特大城市大气穹隆的边界层特征及其对大气环境的影响

摘要

城市大气穹隆的“大锅盖”效应是城市化影响下城市边界层的重要特征，本文通过统计分析城市大气穹隆内平均温度场、平均风场的特征，分析了污染物的分布、堆积情况，讨论了城市大气穹隆的热力、动力结构，研究了污染物的混合、输送、堆积、分布特征。 本文利用天津边界层气象观测铁塔1996～2005年十年温、风梯度观测资料，天津地区大气污染物资料，天津市区酸雨资料及地面气象观测资料，研究特大城市大气穹隆的边界层特征及其对大气环境的影响，得出以下结论： (1) 统计分析城市边界层内温风廓线得出，天津城市边界层内存在明显的大气穹隆效应，冬季的上午10时左右大气穹隆效应较强，下午较弱。 (2) 城市边界层温度日变化明显。随着天津城市化进程的加快，城市边界层温度梯度随高度变化复杂，等温层增加，悬浮逆温增多，呈现出明显的多层逆温、高层逆温特征。1996年主要逆温出现时间季节性明显，春夏季是早6时前，晚20时后，秋冬季是早8时前，晚18时后；2003年主要逆温出现时间季节性没有1996年明显，全年基本为早8时前，晚20时后。 (3) 城市边界层风速存在着明显日变化，但随高度不同而有一定差异，高度越低，日变化振幅越小，低层白天风速大，夜间风速小，低层风速日变化为单峰形，高层则相反，夜间风速大，白天风速小，高层风速日变化为单谷形，变化曲线分界高度因季节有差异，年平均变化在80m附近。由于城市冠层的“树冠”效应<'[1]>，20世纪后冠层内风速呈现减小的趋势。 (4) 春夏季暖中心位置高的时间较短(早7时前，晚19时后)，秋冬季暖中心位置高的时间较长(早9时前，晚18时后)，存在时间以夜间为主，早7时前暖中心高度易超过250m，城市低层逆温秋冬季较多，春夏季较少，可见城市大气穹隆效应存在冬季强度大夏季强度小的特点。 (5) 天津市PM10、SO<,2>、NO<,2>的浓度年变化季节性明显，冬季12～2月，SO<,2>为首要污染物，其它季节PM10为首要污染物。冬季污染物浓度高，PM10、SO<,2>和NP<,2>的平均浓度达到0.134 mg/m<'3>，0.147 mg/m<'3>和0.061 mg/m<'3>，夏季污染物浓度低，PM10、SO<,2>和NO<,2>的平均浓度分别为0.098 mg/m<'3>，0.028 mg/m<'3>和0.036 mg/m<'3>。 (6) 天津地区城市大气穹隆内长时间的逆温、小风天气造成大气稳定度较高，污染物通过混合、堆积达到污染高浓度。 (7) 天津市灰霾日数维持在一个较高水平，年灰霾日数市区>蓟县(山区)>塘沽(海滨、)，气象条件对灰霾天气的影响较大，高湿、弱气压场、小风有利于灰霾天气的形成。灰霾日污染物浓度要普遍高于污染物浓度月均值，多伴随长时间明显的贴地逆温层。灰霾日城市大气穹隆效应明显，上午11时200m以上还存在逆温强度为1.5℃的悬浮逆温层，全天长时间存在多层逆温。 (8) 偏碱性的污染物气溶胶对降水酸度起到缓冲作用，影响了降水酸度，使降水pH值呈现增大的趋势。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1城市边界层、城市大气穹隆研究现状

1.2边界层污染研究现状

1.3边界层气象观测塔资料分析研究现状

1.4本文研究工作

参考文献

第二章城市大气穹隆的边界层结构特征分析

2.1资料来源及处理

2.2城市低层大气穹隆季节变化

2.2.1城市低层大气穹隆温度廓线

2.2.2城市大气穹隆对风廓线影响

2.2.3城市大气穹隆强度的变化

2.3城市大气穹隆形成可能影响机制初探

2.4本章小结

参考文献

第三章城市大气穹隆对大气污染和灰霾天气的影响研究

3.1资料来源及处理

3.2 主要污染物特征

3.2.1主要污染物年变化特征

3.2.2主要污染物日变化特征

3.2.3大气污染影响因素分析

3.3灰霾的时空变化特征

3.3.1中心城区与山区和海滨地区灰霾日数的年变化特征

3.3.2气象因子对灰霾天气的影响

3.3.3灰霾天气与SO2，NO2，PM10的关系

3.3.4灰霾日与非灰霾日大气边界层特征的比较分析

3.4本章小结

参考文献

第四章城市大气穹隆对降水酸度的影响分析

4.1资料来源

4.2天津酸雨的基本特征

4.2.1酸雨季节变化

4.2.2酸雨年际变化

4.3城市气溶胶对降水酸度的影响

4.4典型日分析

4.4.1天气背景分析

4.4.2城市边界层特征分析

4.4.3污染背景分析

4.4.4本章小结与讨论

参考文献

第五章结论和工作展望

5.1本文工作内容总结与讨论

5.1.1城市大气穹隆的边界层结构特征

5.1.2城市大气穹隆对大气污染的影响

5.1.3城市大气穹隆对灰霾天气形成的影响

5.1.4城市大气穹隆对降水酸度的影响

5.2工作展望

致谢

在学期间的研究成果