污染物的区域输送对我国北方空气质量影响模拟研究

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近年来,随着我国工业化以及城市化进程的加快,我国空气污染问题日益显著。研究我国大气污染成因,污染物的生成、转化以及传输过程,可以为我国制定空气质量防治措施提供可靠依据。随着科研技术的发展,模式模拟已经成为研究空气污染的重要手段,与观测数据相结合,可以准确再现大气污染过程,深入探讨大气物理与化学过程,分析污染过程的机理特性。本文基于WRF-CHEM模式研究华北平原重污染过程中污染物的跨界输送的影响,以此为区域空气污染的联防联控措施提供科学保证,同时文章还应用WRF-CHEM模式探究了西安城市群的臭氧污染特征,已经为当地环保部门采取措施应对臭氧污染提供了合理保障。文章主要内容包括三部分:1)污染物的跨界输送对北京夏季空气质量的影响;2)夏季风时期中国北部污染物的跨界输送作用研究;3)西安地区臭氧模拟研究。模式模拟与观测数据的对比结果表示WRF-CHEM模式能够很好地再现大气污染过程,可以对上述问题进行深入研究。主要结论如下:  1)利用WRF-CHEM模式模拟了京津冀地区2015年7月5日-14日的一次高污染过程。研究时段内,本地源对北京午后O3质量浓度的贡献为22.4%,低于北京外源36.6%的贡献。北京本地源与北京外源的相互作用会降低北京午后(12:00-18:00BJT,北京时间)O3质量浓度,平均贡献为-5.1%。北京外源对北京PM2.5质量浓度的影响显著,研究时段内平均贡献为61.5%,远远高于北京本地源13.7%的平均贡献。北京本地源与北京外源的相互作用会增加北京夏季PM2.5质量浓度,平均贡献为5.9%。因此,在夏季,北京空气质量受北京外源污染物的跨界输送影响明显,与周围省市相互合作治理大气污染物是改善北京空气质量的关键。  2)利用模式模拟夏季风时期2015年5月22日-28日华北平原的一次高污染过程,研究特定天气形势下华北平原污染物的跨界输送对我国东北以及西北地区污染物浓度贡献。2015年5月,夏季风的爆发以及西太平洋副热带高压的北移导致西南风和东南风在我国华北平原及其周边省市盛行,将华北平原的污染物输送到周边地区。模式模拟结果表明:在研究时段内,华北平原污染物可以通过跨界输送对辽宁省和山西省PM25质量浓度贡献23.3μg m-3和13.5μg m-3,对吉林省和陕西省的平均贡献分别为8.6μg m-3和6.0μg m-3。华北平原污染源对辽宁省午后O3质量浓度影响显著,研究时段内平均贡献为25.3μg m-3,变化于6.9μg m-3和45.1μg m-3之间。山西省午后O3质量浓度受华北平原污染源的影响也很明显,研究时段内平均贡献为17.5μg m-3。研究时段内,华北平原污染源对吉林省和陕西省午后O3质量浓度的平均贡献为13.3μg m-3和9.8μgm-3。华北平原污染源对内蒙古空气质量影响较小,因此在夏季风时期,华北平原污染源的合理控制不仅可以改善华北平原空气质量,也可以提高我国东北和西北地区的空气质量。  3)对西安地区2015年7月25日-30日的臭氧事件进行模拟,研究表明:交通排放源是最重要的臭氧污染源,臭氧浓度随着交通排放量增加而增加,且在高浓度臭氧条件下更加显著,在臭氧生成的峰值期,当交通源增加为1.5倍时,平均臭氧增量为14.6μg m-3,而当交通源增加为2倍时,平均的臭氧增量为25.4μg m-3;臭氧前体物NOx和VOCs的敏感性分析以及P(H2O2)/P(HNO3)比值的空间分布基本可以判定西安城市群属于NOx控制区,上述结论可以为臭氧的控制提供有效依据。
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