城市大气环境数值技术的集成、改进和应用研究

发布时间：2020-08-27 09:30

【摘要】：本文以新一代空气质量模式CMAQ为工具,采用动力统计相结合的CMAQ-MOS方法和污染源“Nudging”修正技术,实现对城市排放源清单的更新,修正空气污染数值模拟与预报偏差:集成了MM5_UCP-CMAQ城市大气环境数值模拟系统,研究城市冠层特殊的下垫面和建筑群对边界层大气的动力热力效应,以及对污染物分布及其物理化学过程的影响;基于国家级业务平台和巨型计算机建立了中国区域的城市空气质量数值业务预报系统,主要研究内容如下: (1) 以北京和周边城市为对象,研究城市尺度和区域尺度大气污染的时空变化特征,提出CMAQ-MOS动力统计相结合的空气质量预报方法,进行城市空气质量预报试验和检验。结果表明CMAQ-MOS方法明显修正了由于排放源清单的非客观性产生的模式预报偏差,提高了预报效果。 (2) 提出污染源“Nudging”修正模型,进行城市SO_2、NO_x排放强度的“Nudging”修正试验,讨论了“Nudging”试验的收敛条件和误差因子,并进行了北京SO_2和CO逐小时排放的“Nudging”修正试验。检验结果表明“Nudging”修正技术显著改进了城市污染物的浓度预报和趋势预报效果,具有较高的可信度和应用价值。 (3) 分析比较了中国三大经济圈的区域污染特征,利用“Nudging”修正源结果模拟了北京和上海不同季节的污染物浓度,在此基础上计算本地和周边污染源对北京和上海大气污染的贡献。 (4) 集成城市冠层大气环境数值模拟系统MM5_UCP-CMAQ,研究了冬夏季北京边界层大气的动力热力效应,以及对污染物分布、变化及物理化学过程的影响。发现城市冠层特殊的动力热力作用使城区的温度升高,风速减小,湍流动能增强,形成明显的增温区、阻风区和湍能增强区,改变了城市大气污染的物理化学过程,尤其阻风效应明显增强了城区的污染物浓度,形成污染物的多尺度堆积。 (5) 将CMAQ模式移植到国家气象局IBM巨型计算机上,结合CMAQ-MOS技术和污染源“Nudging”修正成果,基于国家气象中心数值业务,建立了CMAQ城市空气质量数值业务预报系统。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：X823
【图文】：

模块组成,模式,排放源

M田Pps(EmissionProjeetionnadPoreessingsystem)，目前进一步开发了和天气预报模式wR卫以及排放源模式sMo跳(sparseM翻xoperoatrKe角el枷ission)的接口，作为MoDELs一3的核心，cMAQ具有先进的动力框架，完善的化学机制，科学的参数化方案，被认为是目前最先进的空气污染数值模式之一。3.1CMAQ模式组成cMAQ模式由6个模块组成(图2.10)，核心是化学传输模块CCTM。CION和BCON为CCTM提供污染物初始场和边界场，PJORC计算光化学分解率，MCPI是气象模式MMS和CCTM的接口，为CCTM提供气象驱动场，ECPI是MEPPS和CCTM的接口，为CCTM提供污染源排放清单，目前EpA推荐用排放源模式SMOKE代替ECIP和州旧PPS。此外CMAQ还包括两个后处理模块RPOCAN和AGGREGATION，前者用于对物理过程和化学过程的诊断分析，后者用于估算或预测排放源或污染物的季节和年际平均场。cMAQ模块化的结构便于修改和维护，接受更多的数据来源。.----一~~一~~~-.，

模式预报,污染物,河北,基本对应

琴获河北尸、dJ7‘西尹盆沪rJ、，了欣西390400380370山东何南000户045，j3几」330Leeesj灵之乞、一-一一一--一-之乙一1080110011201140116011801200122012401260(E)图2.11cMAQ模式华北业务化预报区域图2.12为cMAQ模式预报的2004年2月13日华北地区50:和NO:的日平均浓度分布，对比发现两种污染物的高值中心基本对应，反映出京津唐地区与山西一河北，以及与山东半岛的污染物通道，构成华北地区污染物呈东南一西北向，相互联系、相互影响的带状分布。华北地区北京和周边城市的502、NO:预报浓度值具有一定可信度，cMAQ模式能够预报污染物的分布形势，具有应用价值与多尺度研究意义。

指数,API指数,滑动相关系数,信度检验

况对比;(e)eMAQ一0--51、(d)CMAQ一MosesZ预报的NoZ的API指数分别与CMAQ(放大2倍)和实况对比(阴影表示预报结果和实况的偏差，深色为正，浅色为负)图2.16CMAQ一MOS_1和CMAQ一MoS夕试验结果与观测值的滑动相关系数(a)502;(b)NO:(虚线为90%的信度检验)

【参考文献】