区域大气污染数值模拟方法研究

大气污染是一个区域性的环境污染问题,北京大气环境的质量与周边地区污染源的排放有密切关系.将气象模型高级区域预报系统(ARPS)与空气污染模型Models-3耦合进行模拟计算,从检验结果可以看出,模拟值与实测值有较好的一致性,表明该模式系统可以用来研究区域大气污染物传输及相互影响.模拟计算了2002年北京地区各季ρ(PM10)以及山西污染源对北京的贡献,结果表明,在特殊的天气条件下的典型时段,尤其是在西南风气流场控制下,山西污染源对北京空气质量有较大的影响.比较而言,夏季(8月)山西污染源的平均贡献率最大,约为15.44%;冬季(1月)最小,约为2.25%.表明控制北京大气污染不容忽视周边污染源的影响.      

北京边界层外来污染物输送通道

由京、津、冀气候站历史资料及激光雷达资料分析,在稳定天气条件下,北京市外来污染物各类尺度的输入通道流场分为边界层西南气流、东南气流和东风气流风带型,其中对形成北京输送汇风带的统计表明,西南风带汇发生频率占45%,东南风带汇占36%,东风风带汇占19%。输送通道是指空间和时间稳定性风带,是区域尺度、局地尺度的范围内相继出现的欧拉风场,且有多频率发生的特征。按城市间尺度流型可分为城市间东风、西南风、东南风输送通道。具有一定空间尺度和时间尺度的相继性、接续性输送特征,按配置的天气系统可分为大陆高压南部偏东风输送通道系统、海上高压后部东南风输送通道系统、河套倒槽前西南风输送通道系统、东北低槽前部偏南风输送通道系统等。3个风带流经地区恰好位于华北平原3个主要排放源群地区。      

基于WRF模型与气溶胶光学厚度的PM2.5近地面浓度卫星反演

为了反演高分辨率的PM_2.5近地面浓度,利用WRF(中尺度气象模型)模拟的大气相对湿度、风速、边界层高度等气象因子对AOD(气溶胶光学厚度)分别进行订正,以逐步提高AOD与近地面ρ(PM_2.5)间的相关性;分析不同反演模型的统计学特征,优选反演模型,并利用最优模型反演中国中东部地区2014年年均ρ(PM_2.5)的空间分布特征.结果表明:AOD经相对湿度订正后,其与近地面ρ(PM_2.5)的相关性显著提高,相关系数达到0.77;同时引入相对湿度、风速2个气象因子,AOD与近地面ρ(PM_2.5)的相关系数升至0.79(n=145,P<0.01);同时引入相对湿度、风速和边界层高度3个气象因子,AOD与近地面ρ(PM_2.5)的相关系数进一步升至0.80(n=145,P<0.01).模型反演表明,研究区域内ρ(PM_2.5)年均值大于35 μg/m3的面积高达334.49×104 km2,占研究区域面积的83.2%,并且高污染地区与人口密度高度重合.分析表明,北京、天津、河北、山东及河南等典型重污染省、直辖市分别有96.30%、100%、78.16%、98.86%、100%面积的ρ(PM_2.5)超标,分别约有99.97%、100%、96.41%、98.88%、100%人口生活在空气质量超标地区.      

基于细模态AOT的中国PM0.5时空分布特征

利用2006—2011年PARASOL卫星细模态AOT(aerosol optical thickness,气溶胶光学厚度)的观测值,探讨中国PM0.5浓度的时空分布特征,并对中国与全球PM0.5的空间分布进行对比分析.结果表明:细模态AOT高值出现在中国、非洲中部和南美洲,分别为0.5～1.0、0.4～0.9和0.4～0.6,反映出这些地区PM0.5污染严重.在中国范围内,细模态AOT高值区主要分布在6个区域,包括重庆市、四川省成都市及其周边地区,华北平原地区,湖北省和湖南省的两湖平原地区,广西壮族自治区,珠三角地区,陕西渭河平原以及山西汾河河谷地区,各区域细模态AOT最大值分别为1.1、0.9、1.0、1.0、1.1和0.8,这些PM0.5污染严重地区的分布与SO2、OC、VOC、NOx等的污染源及其排放强度分布特征相一致,并且PM0.5浓度呈逐年升高趋势.2006—2011年,冬、春季细模态AOT平均值升高了18.09%,而夏、秋季平均值升高了9.00%,表明冬、春季PM0.5浓度显著高于夏、秋季.细模态AOT的多年月均值变化表明,其较高值出现在1月、3月,分别为0.37、0.36,最低值(0.18)出现在8月.但在局部地区,如华北地区(115°E～125°E、33°N～42°N),细模态AOT表现为夏季高于冬季.主要原因是华北地区受夏季副热带高压以及太阳辐射的影响,加强了南方污染物的长距离输送以及大气光化学反应,致使该地区夏季PM0.5浓度增高.     

