基于CLM4.5的河北省土壤风蚀尘释尘量模拟研究

发布时间：2020-05-28 12:01

【摘要】：随着社会经济的不断发展,我国大气污染问题日益严重。目前,河北省已成为大气污染最为严重的地区之一。研究表明,土壤风蚀尘对大气污染物PM10的贡献率通常在20%～60%之间,是大气污染物的主要组分之一。土壤风蚀起尘不但造成大气污染,还破坏了土壤内部结构,造成土壤物质流失,加剧了地区的荒漠化。悬浮在大气中的土壤风蚀尘,不但危害人体健康,还改变地面大气辐射平衡和气溶胶的酸碱度,对硫酸盐和硝酸盐的输送和沉降有着重要的影响;长距离输送而注入海洋的土壤风蚀尘因为富含营养物质而影响了海洋的生物地球化学过程和生物量,可能引起全球气候系统和生态系统的变化。土壤风蚀尘引起的一系列环境问题,使很多学者开始关注土壤风蚀尘的释尘量研究。在风沙物理学理论支持下,一些学者通过室内风洞实验和野外定点观测,提出了很多半机理模型,定量模拟土壤风蚀尘的释尘量。这些模型都能模拟出土壤风蚀尘释放的时空分布特征,但不同模型模拟出的土壤风蚀尘的释尘通量却差异显著,甚至达到几个数量级,所以土壤风蚀尘模型仍需更多的区域验证,尽可能多的把地面大气状况、植被覆盖、土壤特性等参数考虑进去,以进一步改善模拟性能。所以本研究应用CLM4.5 土壤风蚀尘模型为基础,以河北省为研究区域,模拟了2013年河北省土壤风蚀尘PM10的释尘量。本研究基于CLM4.5 土壤风蚀尘模型,运用遥感数据、地面气象监测数据、陆面数据同化系统(CLDAS)和陆表特征参量产品(GLASS)数据,建立包含土壤湿度、风速、裸露土壤的比例等模拟土壤风蚀尘释尘量的参数体系;然后运用修正的CLM4.5 土壤风蚀尘模型,对2013年河北省的土壤风蚀尘PM10的释尘量进行模拟估算:2013年河北省全年土壤风蚀尘PM10的释尘通量为1.02 t/hm2,全年共向大气中释放PM101925.76万吨。研究结果显示2013年河北省土壤风蚀尘PM10的释尘通量春季最高,夏季最低,呈现春高夏低的明显季节变化规律。按照全省自然区域统计,释尘量最高的为沧州滨海平原,最低的为冀北山地,呈现明显的地区差异。说明CLM4.5 土壤风蚀尘模型能够很好的模拟河北省土壤风蚀尘PM10排放的时空差异。为了验证模拟结果的准确性,本研究将CLM4.5 土壤风蚀尘模型模拟的河北省2013年的土壤风蚀尘PM10的释尘量与不同模型模拟的相同区域的土壤风蚀尘PM10的释尘量对比分析,对比结果显示本研究的研究结果与郭俊的研究结果一致,说明CLM4.5 土壤风蚀尘模型能够较好的模拟河北区域土壤风蚀尘PM10的释尘量。最后,本研究将土壤风蚀尘PM10的年均释尘量与土壤湿度、风速、裸露土壤的比例这三种影响因素的年均值进行回归分析,确定对土壤风蚀尘PM10释尘通量影响的敏感因素,为防治土壤风蚀尘的发生提供参考。
【图文】：

2-1 地表土壤粒子所受的空气拖拽力、重力和颗粒之间的粘结随微粒尺度的变化(引自邵亚平,2004)出了无量纲化系数等于 ，， 等于 ， 等于 ，， 等于 这种特定的参数下，空气拖拽力、重力和径的变化趋势。空气拖拽力、重力和颗粒间的粘合力这三种力小，其中空气拖拽力、重力比颗粒间的粘合力减小的程度更大颗粒来说，颗粒间的粘合力起主导作用，因而不会被空气动力于粒径位于 到 之间的中等颗粒，空气拖拽力 颗有可能被空气动力抬升到大气中。对于颗粒粒径大于 受的最大的力是重力，因而不能被空气动力抬升到大气中。两相流中粒子的受力流间的作用力包括重力、浮力、空气拖拽力、巴塞特力、表观
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S157.1

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本文编号：2685213