松弛涡旋累积法获取细颗粒物湍流通量的实验研究

利用2018年12月27日-2019年1月8日山东省平原县大气环境实验站观测资料,基于近地面层各物理量湍流输送特征的相似性,以温度（T）作为代理变量,采用松弛涡旋累积法（The Relaxed Eddy Accumulation,REA）计算了重霾天气过程细颗粒物湍流通量,并给出了可信度验证.结果表明：实验观测期间,温度（T）、水汽（H₂O）、二氧化碳（CO₂）等不同物理量的REA法获取的湍流通量的经验系数b分别为b_T=0.56、b_H2O=0.56、b_CO2=0.56.经验系数b的中位数随归一化采样阈值H_REA的增大而逐渐减小;b值的离散性随H_REA的变化存在一个极小值;考虑到温度b值的离散性最小,建议选取温度作为代理变量.REA法计算的细颗粒物湍流通量结果与细颗粒物湍流通量测量装置的结果具有较好的一致性,说明采用代理变量的REA法适用于细颗粒物湍流通量的获取.     

内陆丘陵河谷地区小风条件下的大气扩散模拟研究

针对湖南中部丘陵河谷地区的气象特点,开展了小风条件下大气扩散的数值模拟研究,并与示踪实验结果进行比较.模拟采用美国EPA推荐的非稳态拉格朗日高斯烟团模式CALPUFF,以加密的地面气象观测资料、边界层垂直廓线观测资料和铁塔多层湍流观测资料作为模拟气象场的输入.中等风速和小风条件下的模拟结果表明:模式对地表类型及资料的分...     

突发性大气环境污染事件应急预警技术开发及应用

近年来,随着核电和化工产业在中国的大规模发展,突发性大气环境污染事件频发.为在该类事故发生后快速确定其危险程度和范围,研发了一套突发性大气环境污染事件应急预警系统.该系统由中尺度气象预报模式WRF、风场诊断模式CALMET、高斯烟团扩散模式CALPUFF 3部分组成.为验证该系统的准确性,用它模拟了2011年3月福岛核事故的影响情况.结果表明该系统可以精确模拟危险性气体的影响范围和时间.该系统对突发性、间歇性事故源排放模拟准确,可以快速预测事故发生后的浓度场变化,并且具有高时空分辨率、自动化等优越性.     

建筑扰动条件下大气流动与扩散的CFD模拟

用FLUENT模式对中性大气、单个建筑的气流扰动情况进行模拟,并以风洞试验数据检验模拟效果;将模拟方法应用于类似城市建筑阵列条件的大气污染扩散问题,并且与现场示踪试验比较. 结果表明:FLUENT对建筑扰动条件的平均风场模拟效果良好,FAC2(模拟值与试验值之比在0.5~2之间的比例)在水平与垂直风速下分别达到77.9%与61.0%;对湍流特征量的模拟偏差稍大,K(湍流动能)虽总体偏小,但FAC2仍达到了54.6%. 选择湍流闭合的标准K-ε(ε为湍流动能耗散率)方案、重整化群K-ε方案和雷诺应力模型方案对结果的影响均不大. 采用FLUENT模拟了类似城市街区建筑阵列条件的大气扩散个例, 模拟结果反映了建筑扰动导致的扩散烟流轴线相对于平均风向的非常规偏移,并且扩散浓度与示踪试验结果相符较好,下风向32与63m处的侧向模拟浓度峰值的相对误差分别为72.5%与36.9%. 相比于高斯模式ISC3,FLUENT对复杂建筑阵列条件的扩散模拟结果更符合实际,如污染物向上风向扩散以及在建筑物周围堆积与绕流的现象. FLUENT扩散模拟还显示:近源处相邻建筑街道峡谷中的最大浓度沿下风向“阶跃”式减小,排放源所在街道峡谷中的最大浓度可比相邻街谷中的高几倍甚至1个数量级以上.      

