冬季静稳天气下西固区SO2、NO2排放对兰州市主城区影响的初步研究

摘要

近年来，我国大气污染事件频发，控制大气污染物的排放、改善环境空气质量是人类面临的一个严峻的环境问题，也是我国目前迫切需要解决的问题。兰州市的空气污染问题由来已久，不尽合理的能源结构和工业布局、脆弱的生态环境等严重影响了兰州城市空气质量，兰州市政府及相关部门采取了污染防治与减排措施后，环境质量有所改善，但特殊的地形条件、不利的气象扩散条件使得兰州市的环境保护工作仍面临很多困难和挑战。分析环境空气质量与污染源、气象场特征的关系是科学治理环境空气污染问题的基础。污染源调查结果显示西固区集中分布了兰州市主要的工业污染源，西固区SO2和NO2排放量占兰州市污染物总排放量50％左右；但西固区位于兰州市主城区的下风向，西固区排放的污染物对主城区空气质量的影响在兰州市大气污染治理工作中备受关注。本文利用高分辨率空气质量模式（Models-3/CMAQ）系统对冬季静稳天气下兰州市（2005年1月27日～2005年2月2日）的空气污染进行了数值模拟，并采用模拟期间西固区12个空气质量监测点的监测值，进行了模拟结果的检验；根据污染源敏感性试验的结果，计算了西固区污染源排放的SO2和NO2对兰州市主城区的平均贡献率，同时，结合模拟期间的水平流场和垂直速度场分布特征，客观分析了西固区污染源排放的SO2和NO2对兰州市主城区的影响机理。本文通过探讨西固区污染物排放对兰州市主城区空气污染影响的污染气象机理，以期为兰州市制定有效的污染减排措施、大气污染的治理及污染物总量控制提供科学依据。
　　论文主要结论如下：
　　（1）精准的气象场是保障环境空气质量模拟效果的基础。大气边界层高度决定了污染物垂直混合的范围，直接关系到区域内污染物的扩散范围和浓度分布，对空气质量数值模拟和大气污染扩散问题的研究十分重要。本文利用WRF模式YSU、MYJ和ACM2三种不同的边界层参数化方案对兰州市冬季静稳天气下的边界层高度进行了模拟，并将模拟结果与同期系留探空资料计算的边界层高度做统计检验，结果显示：ACM2方案模拟的PBLH与实测资料位温廓线法求得的PBLH之间的相关系数达到了0.91，平均相对误差为49%，优于YSU和MYJ方案。
　　（2）利用WRF模式ACM2边界层参数化方案模拟的气象场驱动Models-3/CMAQ模式模拟，结果显示：CMAQ模拟的SO2和NO2地面日均浓度与12个空气质量监测点的日均浓度监测值的变化趋势基本一致；CMAQ模式系统模拟的SO2和NO2浓度模拟值与监测值之间的的平均相对误差分别为38.5%和39.3%；SO2和NO2浓度模拟值和实际监测值之间的相关系数分别为0.518和0.582，相关性较好，且模拟结果均通过了??0.01的显著性检验。CMAQ模式系统具有模拟复杂地形污染物扩散输送的能力，但模拟结果普遍偏低，主要原因是污染源清单中仅仅考虑工业源和生活源，没有考虑交通源的影响。
　　（3）论文通过设计敏感性试验来分析西固区对兰州市主城区环境空气质量的影响。污染源敏感性试验结果显示：模拟期间西固区污染源排放的SO2和NO2对兰州市主城区地面浓度的平均贡献率分别为9.7%和12.8%；受局地地形、敏感性试验期间气象条件等因素影响，冬季静稳天气下西固区污染源对兰州市主城区空气质量的影响不大。
　　（4）西固区对兰州市主城区环境影响的污染气象特征分析表明：受兰州特殊地形山谷风环流的影响，兰州市城区有明显的上升、下沉气流；同样原因使得水平风场随高度变化，风场流向在400m高度发生明显的转换，由偏东风转为偏西风，正是由于水平和垂直流场的这种特征，西固区污染物才能输送到主城区上空，进而影响主城区近地面污染物浓度。

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第一章 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 研究内容

第二章 模式及资料介绍

2.1 中尺度气象WRF模式简介

2.2 SMOKE源排放模式简介

2.3 Models-3/CMAQ模式系统简介

第三章 空气质量模拟及检验

3.1 WRF模式PBLH模拟及检验

3.2 空气质量模拟结果及检验

3.3 小结

第四章 西固区污染排放对兰州市空气质量的影响分析

4.1 CMAQ模式模拟的污染物浓度分布特征

4.2 CMAQ模式污染源敏感性试验结果

4.3 局地流场对空气质量的影响

4.4 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 本文特色

5.3 不足与展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