北京城区二氧化碳时空分布及湍流特征

发布时间：2020-07-12 18:27

【摘要】：本文利用2014年12月到2015年11月,北京325m观测塔上7层CO_2涡动相关测量系统的观测数据,在对数据质量控制和空缺值填补的基础上,分析了北京城区CO_2浓度和通量日变化、季节、年变化等时空分布特征,及CO_2浓度和通量与气象要素之间的关系。通过研究这些不间断且有代表意义的观测数据,能够更全面了解城市地气间CO_2交换的模态变化及人为因素对CO_2的影响程度。另外,CO_2作为被动标量,其湍流谱和方差相似性的研究,对研究城市边界层内湍流输送机制,了解、预测和缓解城市气候效应有重大意义。主要研究内容及结论如下:(1)用EddyPro数据处理与通量计算软件进行数据质量修正和质量控制,后期又对30 min湍流结果进行了空缺填补,得到2014年12月到2015年11月共365d的观测资料。(2)城市CO_2浓度和通量都有明显的日变化、月变化和季节变化特征,并伴随人类活动呈现周末效应和供暖效应等。北京城区是CO_2源,CO_2通量的日变化不如CO_2浓度日变化规律明显。随着高度变化,CO_2浓度和通量有着各自的变化规律,可以将其廓线拟合成一般公式。总体上看,CO_2浓度随高度的增加而减少;CO_2通量在47m以下为负,47m以上为正。通量在140m以下随高度的增加而增加;140m以上随高度的增加而减少。根据对二氧化碳时空分布的分析可知:边界层二氧化碳受到碳源、气象要素(温压湿风)、植被状况、大气稳定度等综合因素的影响。(3)除了人类活动影响外,CO_2浓度和通量与温度、湿度、风、大气压强等气象要素也存在一定的相关性。总体上,CO_2浓度和通量与气象要素的关系:同环境温度、水汽浓度呈负相关,同大气压强呈正相关。随风速的增大CO_2浓度和通量逐渐变小。CO_2浓度与风向的关系不明显,CO_2通量与冬季风向有一定的关系。(4)归一化速度谱和CO_2谱在惯性子区有-2/3的斜率,在低频区与稳定度参数(Z/L)有一定的关系。复杂地形的城市下垫面的湍流谱结构与平坦地形相比没有太大的实质性差异。(5)对于不稳定边界层,风速和温度的归一化标准差与稳定度之间基本满足局地相似关系;但是水汽浓度和CO_2在有些高度不符合1/3定律。稳定条件下,三维风速基本符合1/3定律。水汽浓度和CO_2与稳定度无关,为常数。湍流方差特征受观测地点、观测时间、下垫面粗糙度等影响。
【学位授予单位】：成都信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X51
【图文】：

示意图,观测系统,涡度,通量

一个世界上著名的超大城市。位于华平原，西北部为燕山、太行山山地。（39°58′ N，116°22′ E）位于中国科学胜门附近，海拔高度为 49m。建于 1群，反映的还是城郊非均匀下垫面的特现了许多高大建筑群，使气象塔周围地塔共建有 15 层观测平台，本文的研m、200m、280m 七层的开路涡动相关 Li7500A 和超声风温仪 Windmaster连续采集风速（u、v、w）、温度、C器安装在 2.5m 长的横臂上, 七层高度：6°（北偏东）、8°、4°、2°、2°、3°系统如图 2-1，经过前期的仪器校正、采集数据。利用涡动相关方法计算 3

示意图,二次,示意图,坐标旋转

较高的 AGC 值主要集中在冬季、秋2 的湍流数据。测过程中，实际观测条件并不理想。尤其在城市这该影响，国际上通常采用坐标旋转进行修正。坐为二次旋转、三次旋转、平面拟合等，本文采用次旋转是通过两次连续的坐标旋转将原始坐标系图 2-2 所示：分别绕 z 轴和 y 轴旋转两次，使得平63]。两次旋转角度分别为和。表达式如下：0011arctanarctanvuwu 64]给出的公式可以算出旋转后的通量。

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全年不同高度上CO2浓度和风频图

【参考文献】