基于中尺度耦合模型哈尔滨市辖区空气污染特征研究

发布时间：2017-10-08 21:48

  本文关键词：基于中尺度耦合模型哈尔滨市辖区空气污染特征研究

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【摘要】：随着哈尔滨市社会经济的不断发展和居民生活质量的改善,哈尔滨市辖区化石能源消耗量及居民机动车保有量逐年上升,各类污染源排放到大气中的污染物增多,在污染物排放量的增加及特殊天气条件共同作用下,大气污染现象频发且多发于市辖区,周边地区秸秆焚烧的远距离传输同样影响哈市空气质量。因此分析哈尔滨市辖区空气质量状况,探究雾霾产生的原因,对污染物进行追踪溯源,根据未来哈尔滨市空气质量的要求确定污染源削减量是十分必要的。本研究选取WRF/CALPUFF/HYSPLIT耦合系统进行研究。首先根据模型工作原理及其对输入参数的要求,结合哈尔滨市辖区独特的地理及气象条件,确定模拟方案及模型相关参数。统计哈尔滨市辖区各类排放源的排放量数据,分析排放特征并确定哈尔滨市辖区大气污染源排放参数。使用WRF/CALPUFF耦合系统研究哈尔滨市辖区空气质量,将污染物模拟浓度与监测浓度进行对比,结果显示该耦合系统可以基本反映哈尔滨市辖区实际空气质量,SO2、NO2及PM2.5的模拟浓度与监测浓度相关性在0.8左右。利用该系统模拟哈尔滨市辖区采暖期和非采暖期内三种大气污染物质量浓度的时空分布情况,研究采暖期和非采暖期内不同气象条件对污染物扩散及空气质量的影响并进行污染源和区域浓度贡献分析,空气质量模拟结果显示,采暖期内,SO2、NO2、PM2.5平均浓度分别为126?g/m3、68?g/m3、123?g/m3,非采暖期内,SO2、NO2、PM2.5平均浓度分别为8?g/m3、68?g/m3、49?g/m3,道里区、平房区、南岗区对污染物浓度贡献排在前三位。气象方面,采暖期内平均风速小于2m/s,平均混合层高度为455m,大气以弱稳定(E)及稳定(F)为主,夜间混合层高度普遍小于200m,逆温层底高度在100m左右,不利于垂直方向空气流动,非采暖期大气以不稳定为主。采用WRF/CALPUFF/HYSPLIT耦合系统对2014年10月哈尔滨市辖区发生的一次严重雾霾天气进行模拟,对污染物进行溯源和追踪分析,结果显示高空污染物来自内蒙古,低空污染物来自于内蒙古和辽宁省。最后根据黑龙江省对未来三年空气质量的要求及模型模拟结果确定哈尔滨市辖区大气污染源减排量,为哈尔滨市辖区空气污染预警预报提供理论依据,模拟结果显示采暖期及严重雾霾期内当PM2.5浓度每降低100?g/m3时,需削减烟尘排放量分别为2.60万吨/年及2.86万吨/年。
【关键词】：WRF/CALPUFF/HYSPLIT 空气质量 轨迹模拟 减排量
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X51
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景10
• 1.2 课题研究目的及意义10-11
• 1.3 数值模式的发展11-13
• 1.3.1 第一代空气质量模型11-12
• 1.3.2 第二代空气质量模型12
• 1.3.3 第三代空气质量模型12-13
• 1.4 国内外空气质量模型研究现状13-17
• 1.4.1 模型的验证13-14
• 1.4.2 大气污染成因及来源解析14-15
• 1.4.3 控制策略的选择与优化15-16
• 1.4.4 重污染事件模拟研究16-17
• 1.5 课题研究内容和技术路线17-19
• 1.5.1 研究内容17
• 1.5.2 技术路线17-19
• 第2章 中尺度空气质量耦合系统19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 中尺度气象模式WRF19-23
• 2.2.1 WRF模式简介19-21
• 2.2.2 WRF模式流程及原理21-22
• 2.2.3 WRF模式模拟方案及参数设置22-23
• 2.3 空气质量模型CALPUFF23-29
• 2.3.1 CALPUFF模型简介24-25
• 2.3.2 CALPUFF模型流程及原理25-28
• 2.3.3 CALPUFF模型模拟方案及参数设置28-29
• 2.4 污染物输送轨迹模式HYSPLIT29-31
• 2.4.1 HYSPLIT模式简介29-30
• 2.4.2 HYSPLIT模式流程及原理30
• 2.4.3 HYSPLIT模式模拟方案及参数设置30-31
• 第3章 市辖区污染源排放量计算及排放源参数确定31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 大气污染源现状调查31-34
• 3.2.1 排放源分类31-32
• 3.2.2 污染物排放量统计32-33
• 3.2.3 污染源空间分布特征33-34
• 3.3 污染源参数设置34
• 3.4 污染物排放量确定方法34-38
• 3.4.1 点源排放量计算35-36
• 3.4.2 面源排放量计算36-37
• 3.4.3 线源排放量计算37-38
• 3.5 大气污染排放源参数的确定38-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 市辖区空气质量及气象条件模拟分析41-68
• 4.1 引言41
• 4.2 模拟效果检验41-45
• 4.2.1 模拟区域41-42
• 4.2.2 浓度模拟效果检验42-45
• 4.3 空气质量模拟结果分析45-47
• 4.3.1 SO2浓度模拟结果分析45-46
• 4.3.2 NO2浓度模拟结果分析46
• 4.3.3 PM2.5 浓度模拟结果分析46-47
• 4.4 气象条件对模拟结果分析47-61
• 4.4.1 风对污染物扩散的影响48-50
• 4.4.2 混合层高度对污染物扩散的影响50-54
• 4.4.3 热力学条件对污染物扩散的影响54-61
• 4.5 污染源及区域浓度贡献分析61-66
• 4.5.1 污染源浓度贡献分析62-63
• 4.5.2 区域浓度贡献63-66
• 4.6 本章小结66-68
• 第5章 严重雾霾天气数值模拟及预测研究68-87
• 5.1 引言68
• 5.2 浓度模拟结果分析68-71
• 5.3 气象因素对严重雾霾天气的影响71-80
• 5.3.1 温度对PM2.5浓度的影响71-73
• 5.3.2 相对湿度对PM2.5浓度的影响73-74
• 5.3.3 风对PM2.5浓度的影响74-77
• 5.3.4 混合层高度对PM2.5浓度的影响77-78
• 5.3.5 逆温对PM2.5浓度的影响78-80
• 5.4 严重雾霾天气前向和后向轨迹模拟80-83
• 5.5 中度污染以上天气烟尘减排量确定83-86
• 5.6 本章小结86-87
• 结论87-88
• 参考文献88-94
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果94-96
• 致谢96

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本文编号：996448