珠江三角洲海陆风及其对灰霾天气影响的数值研究

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海陆风是影响珠江三角洲地区天气气候和大气环境的重要中尺度系统,本文利用诊断方法和先进的数值模式相结合的研究方法,主要探讨了以下五个方面的问题。一、珠江三角洲地区海陆风特征及其对空气污染物影响的统计分析;二、珠江三角洲地区海陆风细致结构以及大尺度背景风场影响的数值模拟;三、复杂下垫面地形和城市化对海陆风发生发展影响的分析;四、离岸型背景风和海陆风对珠江三角洲灰霾天气影响的数值模拟;五、对工业点源和机动车移动源对灰霾天气的影响以及污染物扩散方程各项作用的过程分析。 主要取得了以下几项研究成果: 一、统计分析发现,珠江三角洲地区平均每年有近90天海陆风日。海陆风出现有明显的季节变化,每年9月至次年1月海陆风出现频率较高。在珠江三角洲地区容易产生海陆风的典型天气背景主要四种类型,即大陆冷高压型、热带气旋型、入海变性高压型和低压槽型。海陆风日对污染物浓度的影响比较大,在发生海陆风的时间内,污染物浓度一般要比没有发生海陆风的浓度高。 二、使用高分辨率的数值模式结果,得到了珠江三角洲地区海陆风的细致三维结构,揭示了风速的变化趋势和风向的日循环过程,与观测值较为一致。在离岸型背景风的影响下,海风环流出现的时间较晚,从海陆风的垂直结构来看,珠江三角洲地区的陆风主要发生在200-300m以下的边界层内,使低层离岸风加强。敏感性试验结果表明,减弱离岸型背景风后海风形成时间提前了,陆风形成则略有推迟,海风的最大风速和垂直高度也有所增加。由于与离岸型背景风的相互作用,海风更容易形成辐合区,且在辐合区内垂直运动速度较大,减弱背景风后散度值减小了近一倍。 三、丘陵地形通过动力和热力过程影响海陆风环流,由于在白天丘陵区域是一个热源,地形的热力作用比较明显,增强了海风的强度;而丘陵区域在夜间是一个弱的热汇区,这时动力阻挡作用是主要的,减弱了陆风的强度。珠江三角洲地区城市群的发展对海陆风环流有明显的影响,城市化的发展使城市区域的温度明显比城市未发展的情况下高,使海洋和陆地间的温差加大,陆地上的城市区域气压下降,海洋与陆地间的气压梯度加大,加强了海风的强度。 四、对2004年9月26日至30 日的灰霾天气过程研究发现,在陆风维持的情况下,由于离岸型背景风与陆风风向一致,将PM<,10>输送到海边,造成灰霾天气主要出现在沿海城市和近海海面,尤其是澳门地区出现了PM<,10>的极端高值。而在海风维持的情况下,由于海风较小,整个珠江三角洲地区灰霾天气都比较严重。敏感性试验结果表明离岸背景风和海陆风的相互作用对灰霾天气生成和分布有很密切的关系。 五、利用研究非线性关系的因子分离法(FS)结果表明,在这次灰霾过程中,点源对近地面PM<,10>浓度的贡献主要集中在珠江口西岸的城市群区域;机动车移动源污染物的排放则在珠江三角洲地区形成三个PM<,10>浓度的高值中心。利用IPR方法对海陆风期间珠江口两岸城市群的细粒子PM<,2.5>浓度变化的过程分析表明,排放源和垂直扩散是影响PM<,2.5>变化的主要过程,污染源的排放是近地面PM<,2.5>浓度增加的关键因子,垂直输送引起PM<,2.5>浓度减少。水平输送过程在陆风阶段明显使PM<,2.5>浓度减少,在海风阶段引起PM<,2.5>浓度的增加。
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