天津大气污染物日变化特征的WRF-Chem 数值模拟

利用大气化学完全耦合模式WRF-Chem 对天津市环境空气中特征污染物CO、NO_x、O₃、PM2.5 的时间变化规律和空间分布特征进行了数值模拟研究,并与实际观测资料进行了对比.结果表明,天津市CO、NO_x、O₃、PM_2.5 具有明显的时空变化特征:O₃ 浓度在中午出现最高值,夜间浓度较低;NO_x、O₃、PM_2.5 在晚上和清晨出现高浓度,午后至傍晚浓度较低.O₃ 在空间分布上表现为中午市区比郊区浓度高,夜间郊区浓度高.其他污染物则均表现为市区浓度高于郊区.在当日东北风情况下,周边地区对天津市污染的影响较小,4 类污染物主要是受本地源的影响.     

天津城市热岛及其对污染物扩散影响的数值模拟

城市热岛直接影响城市风场结构和污染物扩散路径,以能量平衡模式得到的地面温度作为下边界条件、中尺度气象模式MM5作初始场和侧边界条件,建立了天津市500 m的细网格城市边界层模式并用其研究天津市秋季热岛及其对污染物扩散的影响.结果表明,模式可以较好地模拟城市热岛现象,地面温度日变化规律及近地层的温度廓线与实际观测值较一致,能够反映夜间出现的逆温.模式成功地再现了城市温度场和流场的三维结构,结果表明17:00时热岛强度在地面最强,到300m存在个别的弱热岛中心,500m高度城郊不存在温度差异;地面高温中心有一个弱的辐合中心,直接影响污染物在城区的扩散,模拟的污染物浓度在地面较低,150～300 m高度最大.该研究结果可为了解天津地区局地气候的形成、污染物的扩散及城市规划提供参考和帮助.     

天津市近地层PM2．5的垂直分布特征

大气细颗粒物PM2.5是导致城市能见度降低的重要原因之一,研究低层大气细颗粒物的垂直分布特征,利于了解边界层内污染物的大气物理化学反应机制,能为大气污染综合治理决策提供新的科学数据.2006年8月16日-2007年8月31日期间以天津市255 m气象塔为观测平台,分别在40 m、120 m和220 m 3个不同高度进行大气污染物PM2.5质量浓度和气象要素的同步观测.对观测资料的分析表明:PM2.5质量浓度季节变化规律非常明显,冬季最高,春季最低.PM2.5日变化特征非常明显,呈明显的双峰变化规律:冬季峰值最大、春季最小.边界层内PM2.5质量浓度在各个高度存在明显差异,受逆温层影响,四个季节的早晨第一个峰值出现时间随高度增加均存在滞后现象,PM2.5从地面扩散到220 m大约需要2 h.各个观测高度PM2.5质量浓度随风向变化不大,得到天津市细粒子主要是由本地源生成的结论.     

天津市春季气溶胶消光特征和辐射效应的数值模拟

根据GRIMM气溶胶粒谱分析仪对粒子数浓度在线观测资料,拟合了天津市春季霾日和非霾日的气溶胶粒子谱分布,结合同期气溶胶样品化学组分分析结果,利用米散射理论计算分析霾日和非霾日气溶胶消光特征.在此基础上,对辐射传输模式LOWTRAN7中气溶胶光学参量进行了修正,利用修正后的模式模拟霾日和非霾日的地面辐射通量密度.结果表明,观测期间非霾日气溶胶消光系数平均为0.253km-1,散射系数平均为0.213km-1.霾日气溶胶消光系数平均为0.767km-1,散射系数平均为0.665km-1.对比模式计算的辐射通量密度与观测值,表明短波辐射模拟效果较好.