利用WRF-Chem模拟研究京津冀地区夏季大气污染物的分布和演变

应用WRF—Chem（Weather Research and Forecasting Model with Chemistry）模式模拟研究了2007年8月京津冀地区近地面O3、NO2、PM2.5浓度的时空变化特征,将模拟结果与观测数据进行详细对比,结果表明,模式可以较好地模拟O3、PM2.5,浓度的空间分布和时间变化特征,成功再现了8月33和PM2.5的几次积累增加过程,其中O,的模拟值与观测值的相关系数为0．69～0．86,PM2.5的相关系数为0．44～0．49,但模式对NO2的模拟相对较差,相关系数为0．27～0．43。北京、天津地区为O3月均低值区,月均体积浓度约30×10^-9,渤海及京津冀以西地区O3月平均体积浓度可达60×10^-9;PM2,呈现南高北低的分布特征,变化范围为120～240μg／m3。14时月平均03体积浓度在北京、天津地区低于周边地区,约为60×10^-9;而PM2.5质量浓度在环渤海地区和河北南部较高,为100～120μg/m^3。8月17日北京出现一次典型的高浓度O,污染事件,14时北京地区温度达到33℃,O3体积浓度为80×10^-9～110×10^-9。在局地排放、化学反应和外来输送的共同作用下,渤海西岸和北岸PM2.5的质量浓度超过120μg／m3,其中二次气溶胶质量浓度为50～100μg／m3,一次排放人为气溶胶质量浓度为10～20μg／m3,海盐质量浓度为1～7μg／m3,二次气溶胶是该地区PM2.5的主要贡献者。     

华东地区气溶胶分布和变化特征研究

利用中分辨率光谱仪(MODIS)获得的气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子比例(FMF)和臭氧检测仪(OMI)获得的气溶胶指数(AI)统计分析了2005—2014年我国华东地区气溶胶光学性质的时空分布特征,同时利用潜在源分析(PSCF)模型对我国华东地区AOD和AI的潜在源区进行分析。研究结果表明:华东地区的AOD、FMF和AI时空分布存在较大的差异,2005—2014年AOD和AI的平均值高值主要分布在华东地区北部,FMF的高值区则分布在华东南部地区;10 a间华东地区AOD呈现出先升高后降低的趋势,FMF波动幅度不明显,AI值有所上升;整个华东地区AOD的季节变化较为明显,春夏两季AOD明显高于秋冬两季。华东北部和中部地区夏季由于较高的相对湿度,AOD最大可达0.8以上。而在华东南部地区,夏季受到降水的影响,AOD维持在0.2~0.4之间。FMF季节变化趋势与AOD不同,夏季最大达到0.58,春季最小仅为0.26。AI平均值在冬季最大高达0.63,夏季最小,为0.27。PSCF分析显示华东地区AOD主要源区以局地排放为主,同时也存在由河南、湖北和湖南等周边省市近距离输送影响;AI以局地和北方远距离输送为主,同时也受到河南、湖北等周边省市近距离输送的影响。     

南京市夏季城市不同功能区气溶胶污染特征

利用ＷＰＳ（宽范围颗粒粒径谱仪）、Ａｎｄｅｒｓｏｎ Ⅱ型９级撞击采样器测量了２００８年夏季典型日南京钟山风景区、鼓楼商业区与江北工业区大气气溶胶数浓度谱分布和质量浓度,分析了城市不同功能区气溶胶粒子的分布特征．结果表明：各功能区大气颗粒物浓度均比较高,达到１０４ｃｍ－３,数浓度谱均为单峰型,峰值集中在００１～００４μｍ;其中气溶胶粒子数浓度主要集中在００１～０２μｍ粒径范围内,其日变化受汽车尾气排放、混合层高度变化的影响较大,且呈现明显的双峰型;粒径为００１～０１μｍ的超细粒子对总数粒子贡献较大,鼓楼为９３２８％,江北为８１６６％,钟山为６６５２％;细粒子（粒径＜１１μｍ）与ＴＳＰ质量浓度的比值钟山为９２％,鼓楼３３７７％, 江北２４９８％;质量浓度主要为粗粒子（粒径≥１１μｍ）贡献,但是鼓楼与江北的细粒子的贡献也非常大,说明这两个功能区的细粒子的污染值得关注;数浓度和相对湿度（ＲＨ）有密切联系,当ＲＨ＜７５％时其峰值随着相对湿度的增大而增大,当ＲＨ＞７５％时其峰值随着相对湿度的增大而减少,并且相对湿度对细粒子的影响要大于对大粒子的影响．     

