2018年秋冬季长江三角洲区域PM2.5污染来源数值研究

使用WRF-Chem和WRF-FLEXPART模式定量研究了2018年秋冬季,尤其是在明显冷空气影响时的长江三角洲PM_2.5来源贡献.结果表明：2018年秋冬季长江三角洲以外的跨区域输送对长江三角洲PM_2.5的贡献占15.9%,长江三角洲内部排放贡献占84.1%,长江三角洲区域内部排放及污染相互传输的影响比长江三角洲外跨区域输送的影响更为显著.而在冷空气影响时段中,跨区域输送对长江三角洲PM_2.5的贡献率为33.1%,约为整个秋冬季长江三角洲外部跨区域平均输送贡献率的2倍,输送影响更为明显;输送对长江三角洲三省一市的贡献为46.2%~56.2%,其中跨区域输送的贡献10.2%~38.6%,也明显大于各自秋冬季的平均水平.在冷空气影响时段,长江三角洲四座重点城市（上海、合肥、南京、杭州）的污染潜在输送路径主要以中东路为主;上海、南京受到长江三角洲以外的污染潜在贡献较多,超过30%;杭州受到长江三角洲以外的污染潜在贡献较少,为16.1%.     

基于走航观测的长江三角洲地区大气污染特征及来源追踪

为了加强对长江三角洲地区大气污染分布特征和输送规律的认识,利用移动车载设备开展了不定期的走航观测,重点研究了2016-2018年冬季灰霾污染和春季光化学污染条件下长江三角洲地区的大气污染特征.结果表明,走航观测期间长江三角洲地区PM_2.5日均浓度为60~122 μg/m³,东部的常州、无锡一带,西部的合肥、芜湖地区,北部蚌埠、滁州一带,南部湖州、杭州地区的PM_2.5浓度较高,比其他地区高出20%~40%.O₃日均浓度水平为9~52 μg/m³,苏州、盐城、宣城与湖州地区浓度相对较高.运用FLEXPART_WRF模式,结合PM_2.5排放清单,分析了走航观测期间长江三角洲地区及沿线城市PM_2.5的潜在来源.结果发现,东风条件下,南通及上海地区为PM_2.5的潜在源区,北风条件下,连云港、盐城等地区贡献较大.运用FLEXPART前向轨迹计算模块,对一次污染个例过程进行了模拟,并利用走航观测结果进行了验证,发现模拟结果与走航观测结果的相关系数达到0.9.可见,长江三角洲地区存在区域性的PM_2.5和O₃污染,走航观测结合轨迹分析是追踪污染气团输送的有效手段.     

中国区域HCFC-142b排放量模式反演研究

利用拉格朗日粒子扩散模式FLEXPART结合上甸子区域本底站在线观测HCFC-142b数据,采取自上而下的反演方法,估算了2009和2010年中国HCFC-142b的排放量分别为10.82kt/a和15.42kt/a,分别占全球HCFC-142b排放量的29.7%和45.8%.反演HCFC-142b排放量的空间分布结果显示其排放源主要集中在京津冀、四川、山东西部以及长江中下游地区,与相关研究中自下而上方法获得的排放量分布一致.模式反演源较先验源更接近观测数据,2009年相关系数从0.38提高到0.47,2010年相关系数则从0.60提高到0.65.     

利用FLEXPART模式反演中国区域SF6排放量

六氟化硫(SF_6)是一种长寿命卤代温室气体,被列为《京都议定书》限排物种.随着经济高速发展,中国的SF6排放量受到世界各国的关注.采用传统的"自下而上"清单方法估算SF6排放量时,所需排放因子、活动水平数据的准确性和时效性存在较大局限.因此,本文利用拉格朗日粒子扩散模式FLEXPART,结合2009年北京上甸子区域大气本底站SF6浓度观测资料,尝试建立中国区域SF6排放量的反演方法.结果表明,初步反演的2009年中国区域SF6排放量为1.25×103(0.53×103~1.97×103)t·a-1,与文献结果相当,源排放量的不确定性从1.05×103t·a-1减小到0.72×103t·a-1.与先验源相比,反演源的相关系数从0.37提高到0.43,均方根误差减小了2.64%.     

2018年秋冬季长江三角洲区域PM2.5污染来源数值研究

使用WRF-Chem和WRF-FLEXPART模式定量研究了2018年秋冬季,尤其是在明显冷空气影响时的长江三角洲PM_2.5来源贡献.结果表明：2018年秋冬季长江三角洲以外的跨区域输送对长江三角洲PM_2.5的贡献占15.9%,长江三角洲内部排放贡献占84.1%,长江三角洲区域内部排放及污染相互传输的影响比长江三角洲外跨区域输送的影响更为显著.而在冷空气影响时段中,跨区域输送对长江三角洲PM_2.5的贡献率为33.1%,约为整个秋冬季长江三角洲外部跨区域平均输送贡献率的2倍,输送影响更为明显;输送对长江三角洲三省一市的贡献为46.2%~56.2%,其中跨区域输送的贡献10.2%~38.6%,也明显大于各自秋冬季的平均水平.在冷空气影响时段,长江三角洲四座重点城市（上海、合肥、南京、杭州）的污染潜在输送路径主要以中东路为主;上海、南京受到长江三角洲以外的污染潜在贡献较多,超过30%;杭州受到长江三角洲以外的污染潜在贡献较少,为16.1%.     

