NAQPMS+APM模式对北京冬季细粒子谱分布演变特征的数值模拟

利用包含详细微物理动力学机制的NAQPMS+APM(Nested Air Quality Prediction Modeling System with Advanced Particle Microphysics)模式,对北京城市大气2006年1月15日至2月13日期间的粒子数浓度谱分布进行了模拟,模式模拟结果合理,能够很好地再现北京城市大气细粒子的数浓度谱分布演变特征。分析表明,北京冬季大气新粒子形成事件频发,核化作用使核模态粒子数浓度急剧升高;污染累积时,积聚模态粒子数浓度显著增大,而核模态粒子数浓度很小,粒子谱分布向大粒子端移动;重污染期间,粒子微物理混合作用强烈,二次成分在一次粒子上的附着使一次粒子粒径显著增大,二次成分可使一次粒子粒径增大50%以上,积聚模态的二次粒子与一次粒子共同促进了污染的形成。在北京及其近周边区域,北京南部和河北南部一次粒子数量多,占据主导地位,而在河北北部二次粒子则占主导地位。     

基于RAMS/CFORS II模式一次低空核试验放射性烟云扩散的数值模拟

采用RAMS/CFORS II模式模拟了一次低空核试验烟云的传输和沉降过程。CFORS II模式是在RAMS/CFORS模式的基础上开发的,可用于对核试验放射性烟云长距离输送和沉降过程的模拟研究。模拟表明：对流层中低层的低压槽系统对本次低空核试验烟云的水平传输和垂直扩散起着重要的影响作用;烟云的长距离传输速度呈现出随高度递减而减小的趋势,在6 000 m以上,烟云在爆后48 h即东移入海,6 000 m以下,烟云在中国大陆的扩散和沉降维持了5 d以上;爆后2天内以大粒子沉降为主,其后以小粒子沉降为主,小粒子的放射性远小于大粒子,在爆后第4天,放射性沉降就减小了3个量级,而小粒子的沉降范围是大粒子的5倍以上。通过模拟和观测对比表明,模拟结果基本符合实际烟云的传输和沉降态势。     

空气质量数值模式预报中资料同化的初步研究

利用嵌套网格空气质量预报模式,在对上海市环境监测中心提供的观测数据进行必要的质量控制后,采用最优插值方法对可吸入颗粒物(PM10)、二氧化氮(NO2)和二氧化硫(SO2)进行资料同化。选取2004年8月1～20日做作逐日同化试验的结果表明,无论是PM10、NO2还是SO2,其同化偏差平均值均在20μg.m-3以下,比同化前减少了至少50%;3种污染物的同化偏差小于其未同化偏差的天数均在16天以上。在大气清洁和污染两种情况下,对PM10分别作10天的同化试验表明,同化后的均方根误差均小于同化之前。此同化方法能利用观测数据较好地修正空气质量模式预报场,从而为模式提供与实际更加接近的初始场。     

Dust storm ensemble forecast experiments in East Asia

The ensemble Kalman filter (EnKF), as a unified approach to both data assimilation and ensemble forecasting problems, is used to investigate the performance of dust storm ensemble forecasting targeting a dust episode in the East Asia during 23–30 May 2007. The errors in the input wind field, dust emission intensity, and dry deposition velocity are among important model uncertainties and are considered in the model error perturbations. These model errors are not assumed to have zero-means. The model error me...     

城市空气污染持续维持机制研究Ⅰ.2002年西安市空气污染持续维持过程分析及其气象成因

为研究城市大气污染持续过程的形成机制及区域输送问题,利用2002年西安市环境监测站SO2、NO2和PM10日平均污染物浓度资料分析了西安市大气污染的时空分布特征及其与气象条件的关系.分析结果表明:一年中西安出现3天以上空气质量为3级以上的持续污染过程18次,累计污染超标日为192天,出现3级以上的概率为53%.西安市区的污染物以可吸入颗粒物为主,PM10污染超标日较多.重点分析了2002年1月9～12日造成西安市持续污染过程的气象条件及天气形势,可见4天的气象条件有着共同的特点:平均风速小,气温较低,出现逆温,相对湿度较大.西安地处高压后部,气压较低,高空为较平直的西北气流,天气形势持续稳定.     

