别为0.59、 0.57;受下垫面复杂地形的影响,10 m高度上的误差最大,50 m高度的模拟效果好于其他高度。70 m高度上数值模拟风速年均误差为7.21%,逐月平均风速误差范围在6.62%~7.30%之间。全省风能资源的总体分布特征是:中东部大于西部,西部的等值线相对凌乱且密集,冬、 春季风速、 风功率大于秋季,西部地区为风资源较贫乏地区。数值模拟结果虽然存在一定的误差,但模拟得到的风能资源分布趋势是符合本地区气候和地形特征变化规律的,可以作为制定区域风电发展规划的科学依据。在进行风电场选址时,对于误差大于平均水平的地区需要多布设测风塔。     

锅炉“三废”治理效果显著

南桐矿务局红岩煤矿平硐锅炉房在安装两台KZL4-13-A型锅炉的同时,考虑了废气、废水、废渣的治理。配置了XSB双旋风除尘器,并采用地沟引风解决烟囱高度不够的问题,并在引风道上面安装了四十九个喷嘴进行湿式喷淋二次除尘。为使除尘酸性水得到处理,在受地形限制的情况下,因地制宜地利用落差修建了石灰乳池、平流反应     

华北山区温度推算模式和应用

利用华北山区气象站观测的温度与其所在纬度、经度和高度，分山区建立宏观地面气温场方程。采用１：２０万地形图，以１０＇经、纬度为步长，判读其高度值，代入已建立好的方程中，经地形项订正，推算华北山区年、月平均温度、年较差和ΣＴ＇≥１０℃，其精度达极显著水平。计算结果使我们对华北山区热量资源有了新的认识，最后求算华北山区的主要水果最优品质种植上限高度。     

河谷型城市风场及污染物扩散的CFD数值仿真

为研究河谷型城市地形及其引起的风场和污染物扩散的复杂问题,利用CFD（计算流体力学）方法和复杂地形网格生成技术,建立河谷型城市风场及大气污染分布的数值仿真模型,实现CFD方法在复杂地形空气运动和污染物扩散方面的应用.分别使用LES（large eddy simulation）模型和mixture模型研究兰州市地面风场特征和污染物扩散形态,计算得到的污染物分布结果与实测结果分布一致.结果表明:复杂地形对空气运动的影响很大,如风速因山体屏障作用会呈现带状分布特征,山体后侧易出现弱风区域;同时,风场会密切影响污染物扩散,决定了污染物扩散形态,如幅散能够影响污染物扩散范围及污染水平.而给定西北风条件下,如地面以上10 m、风速为5 m/s、不受地形阻挡情况下,工业区污染物浓度被稀释10倍,约扩散2.2 km;山体阻挡会抑制污染物纵向扩散,表现在山体阻挡情况下污染物稀释100倍时的扩散长度约为相对平坦区域的1/3.此外,不同的入口风向会引起空气运动与山体相互作用发生变化,进而会使得地面风速、局部风场存在差异,造成污染物扩散及分布形态差异.研究显示,CFD方法可行,模型可靠,可以用来研究地形对风场和污染物扩散的影响.      

500kV变电站声屏障技术优化研究

以某500 k V变电站为例,利用Cadna/A软件探讨了变电站声屏障优化方案,研究了设置位置、高度、形状、材料性质等因素对声屏障插入损失量的影响。结果表明,声屏障距离主变越近,其插入损失量越大,降噪效果越好;声屏障高度越高,插入损失量越大,当声屏障高度达到8.1 m时,站外噪声均达标;对于不同型式的声屏障如折板型(向内)、倾斜型(向内)、直立型、折板型(向外),折板型(向内)降噪性能相对较优;当声屏障采用吸声材料,将增强降噪效果;变电站声屏障设置方案应综合考虑降噪要求、安全运行、操作维护等因素。     

复杂地形条件下大气污染物的烟团扩散模式

本文对复杂地形条件下的多源大气扩散模式进行了探讨，并考虑了地形的影响及风场随高度的变化，通过调整烟团模式，对本溪地区ＳＯ２和ＴＳＰ浓度的时空分布进行了计算。     

火电厂烟流上升和扩散的试验研究

随着现代工业的发展,空气污染逐渐成为城市和大工业区周围需要解决的最重要问题之一.为减少污染,近些年来高烟囱不断出现,国外高度在400—500m以上的超高烟囱已经并不罕见.我国许多新建火电厂的烟囱高度亦已在100—200m以上.而且火电厂烟囱排出的还多是热烟流.加上我国幅员辽阔、地形复杂,许多火电厂高烟囱建于山区或丘陵起伏地区.这就提出了高烟囱、浮升烟流在复杂地形条件下的抬升和散布规律的研究     