Aerosol spectra and new particle formation observed in various seasons in Nanjing

The aerosol number spectrum and gas pollutants were measured and the new particle formation （NPF） events were discussed in Nanjing. The results showed that the size distributions of aerosol number concen- trations exhibited distinct seasonal variations, implying the relations of particle sizes and their sources and sinks. The number concentrations of particles in the nuclei mode （10-30 nm）, Aitken mode （30-100 nm）, accumulation mode （100 -1000 nm） and coarse mode （〉1μm） varied in the order of summer 〉 spring 〉 autumn, summer 〉 autumn 〉 spring, autumn 〉 summer 〉 spring, and spring 〉 autumn 〉summer, re- spectively. The diurnal variation of total aerosol number concentrations showed three peaks in all observed periods, which corresponded to two rush hours and the photochemistry period at noon. In general, the NPF in summer occurred under the conditions of east winds and dominant air masses originating from marine areas with high relative humidity （50%-70%） and strong solar radiations （400 -700 W m-2）. In spring, the NPF were generally accompanied by low relative humidity （14%-30%） and strong solar radiations （400-600 W m-2）. The new particle growth rates （GR） were higher in the summertime in the range of 10- 16 nm h-1. In spring, the GR were 6.8-8.3 nm h-1. Under polluted air conditions, NPF events were seldom captured in autumn in Nanjing. During NPF periods, positive correlations between 10- 30 nm particles and 03 were detected, particularly in spring, indicating that NPF can be attributed to photochemical reactions.     

对流层气溶胶的直接气候效应对平流层的影响

通过WACCM-3模式中气溶胶光学厚度与卫星资料的对比发现,模式可以很好地再现全球气溶胶的主要分布特征,但在一些区域还存在数值上的差异。利用数值试验研究对流层气溶胶的直接气候效应对平流层气候的影响,结果表明:对流层气溶胶对平流层气候有明显影响,平流层化学过程在这一影响中起重要作用,而对流层气溶胶对平流层辐射的影响不是其直接气候效应对平流层影响的主要原因。其机制可能是对流层气溶胶改变对流层的辐射平衡,影响对流层的温度和大气环流,进而影响行星波的上传,使得平流层气候发生变化;影响区域主要位于高纬度和极地地区,南半球的变化比北半球大,温度变化最大达10 K,纬向风变化最大可达12 m/s,臭氧体积分数最多减少0.8×10-6。     

南京市降水化学特征及其来源研究

为了解南京江北地区降水化学特征,分析了2011年3—6月共25个降水日的109个降水样品中的主要水溶性离子,并利用后向轨迹模式探讨了降水气团来源.结果表明:1)南京地区3—6月降水主要受南、北2种气团影响,北方气团降水的主要离子浓度高于南方气团降水.2)海盐示踪法和相关性分析显示,降水中NO₃^-和SO₄^2-主要来自燃煤、工业排放和汽车尾气;Ca²⁺主要来自地壳源;Cl^-主要来自海洋;海洋源和陆源对Mg²⁺和K⁺都有贡献,Mg²⁺的陆源贡献大于海洋源贡献,K⁺受海洋源的影响程度要低于Mg²⁺.3)南、北气团初期降水的各离子浓度高于总降水的各离子浓度,且初期降水的主要离子的富集系数高于总降水.这说明在降水初始阶段,雨水对南京大气中污染物(气态污染物和颗粒物)的云下冲刷去除作用较强,降水的离子浓度最高,局地源对降水离子的贡献较明显.     

