基于WRF-Chem的近海地区气载污染物迁移扩散规律的研究

作     者：郑娟 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王汉青

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 

主      题：WRF-Chem 气载污染物 海陆风 后向轨迹分析 大气污染 

摘      要：随着我国近海地区经济的迅猛发展,现代化和工业化进程加速,大气污染已经成为近海地区最主要的环境问题之一。党的二十大报告提出,要深入推进环境污染治理,加强污染物协同控制,持续深入打好蓝天保卫战。“十四五时期,我国工业绿色发展以实现细颗粒物(PM2.5)和臭氧(03)的协同治理为目标,近海地区地形和气候环境复杂,工业发展迅速,易受到PM2.5和O3等气载污染物的污染,海陆风环流与大气污染联系密切,海风和陆风均对空气中大气污染物的扩散产生一定的影响,从而影响空气质量。为改善近海地区的空气质量,重视空气污染问题,气候条件对气载污染物的浓度分布影响成为近年来学者们关注的热点。因此,本文选取近海地区某市为研究区域,利用WRF-Chem空气质量模式对该地区气载污染物的迁移扩散规律进行研究,并利用HYSPLIT后向轨迹模式进一步分析气载污染物的来源,主要结果如下:(1)采用WRF-Chem空气质量模式中YSU、MYJ、MYNN2和BL四种边界层方案对研究区域近地层不同高度处的风速进行模拟,通过与实际观测值对比验证,选定模拟最优物理方案,即YSU边界层方案;基于物理方案加入RADM2气相化学机制和MADE/SORGAM气溶胶方案进行模拟,结果表明,WRF-Chem空气质量模式可以较好的还原PM2.5、PM10和O3的浓度分布规律,验证了 WRF-Chem空气质量模式对于本文所选研究区域模拟的可行性。(2)对于研究区域风场进行分析,选取存在典型海陆风日的时段,结果表明:白天由于太阳辐射的增强,陆地升温比海平面速度快,海陆热力性质差异明显,出现主导风向为西南方向的海风;随着夜间太阳辐射的消失,海平面温度高于陆地,陆风逐渐形成,产生东北方向由陆地吹向海面的陆风。(3)对于海陆风对气载污染物的浓度分布影响,海陆风对PM2.5和PM10分布的影响规律大致相同,海风会导致近海地区污染物的堆积,造成气载污染物浓度的高值区,降低空气质量;陆风则对这两类气载污染物存在稀释扩散的作用,减少污染物的聚集,进而提高空气质量。但就O3而言,由于O3自身的性质特殊,O3为非直接生成的二次污染物,它是大气层中氮氧化物和碳氢化合物等被太阳照射,发生光化学反应而形成的,故不论是海风还是陆风,均会造成内陆地区O3浓度的聚集,导致污染。(4)利用HYSPLIT后向轨迹模式对研究区域的气载污染物来源进行分析,研究表明,近海地区某市的污染物气团主要来自与海平面上空东北和西南两个方向,这两个方向的气团轨迹共同造成了研究区域的污染物聚集。本文创新点为采用WRF模式和Chem化学模式耦合的新一代空气质量模式WRF-Chem对近海地区海陆风对气载污染物的浓度分布影响进行研究。