汤加火山喷发SO2全球传输扩散态势模拟研究

针对2022年1月汤加火山喷发SO₂全球扩散态势,采用拉格朗日粒子扩散模式(FLEXPART),基于卫星监测信息对SO₂源项进行评估和设计,在此基础上开展数值模拟(截至2022年2月20日).结果表明,火山喷发初期模式对SO₂南北扩散范围模拟偏窄,但随着时间演变与观测呈现逐渐吻合趋势;SO₂主体位于南半球,向西传输区域主要位于0～30°S纬度带,最大传输速度约22.5°/d,在研究时段跨赤道传输作用弱,对北半球和我国影响小;SO₂在西向传输过程中总体保持前高后低倾斜态势,传输最快高度和向上扩散最大高度分别位于27km和31km左右;截至2月20日,SO₂累积地面沉降已扩展至60°N以南全球大部分区域,主要区域位于0～50°S纬度带,沉降最强地区位于澳大利亚东部、汤加火山西北部和南美洲南部.研究结果可为汤加火山气候效应评估提供数据支撑和思路借鉴.     

影响上海PM2.5污染不同源地和路径的数值模拟

对2014~2017年上海出现的PM_2.5中度及以上污染过程的地面形势进行分析,发现上海出现PM_2.5中度及以上污染的地面形势场主要可分为输送型、静稳型和叠加型3种类型,其中输送型是影响上海市PM_2.5中度及以上污染的主要天气形势,占比45.8%.通过选取典型个例,分析了3类污染天气型气象成因和维持机制.并利用WRF驱动FLEXPART模式,结合排放源清单,探讨不同污染天气型下影响上海的主要污染物来源：输送型污染有3条影响上海的主要污染传输通道,分别为东路（东海海面）、中路（江苏沿海）和西路（安徽-苏南）,主要时段在污染前1d;静稳型污染影响上海的潜在污染源区集中在上海及周边地区;叠加型污染既存在明显污染输送通道,也有明显的上海及周边潜在污染贡献区域.     

一种快速定量估计大气污染物来源的方法

定量估计目标区域大气污染物源区的时空分布对有效应对空气污染具有重要的支撑作用.本文利用FLEXPART拉格朗日粒子扩散模式、WRF模式和清华大学MEIC人为排放源清单,建立了一种基于气象条件和人为源排放清单的快速定量估计大气污染物源区时空分布的方法,并以上海地区2015年12月22—23日一次污染过程为例,确定了目标区域和目标时段的污染物来源分布.与WRF-Chem模式人为排放源"清零试验"结果的对比分析结果表明,本定量估计的结果尽管在数值存在一定偏差,但在时间和空间分布上具有良好的一致性.研究表明,本文提供了一种快速并较为准确的定量估计目标区域大气污染物源区时空分布的方法.     

北京地区FLEXPART模式适用性初步研究

FLEXPART是挪威大气研究所开发的拉格朗日粒子扩散模式.为客观地评价该模式在北京地区的适用性,以北京上甸子大气本底站为例,模拟了CO浓度变化及其源区分布特征,并与该站实测CO浓度和2006年排放源清单进行了比对.结果表明:①模式模拟的CO浓度变化趋势可以较好地反映上甸子地区CO浓度的日变化规律,CO浓度的模拟值与实测值的相关系数在春夏两季分别达到0.42和0.41;②春夏两季北京市污染气团主要源地分布在西-西南和西西南-南-南南东扇区,模式结果较好地体现了北京及周边地区CO源区的分布特征.初步研究表明,FLEXPART模式在北京地区是基本适用的.     

Numerical study of the effects of local atmospheric circulations on a pollution event over Beijing-Tianjin-Hebei, China

Currently, the Chinese central government is considering plans to build a trilateral economic sphere in the Bohai Bay area, including Beijing, Tianjin and Hebei(BTH), where haze pollution frequently occurs. To achieve sustainable development, it is necessary to understand the physical mechanism of the haze pollution there. Therefore, the pollutant transport mechanisms of a haze event over the BTH region from 23 to 24 September 2011 were studied using the Weather Research and Forecasting model and the FLEXible-PARTicle dispersion model to understand the effects of the local atmospheric circulations and atmospheric boundary layer structure. Results suggested that the penetration by sea-breeze could strengthen the vertical dispersion by lifting up the planetary boundary layer height(PBLH) and carry the local pollutants to the downstream areas; in the early night, two elevated pollution layers(EPLs) may be generated over the mountain areas: the pollutants in the upper EPL at the altitude of 2–2.5 km were favored to disperse by long-range transport, while the lower EPL at the altitude of 1 km may serve as a reservoir, and the pollutants there could be transported downward and contribute to the surface air pollution.The intensity of the sea–land and mountain–valley breeze circulations played an important role in the vertical transport and distribution of pollutants. It was also found that the diurnal evolution of the PBLH is important for the vertical dispersion of the pollutants,which is strongly affected by the local atmospheric circulations and the distribution of urban areas.