2013年1月华北地区重霾污染过程SO2和NOx的CMAQ源同化模拟研究

摘要

本文以2006年中国地区的INTEX-B排放清单为基础,采用CMAQ模式污染源同化方法,反演更新了2013年1月重霾污染过程华北地区的SO2和NOx排放源;应用WRF-CMAQ模式以及2006年INTEX-B初始排放源和2013年1月改进的排放源,分别模拟了1月9-15日和28-31日两次持续重霾污染过程的SO2和NO2浓度,并与华北地区47个环境监测站点实测值进行对比,重点分析了基于初始源和同化反演源的模拟效果及其改进原因;本文亦采用2012年清华大学编制的东亚地区MEIC排放清单评估了SO2和NOx同化反演源的合理性.分析结果表明:1)CMAQ模式污染源同化方法可适用于重霾污染过程,即采用同化反演源模拟的SO2、NO2浓度时空变化特征与实测值较一致,而且可反映SO2、NOx排放源强的动态变化特征;2)基于同化反演源的SO2、NO2浓度模拟效果明显优于2006年INTEX-B排放源,其时间变化趋势与实测值较一致,而且可模拟重霾污染过程SO2、NO2浓度的峰值;3)采用反演源模拟的SO2、NO2浓度空间区分布特征与实测值较一致,而且可较好反映重污染区的极值分布特征;4)经污染源同化改进后SO2、NO2模拟浓度与实测值的相关系数有所提高,误差明显减小;SO2的改进效果略优于NO2,这与污染源对两种污染物浓度的影响差异有关;5)初始源中SO2、NOx排放源的空间分布和强度与2012年清华大学编制的排放源强差异较大,而同化反演源的空间分布和强度均接近于实际调查源,可反演得到重点地区的高污染源分布特征.本文研究结果将为改进重霾污染过程的空气质量预报、减小自下而上建立的排放源清单不确定性、评估SO2、NOx等排放源的影响效应以及不同气象条件下区域排放源的动态调控等提供新技术途径和研究思路.