珠江三角洲地区局地环流与污染物扩散的数值模拟
  • 【摘要】

    最近,珠江三角州地区氮氧化物(NOx)的污染越来越严重,其主要来源于工厂和汽车尾气排放。本文在选取美国宾州大学和网家大气研究中心研制的非静力中尺度数值天气预报模式MM5v3.74的基顾上,置入一个空气污染物质量连续方程,利用修改后的模式进行珠江三角洲地区NOx的扩散、传输模拟。论文设计三个模拟试验,分别是基准试验,敏感性试验M1和敏感性试验M2;并将它们分为两组作对比,第一组基准试验和敏感性试验M... 展开>>最近,珠江三角州地区氮氧化物(NOx)的污染越来越严重,其主要来源于工厂和汽车尾气排放。本文在选取美国宾州大学和网家大气研究中心研制的非静力中尺度数值天气预报模式MM5v3.74的基顾上,置入一个空气污染物质量连续方程,利用修改后的模式进行珠江三角洲地区NOx的扩散、传输模拟。论文设计三个模拟试验,分别是基准试验,敏感性试验M1和敏感性试验M2;并将它们分为两组作对比,第一组基准试验和敏感性试验M1,第二组敏感性试验M1和敏感性试验M2。基准试验选取MERCATOR地图投影的四重双向嵌套网格,网格分辨率分别采用54km,18km,6km,2km。最外层54km的粗网格区域差不多覆盖了整个中国大陆和赤道低纬地区,用于模拟大尺度静环境条件;而最内层2km的细网格区域(300km×300km)基本覆盖了整个珠三角地区,NOx的扩散、传输过程在这一区域中送行模拟。模式垂直分层45层,其中1km以下的大气边界屡占27层,对垂直方向边界层的分辨率进行精细化处理。模拟时间从2008年10月21日00时(UTC)到10月23日00时(UTC),共积分48个小时。敏感性试验M1在基准试验的基础上提高模式分辨率,将四重双向嵌套网格的网格分辨率改为27km,9km,3km,1km。其它模式设计和物理方案的选择跟基准试验一致。敏感性试验M2则是在敏感性试验M1的基础上,进一步利用LandsatTM(ThematicMapper)反演得到珠江三角洲地区1km分辨率的下垫面数据,替换1993年美国地质调查局(USGS)旧的珠三角地区下垫面数据。模式其它设计方案跟敏感性试验M1相同。 研究结果主要得到以下结论: 1、复杂下垫面对模拟风速和风向有较大影响,精细化模式分辨率和采用尽可能真实的土地利用分类能更好的优化模拟结果。 2、对比基准试验和敏感性试验M1发现最细网格分辨率为1km时,能够更好和更细致的模拟出海陆风,以及更为明显的海陆风变化。试验M1模拟的海风爆发时间比基准试验提早约2个小时。 3、从模拟污染物的垂直分布图上分析可见,边界层高度存在明显的昼夜变化。由于受海陆热力性质不同,形成向岸或向海上的热力内边界层结构。污染物的三维扩散受风场结构影响较大。污染物治主导风向扩散,所以三个模拟试验模拟的大部分污染物堆积在D04区域的西北部,但是由于西北部区域的内陆风场复杂,导致污染物集中在此区域无规则扩散。 4、对比敏感性试验M2和敏感性试验M1的气象要素场,试验M2城市下垫面所占面积增加后,明显出现城市下垫面区域感热通量增大,潜热通量减少,相对湿度减少,水汽减少的情况。正是由于气象要素场的变化最终导致污染物在D04区域内的传输、扩散也发生了不同的变化。 收起<<

  • 【作者】

    曾莉萍 

  • 【学科专业】

    大气物理与大气环境

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    中山大学

  • 【导师姓名】

    林文实

  • 【学位年度】

    2009

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    氮氧化物  局地环流  污染物扩散  数值模拟