山东省及周边地区霾的气候特征分析与数值模拟研究

发布时间：2017-12-25 12:25

  本文关键词：山东省及周边地区霾的气候特征分析与数值模拟研究　出处：《南京信息工程大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 山东省 霾 气候趋势 PM_(2.5) 数值模拟 气象条件 边界层方案

【摘要】：近几十年来,随着城市化、工业化进程的发展,山东省及其周边地区的大气污染日益严重。作为中国东部的沿海大省,其北邻京津冀、南接长三角的重要地理位置也使其成为霾现象研究的重要区域。本文从霾的气候统计和数值模拟方面,综合分析了山东及周边地区霾的特征。首先,为了研究不同霾日判别标准对山东霾日演变的适用性,利用山东全省74个气象站1980-2013年的地面观测资料和2013年PM3.5观测资料,采用日均值、14时、任意时次、及2010年标准(将PM2.5资料引入)的霾日的判别方法对山东地区的霾日演变进行了对比分析。结果表明,各标准计算的霾日平均相对湿度阈值均低于71%。制定霾日判别标准时,内陆站与沿海站的相对湿度标准可以不同。日均值法是在统计山东长期霾日气候特征中较适中的方法。其次,采用判别霾的日均值方法,基于山东省80个气象站53年(1961-2013)的观测资料分析,利用多种统计方法分析了近53年来山东省霾日季节性的年际、年代际长期变化及空间分布规律。结果表明,山东由上个世纪明显的冬季霾高发的典型季节性特征演变为本世纪模糊的季节差异,即霾多发时段随年际增长逐渐由冬季蔓延至秋季,夏季和春季。山东省霾日年际变化趋势以夏季增长率最高,大部分地区的年际增长率都在4.5%·a-1以上,其次是秋季、春季霾日年际变化趋势,冬季霾日年际变化趋势普遍增长率最低,且大部分地区的变化率值为1.5%.a-1以上。山东省霾季节性特征具有年代际模糊的变异特征。数值模拟研究方面,首先利用Weather Research and Forecasting/Chemistry (WRF/Chem)空气质量模式模拟研究了山东地区2月21-26日期间霾过程中PM2.5的浓度,并从模拟结果评估、分布及演变特征、与气象条件的关系等方面分析了PM2.5的模拟特征。结果表明,山东PM3.5积聚期间多为弱的偏南风控制,消散阶段受西北风控制,当京津冀一带同时存在更为严重的PM2.5污染时,西北冷空气的平流输送使得山东部分地区的PM3.5浓度在完全削弱前又出现了一个高峰值。模拟效果的评估结果是：鲁南最好、然后是半岛,鲁中、鲁西北地区较差。污染期间山东全省平均PM2.5的模拟浓度为125μg·m-3,伴随着地面3.0m/s的低风速、370m低边界层高度和70%左右的相对湿度,其中PM2.5的模拟值受边界层高度的影响最大。边界层方案对于描述PM3.5白天与夜间的变化存在一定局限性。因此,为了研究边界层方案对于PM2.5浓度的模拟影响,选取了YSU、MYJ和Boulac三种边界层方案对同一污染过程中京津冀地区PM2.5浓度进行了模拟。结果表明,三种边界层方案对于PM2.5的日际变化趋势均具有较好的指导意义,霾过程中Boulac、YSU、与MYJ方案的PM3.5区域模拟平均值分别为174.4μg·m-3,182.4μg·m-3和176.9μg·m-3,差异不超过5%。就各指标综合分析这次污染过程发现,Boulac方案总体来说模拟效果最好,其次是YSU和MYJ方案。模式对于PM2.5浓度日变化的模拟并不如其日际变化效果好。三种边界层方案对于污染与清洁天气下湍流扩散值区分度不够,是造成两种天气过程中PM2.5浓度的模拟误差之一,因此改进大气边界层方案是提高空气质量模拟和预报的关键问题之一。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X513
，

本文编号：1332827