多尺度空气质量模式系统及其验证I. 模式系统介绍与气象要素模拟

主要介绍一个多尺度空气质量模式系统及其在东亚地区的应用. 这套模式系统充分考虑了天气系统与中、小尺度气象过程对污染物的输送、扩散、转化和迁移过程的影响, 区域与城市尺度之间大气污染物的相互影响, 以及污染物在大气中的气相与液相化学过程、非均相化学过程、气溶胶过程和干湿沉积过程对浓度分布的影响, 可用于区域与城市尺度对流层臭氧、大气气溶胶、能见度和其他空气污染物的预报和环境评价. 模拟的气象要素(风向、风速、温度和湿度)与TRACE-P 和ACE-Asia期间三架飞机上获取的观测资料的比较结果表明, 模拟值与其相应的观测值具有非常好的一致性, 它们的相关系数都超过了0.96.     

TRACE-P期间硫酸盐、硝酸盐和铵盐气溶胶的模拟研究

结合最新评估的东亚地区 1°× 1°污染源资料 ,利用由区域大气模式系统 (RAMS)和区域大气质量模式系统 (CMAQ)耦合的空气质量模式系统 ,对东亚地区 2 0 0 1年春季气溶胶的输送及其化学转化过程进行了研究。为了检验模式系统的模拟效果 ,我们将模拟的硫酸盐、硝酸盐和铵盐气溶胶的浓度与TRACE -P观测期间获取的观测值进行了比较。比较结果显示 ,模拟值与观测值具有相当好的一致性 ,模式很好地反映了气溶胶浓度的分布特征和变化规律 ,再现了许多观测到的重要特征。模拟结果表明 ,中国区域硫酸盐气溶胶浓度高值主要是人为排放的二氧化硫造成的 ,10 0°E以东的中国广大地区的硫酸盐气溶胶柱含量超过了 6mg·m- 2 ,最高值达到 2 4mg·m- 2 ,柱含量 >16mg·m- 2 的区域延伸到中国近海的广大海域。东亚地区的人类活动不仅使污染地区气溶胶柱含量显著增加 ,而且使近海无源区的广大海域的污染加重。本模式系统的建立为今后进一步研究区域大气污染物的变化机理提供了有效的手段。     

2013年1月华北平原重霾成因模拟分析

2013年1月华北平原出现了罕见的重污染天气过程,并引发连续多天大范围重霾现象。利用中华人民共和国环境保护部公布的空气污染指数日值数据和气象常规观测数据,结合区域空气质量模式系统RAMS-CMAQ的模拟结果,对1月10~15日污染过程的气象要素和关键气溶胶物种时空分布特征进行了详细分析,并对灰霾成因进行了探讨。结果表明,受本次污染过程影响的区域主要分布在北京-天津-唐山、河北省中南部和山东省大部。这些地区细颗粒物(即PM2.5)日均质量浓度超过120μg m–3,且基本被灰霾覆盖,日均能见度在5~8 km之间。其中在北京、天津、石家庄和济南市及周边地区细颗粒物日均质量浓度可达250~300μg m–3,部分市区可超过300μg m–3,而日均能见度则可下降至3 km以下,形成重度灰霾。此外,对气象场的分析显示,本次污染过程期间华北平原大部分地区水平风速较多年平均值偏小约20%,且有明显逆温层覆盖,北京-天津-唐山、河北省南部和山东省北部的相对湿度则较多年平均值偏高达10%~40%。这样的气象条件不仅造成污染物易于堆积,而且有利于吸湿性粒子消光效应的快速增长,使能见度明显下降,是引发灰霾的重要因素之一。在北京地区引发灰霾的主要气溶胶物种为硫酸盐、硝酸盐和铵盐,这3种无机盐对近地面的消光贡献比率达到50%以上。其中硝酸盐的消光贡献比率最高,可达总体效应的1/4,表明在这次污染过程中除相关工业源排放外,交通源排放也是北京地区主要的污染源之一。     

时间域全波场各向异性弹性参数反演

从各向异性弹性波的有限元正演方程出发 ,导出了反问题中时间域雅可比矩阵求解的计算公式 .它具有与时间域有限元正演方程相同的表达形式 ,故可通过有限元正演计算来获得雅可比矩阵 .研究了有限元正演算法的效率和精度、吸收边界条件等方面的问题 ,以提高反演系统的效率和精度 .在此基础上 ,实现了叠前全波场各向异性弹性参数反演 .计算表明 ,在初始模型偏离真实模型较大的情况下 ,层状模型和横向不均匀模型的反演结果均能准确地收敛到真实模型上 .     

数值与统计方法在广东核事故应急系统中的应用

根据研究区域（310km×220km）三年的气象资料,将每天的天气按季节、天气状况和风向与风速及其日变化等因子划归为具有代表性的不同天气类型,然后用中尺度气象模式模拟这些天气类型的风温场,使得模拟的风温场能反映下垫面动力和热力不均匀性的影响,并以此统计出研究区域内关心点的天气状况、风向和风速与天气类型之间的相关关系和相关判据。在已知关心点的季节、天气状况、风向和风速后,依据这种相关关系,找出相应天气类型的风温场,并用以预报核泄漏物的污染路径、强度和范围。     

东亚地区春季硫氧化物浓度分布及其收支研究

利用一个耦合的区域化学输送模式系统,模拟了2001年3~4月间东亚区域二氧化硫(SO2)和硫酸盐(SO42-)气溶胶浓度的时空分布,并分析了它们的来源、输送、转化和沉降过程在浓度形成中的作用。为了检验模拟结果的合理性,侧重分析了4月9~12日SO2的输送和转化过程。在这一期间,SO2浓度观测资料显示,日本的观测站Happo、Oki和Hedo周围及日本海部分海域先后经历了一次SO2浓度高值。模拟结果表明,日本东京附近的三宅岛火山喷发严重影响了日本列岛和周边海域SO2和SO42-气溶胶的分布,是引起观测站周围及日本海部分海域SO2浓度高值的主要原因。3月1日至4月31日间的硫收支分析显示,气相与液相化学过程在SO2的氧化过程中具有同等的重要性,模拟区域排放的硫氧化物中有约42%(其中约25%为SO2)被输送到模拟区域以外,约57%(约35%为湿沉降)沉积在模拟区域内。     

银川都市圈夏季臭氧来源数值模拟分析

在我国当前臭氧和颗粒物复合污染的局面下，位于西北地区的宁夏回族自治区近年来夏季臭氧区域性污染突出，浓度高值区主要分布在银川都市圈(银川市、石嘴山市和吴忠市)。因此利用区域空气质量模式系统RAMS-CMAQ对2019年夏季6月银川都市圈臭氧污染问题开展数值模拟，定量探讨区域传输及垂直输送对O₃浓度的贡献，为有效控制当地臭氧污染提供科学依据。结果表明：2019年6月银川都市圈O₃浓度北高、中部低，与前体物的分布特征并不完全一致，表明O₃的非线性效应以及背景O₃传输潜在的贡献。水平方向上，银川都市圈本地排放源对近地面O₃的贡献大都在20%～30%，仅灵武达40%以上，外界传输贡献均在30%以上。其中银川本地贡献较弱，相邻区域间存在输送影响，一定程度上减弱了该地区的本地贡献。此外，在夏季整体偏南风的影响下O₃有较为明显的由南向北的输送作用。垂直方向上，郊区、城市和工业代表性站点O₃浓度的变化趋势基本一致，各过程量贡献有所差异。夜晚O_...