我国和东亚地区硫化物的大气输送研究——流场分型统计输送模式

提出了一种流场分型欧拉酸沉降输送模式,计算了1993年4月东亚地区硫氧化物平均浓度的时空分布以及我国各省区和东亚主要国家的硫沉降量?通过与实测资料对比,模式有较好的可信度,是一个计算硫氧化物长期平均浓度和硫沉降的简便?实用的酸沉降输送模式?      

珠江三角洲地区大气中的粒子污染

从珠江三角洲地区航测发现,直径小于1μm的气溶胶粒子每毫升可达几万到几十万个,这类小粒子能沉积在肺泡中,对人的健康危害较大,而它们对能见度影响较小。这类细粒子的来源,除排放源以外,气态污染物的转化也是细粒子二次污染的重要来源。野外烟雾箱模拟实验表明,珠江三角洲二氧化硫转化率最高达12.7%/小时,影响SO₂转化的因素是SO₂起始浓度、相对湿度和光照强度。经估算,珠江三角洲地区现有火电站与拟建火电站所排放的SO₂经转化,单是形成的硫酸盐细粒子(≤1μm)污染浓度,约为每毫升几万个,这是一个不容忽视的问题。对广州城市大气污染物有机无机成分的分析表明,就对人体健康而言,广州市气溶胶中有机成分的污染占主导地位。      

北京地区一次重污染过程的大尺度天气型分析

对北京2000年11月的一次PM₁₀重污染过程进行分析,以期进行造成PM₁₀质量浓度增量的天气型诊断.结果表明:最不利于污染扩散的气象形势对应着PM₁₀质量浓度增量最大,而不一定是PM₁₀质量浓度达到最高的环境背景场;PM₁₀质量浓度的峰值是逐步累积而成的.提出定义PM₁₀质量浓度从谷值逐日累积到峰值而后重新下降到谷值的状态为一次环境污染过程.根据环境过程与天气型的诊断分析结果认为,PM₁₀质量浓度变化与天气形势演变有较好的对应关系.PM₁₀质量浓度在上升、达到峰值和下降阶段对应的天气形势分别为持续数日的大陆高压均压场、相继出现的低压均压区及锋后的高气压梯度场,其中持续存在的大陆高压均压场是造成重污染浓度累积的主要背景场.      

我国环境生态系统演变趋势

本文在对气候变化与环境生态系统现状进行了广泛调查的基础上，结合国内学者的研究，对近五年我国生环境生态系统的演变趋势作了系统的回顾，并提出了保护我国生态系统的对策。     

中距离垂直扩散参数的一个估算方法

本文按照行星边界层(PBL)内局地湍流特性相似的假设和因此分析原理,应用合适的垂直涡旋扩散系数k的统计形式以及埃克曼螺线的风速廓线,通过数值分析,导出了100km范围内既适用于平坦均匀地形又适用于复杂地形的垂直扩散型。其结果与实测资料有较好的一致性。     

要关注大气污染带来的长期环境灾难

温室问题是一个十分重要的全球环境问题。它是由于人类活动产生的微量气体污染物进入大气引起的。这类污染物中包括一些二氧化碳和一定量的其它气体(CH₄·N₂O·O₃和CFC)改变了大气中的热比例,从而引起大气温度升高。这种现象通常称为“温室效应”。由于CO2成倍的累积结果,到下一个世纪的中叶,地球表面的温度将增长1.5℃~4.5℃。这种增温趋势对中国地区来说,应该引起重视。