污染源反演对重点城市群夏季O3模拟的改进效果评估

在嵌套网格空气质量预报模式系统(NAQPMS)的基础上,采用污染源反演方法优化以中国多尺度排放清单(MEIC)为主的先验排放清单中臭氧(O₃)前体物排放量估计。分析时段为2019年6～8月,重点评估了污染源反演对我国“2+26”城市、长三角、珠三角、成渝4个重点城市群O₃模拟的改进效果。评估结果表明,污染源反演获得的“2+26”城市、长三角、珠三角的氮氧化物(NO_x)排放速率整体低于先验清单的排放速率约0.6μg m_-2 s_-1,但反演的挥发性有机物(VOCs)排放速率在“2+26”城市整体上高于先验清单的排放速率约0.5μg m_-2 s_-1。利用反演的NO_x和VOCs排放量和NAQPMS模式对4个城市群O₃进行模拟,发现反演排放数据可以显著改进夏季O₃模拟性能,使得O₃日最大8小时平均值(MDA8-O₃)模拟的均方根误差(R...     

关于我国和东亚酸性物质的输送研究：Ⅰ.三维欧拉污染物输送实用模式

本文发展了一种三维欧拉型污染物距离输送实用模式，比较详细地考虑了源、输送、干、湿沉降、气、液相化学过程。用分裂解法气相化学过程者查表式处理，颅具特色，使用实测气象输入场，节约了大量的计算机资源，通过模式的灵敏度试验，模式具有较高的分辨率和灵敏度，根据与实测资料对比，模式有较好的可信度，能方便的计算长时间（月，季，年）的污染物沉降及远距离输送态势。     

关于我国和东亚酸性物质的输送研究II. 硫化物浓度空间分布特征及季节变化

应用硫化物输送三维欧拉实用模式,计算和分析了我国和东亚地区二氧化硫和硫酸盐粒子的空间分布特点及季节变化,给出了年平均硫化物大气含量分布,还讨论了四种典型下垫面硫化物浓度的垂直分布廓线。结果表明,近地层硫化物浓度分布与排放源的分布类似,高值区主要在山东半岛及相邻的华北部分地区和四川盆地,在上海、台南、汉城和东京等地是小范围的高值区。地面浓度冬季大,夏季浓度小。高空分布形势与低层不同,由西南-东北走向变为东西走向。硫酸盐粒子分布高值中心少且平滑。夏季分布更加均匀化。年平均硫酸盐大气含量高值区主要集中在江淮流域,向海上延伸距离较远。四类地区硫化物垂直廓线反映了不同季节外来输送贡献。     

春季沙尘对关中地区PM2.5 浓度影响的多尺度模拟研究

“一带一路”建设让古代丝绸之路的起点——西安成为世界焦点，西安的空气质量也是政府和公众关注的焦点。以2017年5月我国北方的一次强沙尘过程为例，首次利用中国科学院大气物理研究所气溶胶和大气化学模式系统IAP-AACM（Aerosol and Atmospheric Chemistry Model of the Institute of Atmospheric Physics）模拟关中地区细颗粒物（PM_2.5）的时空分布，并结合地面逐小时PM_2.5观测数据对沙尘气溶胶和PM_2.5模拟的关系进行深入探究。结果表明:加入沙尘组分对模拟关中地区PM_2.5时空变化特征作用显著，相关性可提升0.4～0.6，并且可以很好地再现强沙尘时段PM_2.5浓度骤增的过程；在强沙尘时段和一般时段，沙尘组分对PM_2.5的贡献分别为60%～80%和10%～30%；0.11°×0.11°高分辨率模拟有助于提升模式捕捉污染物时空变化的能力。     

一个适用于地球系统模式(CAS-ESM)的在线气溶胶与大气化学分量模式(IAP-AACM)的发展与评估

地球系统模式是研究全球气候与生态环境变化问题的重要工具，气溶胶与大气化学模式负责为其中的大气环流模式提供与气候效应有关的气态化学物质和气溶胶成分。本文在全球嵌套网格空气质量预报模式系统的基础上发展了一个适用于中国科学院地球系统模式（CAS-ESM）耦合计算的气溶胶与大气化学分量模式（IAP-AACM），采用简化的气相化学机制，不仅考虑了人为气溶胶，同时考虑了海盐、沙尘和二甲基硫等自然气溶胶及其前体物的在线排放。评估结果表明，IAP-AACM氧化剂插值计算可靠，采用简化机制和碳键机制（CBM-Z）模拟的差异较小。和观测的对比表明，得益于CAS-ESM的气溶胶双向反馈作用，简化版能够较好地抓住气溶胶及其前体物的空间分布，为IAP-AGCM提供可靠的气溶胶模拟。另外，简化版能大幅提升计算效率，满足CAS-ESM耦合长期积分的需求。为了在全球气候变化的研究中提供更完善的气溶胶模拟，未来考虑在IAP-AACM中增加氮化学和臭氧平流层化学机制。