地形数据输入范围对AERMOD预测结果的影响

为验证复杂地形条件下地形数据输入范围对AERMOD模型预测结果的影响,试验分别给定1个10 m低架源和1个100 m的高架源,在输入10 km×10 km、15 km×15 km、20 km×20 km 3种范围地形数据,其他参数不变的条件下,计算污染源在同样的10 km×10 km区域内小时值、日均值、年均值落地浓度的变化。结果表明,地形数据输入范围的不同对AERMOD模型计算出的污染物落地浓度预测结果有着显著的影响,试验结果中变化的网格点最大占到总网格点的23.96%,变化幅度最大可达99.96%。在某些情况下,很有可能使得部分敏感点计算结果从达标变成超标,从而造成大气环境影响评价结论的误差。通过对AERMOD和AERMAP公式的分析可知,地形数据输入范围对AERMAP确定的受体山体控制高度有一定影响,造成了AERMOD临界分流高度和烟羽权重参数计算值的变化,从而影响了AERMOD对受体处浓度的计算结果。     

不同精度地形数据对复杂地形条件下卫生防护距离计算影响研究

模拟项目在河谷复杂地形与山地复杂地形建设,并采用30 m×30 m精度地形数据和90 m×90 m精度地形数据使用AERMOD分别计算卫生防护距离,卫生防护距离为根据AERMOD模拟出的污染物扩散浓度,测量达到相关标准限值的最远距离得到.计算结果确定地形复杂程度和地形数据精度对卫生防护距离计算有较大影响,在山地地形中卫生防护距离计算结果比河谷地形小,河谷地形应采用90 m×90 m精度地形数据计算卫生防护距离,山地地形应采用30 m×30 m精度地形数据计算.     

河谷城市通风系数研究

通风系数是科学确定污染物排放总量的基础.利用WRF模式模拟的边界层高度和风速计算了兰州新区2014年4个季节的通风系数,探讨了风速的季节性变化和日变化特征.结果表明:①WRF模式模拟得到的兰州新区的混合层平均风速呈夜间高、日间低的特征,日间混合层内平均风速最大值出现在20:00左右,这与地面风速积分法确定的平均风速具有较高相关性,验证了利用模式模拟边界层内平均风速特征的能力.②混合层高度季节变化呈现春夏季高、秋冬季低的特征;受太阳辐射的影响,日间混合层高度明显高于夜间.③通风系数具有明显的季节性变化特征（4个季节的通风系数分别为4 607.6、5 424.1、1 316.4、706.9 m2/s）,夏季高,冬季小,这与混合层高度和混合层内平均风速的季节性变化特征一致;日变化呈现单峰型的变化规律,冬季的峰值出现在15:00,而其他3个季节的峰值则出现在17:00左右.研究显示,WRF模式的模拟结果可以较好地反映混合层平均风速的基本特征,利用WRF模式模拟的结果计算得到的河谷地形的通风系数较为合理,不同季节的通风系数差异较大.      

贵州高原起伏地形下太阳直接辐射的精细分布

太阳直接辐射是太阳总辐射的重要组成部分。论文在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对起伏地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以起伏地形下天文辐射为起始数据的起伏地形下太阳直接辐射的分布式模型。应用100m×100m分辨率的DEM数据,1960~2000年贵州高原及周边102个气象站常规气象要素观测资料,10个气象站的太阳辐射资料,计算了贵州高原起伏地形下各月及年太阳直接辐射精细空间分布。结果表明：①坡度、坡向、地形遮蔽对太阳直接辐射的影响较大,由于局地地形因子的影响,起伏地形下太阳直接辐射的空间分布具有明显的地域分布特征,纬向分布不明显,局地地形对太阳直接辐射的影响是不容忽视的;②贵州高原起伏地形下太阳直接辐射年总量、1月、7月大部分地区分别介于1 046~1 700、31~90、156~205MJ/m²;③季节不同,局地地形因子对起伏地形下太阳直接辐射空间分布的影响不同,冬半年大于夏半年;随坡度的增大,局地地形因子的作用增大。     

陕西省山地日照时间的空间分布特征

基于100 m×100 m分辨率的DEM数据,根据太阳光线与起伏地形之间的几何关系,全面考虑坡度、坡向、地形遮蔽等地形因子对可照时间的影响,通过数值模拟,确定山区可照时间计算模型;同时利用常规气象站资料考虑大气对日照时间的影响,建立陕西省山区日照时间估算模型。采用交叉验证和个例年分析法进行模型验证,模型的精度和稳定性均较好。通过模型计算陕西省100 m×100 m分辨率各月可照时间、气候平均日照时间的空间分布。结果表明:局地地形对日照时间空间分布影响比较明显,山区可照时间与同纬度平地相比明显差异,表现出可照时间的非地带性分布特征;尤以冬季地形作用最显著;夏季影响最弱;同时年日照时间呈现出北高南低的空间分布特征,但局地地形因子的影响依然存在。最后详细探讨了坡度、坡向、地形遮蔽等因子对山区日照时间的局地影响规律。