南京市城市不同功能区PM10和PM2.1质量浓度的季节变化特征

使用Anderson-Ⅱ型9级撞击采样器测量了南京市鼓楼商业区、江北工业区、钟山风景区和宁六高速公路交通源春、夏、秋三季的大气气溶胶质量浓度。分析结果表明:南京市PM_2.1和PM₁₀的质量浓度存在明显的季节变化,秋季>春季>夏季;ρ_PM10春季为167.47 μg/m³,夏季为 85.99 μg/m³,秋季为238.99 μg/m³;ρ_PM2.1春季为59.66 μg/m³,夏季为42.80 μg/m³,秋季为100.15 μg/m³。不同季节中ρ_PM10和ρ_PM2.1均存在较好的相关性,夏季相关性最好,相关系数为0.952;秋季次之,相关系数为0.783;春季相对较差,相关系数为0.613。城市不同功能区之间ρ_PM2.1和ρ_PM10的质量浓度值差异很大,交通源>工业区>商业区>风景区。城市不同功能区的质量浓度谱分布基本一致,均为双峰型分布,峰值分别位于0.43~0.65 μm/m³和9.0~10.0 μm/m³。南京市春、夏、秋三个季节大气粒子质量浓度谱为双峰分布,粒子主要集中在0.43~3.3 μm/m³的粒径段。江北工业区ρ_PM10和ρ_PM2.1质量浓度的相关系数为0.814,略高于鼓楼商业区的0.797。     

大同市降水ｐＨ值与ＰＭ１０质量浓度相关性研究

通过对大同市２００６—２００９年ＰＭ１０质量浓度、降水ｐＨ值及气象常规数据统计分析,得出结论：ＰＭ１０质量浓度与降水ｐＨ值秋冬季呈显著负相关,相关系数分别为－０８９和－０９９（通过００２显著性水平检验）、夏季为弱负相关,春季大风期为弱正相关,非大风期呈弱负相关．究其原因主要是由于大同春季大风日较多,风力作用导致内蒙碱性沙尘成为气溶胶主要来源,在一定程度上影响降水ｐＨ值以及酸雨频率;夏季大风日较少,ＰＭ１０主要来源为工业酸性污染物,降水偏弱酸性;秋冬季节进入采暖期,稳定的气象条件和采暖燃煤、工业生产使得酸性污染物浓度急剧升高导致酸雨酸雪．     

东亚季风转换对西北太平洋近地面O3春季高值的影响

以东亚酸沉降监测网近地面O3资料,结合NCEP/NCAR的全球再分析风场、NOAA总云量及全球降水气候项目降水资料,分析2000～2007年东亚西太平洋地区近地层O3的区域和季节变化,重点分析不同站点O3月均浓度最大值时间差异的原因。结果表明,东亚以及大部分北半球中纬度清洁背景地区,近地层O3春季最高、夏季最低是广泛存在的现象。东亚夏季风的推进过程造成不同地区春季O3月均最大值出现的时间略有不同,Ogasawara和Hedo站O3浓度在3月达最大值,而Rishiri、Happo、Oki和Cheju站在4、5月达最大值。2007年副热带高压西进较晚且推进过程受阻导致Happo站2007年春季O3浓度高于气候平均值,Cheju地区2007年5月O3浓度达最大;2004年东亚夏季风爆发较早导致Hedo站2004年春季O3浓度明显低于平均值。     

南京市城市不同功能区PM10和PM2.1质量浓度的季节变化特征

使用Anderson-Ⅱ型9级撞击采样器测量了南京市鼓楼商业区、江北工业区、钟山风景区和宁六高速公路交通源春、夏、秋三季的大气气溶胶质量浓度。分析结果表明:南京市PM_2.1和PM₁₀的质量浓度存在明显的季节变化,秋季>春季>夏季;ρ_PM10春季为167.47 μg/m³,夏季为 85.99 μg/m³,秋季为238.99 μg/m³;ρ_PM2.1春季为59.66 μg/m³,夏季为42.80 μg/m³,秋季为100.15 μg/m³。不同季节中ρ_PM10和ρ_PM2.1均存在较好的相关性,夏季相关性最好,相关系数为0.952;秋季次之,相关系数为0.783;春季相对较差,相关系数为0.613。城市不同功能区之间ρ_PM2.1和ρ_PM10的质量浓度值差异很大,交通源>工业区>商业区>风景区。城市不同功能区的质量浓度谱分布基本一致,均为双峰型分布,峰值分别位于0.43~0.65 μm/m³和9.0~10.0 μm/m³。南京市春、夏、秋三个季节大气粒子质量浓度谱为双峰分布,粒子主要集中在0.43~3.3 μm/m³的粒径段。江北工业区ρ_PM10和ρ_PM2.1质量浓度的相关系数为0.814,略高于鼓楼商业区的0.797。