关键词:
川南城市群
南支槽
大气重污染过程
数值模式与模拟
摘要:
针对川南地区大气污染防治工作需要,本文应用川南城市群(宜宾、自贡、泸州、内江、乐山)大气污染物浓度观测数据和气象数据,采用数理统计和污染天气诊断分析等方法,细致分析了2016年12月26日至2017年1月11日一次川南城市群跨年度空气重污染过程的污染变化特征及其气象成因。并在此基础上,运用WRF-Chem和WRF-CUACE耦合模式,在两套物理参数化方案下,模拟2016年12月15日至2017年1月11日发生在川南城市群的两次污染过程。通过观测与模拟结果的对比,找出模式的不足,提出改进建议。主要结论如下:(1)针对此次污染过程,南支槽对大气静稳(等温或逆温层)的形成和维持起到了关键作用。南支槽加强并引导其槽前西南干暖气流北上,致使当地低层大气增温,形成低空等温或逆温层,限制当地大气污染物扩散,是助长此重污染过程形成的主要天气系统。在此条件下,再配合高湿和低空风向辐合,形成重污染;然后,南支槽减弱,大气静稳减弱,低层风向辐合消失,大气扩散能力增强,污染浓度降低;最后,叠加了降水的湿清除作用使当地污染物浓度快速降低,污染过程结束。(2)通过对比模拟结果与观测值的差异,认为4组试验普遍对于2 m温度的模拟结果良好,高估10 m风速,高估PM浓度峰值。气溶胶组分的模拟结果显示,NO占比偏高,NH占比明显偏低,BC占比偏高,OC占比略偏低,SO占比对物理方案变化的敏感性很高,其中物理方案2偏高,物理方案1偏低。模式高估了NO到NO的转化,低估了SO到SO的转化。此外,受非均相反应影响,SO浓度在污染加重初期阶段增加明显,并且该现象在CUACE的模拟结果中更明显。综合认为,模式需要在气象静风条件、PM浓度峰值以及硝酸盐、硫酸盐与其前体物之间的相互转化机制上,做进一步的改进。(3)综合气象、PM浓度和气溶胶组分的模拟结果来看,认为CUACE2的模拟结果最佳,此模拟结果在保证了较好的PM浓度模拟结果的前提下,对硫酸盐的模拟结果在4组试验中也是最佳。虽然对于硫酸盐组分的模拟,Chem2也表现出相似结果,但对比发现,CUACE2表现出比Chem2更低的PM浓度和SO浓度。综合认为,在4组试验中,CUACE2的模拟效果最佳。本文通过对川南空重污染过程的的分析,发现了南支槽在污染过程中的关键作用。之后,通过数值模式模拟川南污染过程,分析了在川南效果较好的物理和化学模式,并针对模拟与观测的差异,找出了相关数值模式的不足。这对未来进一步分析和加深理解重污染过程的形成、维持机制,以及了解污染过程中气溶胶组分的变化机制,以及改进模式性能都具有重要科学意义。