海南岛地区大气输送和扩散特征的数值模拟

采用中尺度气象模式WRF及风场诊断模式CALMET,结合轨迹分析和拉格朗日随机游走模拟方法,分析了海南岛地区低层大气中尺度水平输送和扩散特性,并计算了各季平均大气扩散模态.结果表明,该区域大气污染物的扩散和输送主要受到大尺度背景环流、海陆风等局地环流及地形绕流等的影响.海陆风局地环流是沿海城市源排放的大气污染物向海南本岛输送和扩散的主要机制.北部城市海口的大气扩散对岛内影响最大,冬季平均影响范围可覆盖西北半部;春、秋季主要影响西北和北部区域;夏季对本岛的影响仅限于北部沿岸.南部城市三亚的大气扩散对岛内影响较小,秋季向西南海面的扩散对本岛几乎没有影响;冬、春季对三亚以西沿岸的影响有所增加;夏季扩散影响全面指向岛内,并因地形的作用而东、西向大角度扩展,影响海岛南部的大部分沿岸地区.西北部昌江的平均输送扩散方向与当地海岸线的走向基本一致,污染影响不易深入到岛内.其中,秋季扩散影响以偏西南方向为主,仅对昌江西南部分海岸有少量影响;冬、春季扩散形态类似但影响范围扩大到以东方市为代表的低山盆地地带;海岛西北部大部分沿海地带可受到昌江夏季扩散的影响,但平均扩散方向指向东北偏北的海面.     

北京郊区农田夏季大气颗粒物质量和离子成分谱分布特征

农业活动是大气颗粒物的重要来源之一.为了研究北京郊区农田大气颗粒物质量和离子成分的分布,探讨其来源,本研究使用8级串联撞击式采样器MOUDI采集了2004年夏季北京远郊菜地的大气颗粒物样品,测量了0.18～18μm粒径段颗粒物质量和水溶性无机离子的粒径分布.细粒子的主要离子成分是SO₄^2-、NO₃^-和NH₄⁺,与温度、湿度和光照等条件相关,推测主要来自农田释放的NH₃与光化学生成的酸性物种的反应.细粒子中的K⁺可能来自植物的排放和生物质的燃烧.粗粒子中Ca²⁺、Mg²⁺、NO₃^-和SO₄^2-可能主要来自土壤颗粒物通过机械过程进入大气,以及其后酸性物种和土壤颗粒物表面的化学反应.研究结果表明,施用的化肥和土壤可能是决定农田大气中颗粒物的重要因素,北京远郊菜地对大气颗粒物可能有着重要的贡献.     

杭州湾地区核电厂大气中尺度扩散特征研究

采用拉格朗日随机粒子扩散模式和当地实际气象资料,模拟以秦山核电厂为排放源的大气污染物在杭州湾地区的中尺度扩散情况.对代表性年份(1996)各季中月整4个月模拟结果的分析表明,各季平均扩散输送特征受季节变化和当地海陆地形分布的影响明显.春夏季(4,7月)以溯杭州湾往偏西和偏北内陆方向的输送为主,冬秋季(1,10月)主要为向杭州湾南岸及外海诸方向的输送.区域平均扩散能力以春季(4月)为强,秋季(10月)较弱.污染物扩散输送出模拟区域的平均时间春季略小于15h,秋季约24h,冬夏季约20h.     

福建惠安沿海中尺度大气流动和扩散特征研究

采用拉格朗日随机粒子扩散模式和三维风场诊断模式以及实际气象观测资料,模拟分析了福建惠安核电厂所在沿海地区的大气流动和气载污染物的中尺度扩散情况。结果表明:①该区域低层大气的流动决定于各季盛行风背景、天气系统和局地海陆-山谷风环流系统的共同作用。②冬、春、秋季区域中尺度扩散总体沿西南海岸或偏西内陆方向,夏季总体沿东北海岸线方向进行。局地中尺度环流带来的向岸流和离岸流对具体扩散形态有重要影响。③污染物扩散输送出模拟区域的平均去除时间约为18～21h。污染物在200km×200km模拟区域内滞留24h以上的情况在各季分别可占1 4～1 3。