中国三大经济区太阳总辐射特征及其与O3、PM2.5的关系

摘要

利用中国地面气象观测站网的辐射日值数据集和中国空气质量在线监测平台2014～2016年逐日观测数据，分析了京津冀、长三角和珠三角太阳总辐射(GSR)长时间序列变化趋势和近10年年际和季节变化特征，以及近3年臭氧日最大8小时平均(O3_8h_max)和细颗粒物(PM2.5)的污染过程频次变化，通过不同因子及其不同强度等级的分型统计，探讨PM2.5、O3_8h_max与太阳总辐射的关系。利用WRF-Chem模式模拟京津冀一次PM2.5和O3双污染过程，并结合天气数据平台每3小时气象观测数据对模拟结果定量评估。结果表明: (1)近60年GSR年均值京津冀最高，长三角次之，珠三角最低。其中京津冀在1976年发生均值突变;长三角和珠三角在90s前后变化趋势发生转变。2007～2016年京津冀太阳总辐射显著上升，京津冀春季和珠三角夏季太阳总辐射显著上升。 (2)三大经济区PM2.5污染过程年频次均呈现逐年递减，且京津冀最多，长三角次之，珠三角最低;O3污染过程年频次时间上呈现先减后增，空间上京津冀多于长三角和珠三角。 (3)三大经济区O3_8h_max与太阳总辐射相关系数均在0.71以上，有较强的正相关;不同季节不同太阳总辐射下O3_8h_max与PM2.5的相关关系差异显著，其中京津冀春夏秋三季O3_8h_max与PM2.5在强太阳总辐射下有较好的正相关，冬季则存在一定的负相关;长三角四季两者相关性均较弱;珠三角夏季两者正相关最为显著;不同PM2.5浓度下O3_8h_max与太阳总辐射的线性拟合效果较好，体现出较强的正相关关系。 (4)通过对2015年5月21日～29日每3小时2m相对湿度，2m气温以及地面气压3个气象要素的模拟值与观测值对比分析，发现模式对2m气温的模拟效果相对较好，模式存在9％的低估，模拟值与观测值的相关系数为0.88;模式对2m相对湿度存在31％的低估，相关系数均为0.73;模式对地面气压存在一定的高估，相关系数为0.73。对比分析该过程3个气象要素日均值和太阳总辐射日值的模拟值与观测值，发现2m气温和2m相对湿度均被低估，模拟值与观测值的相关系数分别为0.35和0.41，模拟效果较差;地面气压和太阳总辐射则被高估，相关系数分别为0.92和0.73，模拟效果一般。对比分析该过程PM2.5和O3_8h_max日均值的模拟值与观测值，发现PM2.5被低估17％，模拟观测的相关系数为0.74; O3_8h_max被低估47％，相关系数为0.81。模拟再现了污染物日变化特征，但未能捕捉到PM2.5和O3的污染峰值，模拟效果较差。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景

1．2研究目的和意义

1．3研究进展

1．3．1太阳总辐射研究进展

1．3．2紫外辐射、臭氧与气溶胶研究进展

1．4本文的研究工作

1．4．1研究内容

1．4．2技术路线

1．4．3文章结构

第二章三大经济区太阳总辐射长时间序列及近10年变化特征

2．1．2数据集质量控制

2．2研究方法

2．2．1突变检验曼宁-肯德尔(Mann-Kendall)法

2．2．2回归分析

2．3太阳总辐射长时间序列变化特征

2．4近10年太阳总辐射年际与季节变化特征

2．5本章小结

第三章2014～2016年三大经济区臭氧和PM2．5污染过程特征

3．1数据来源

3．2研究方法

3．3污染过程次数统计及其特征

3．4本章小结

第四章三大经济区PM2．5、O3_8h_max与太阳总辐射的关系

4．1数据来源

4．2研究方法

4．2．1相关分析

4．2．2回归分析

4．4不同季节不同太阳总辐射强度下O3_8n_max与PM2．5的关系

4．5不同PM2．5浓度下O3_8h_max与太阳总辐射的关系

4．6本章小结

第五章京津冀一次PM2．5和O3复合污染过程的研究

5．1模式介绍

5．2模式设置

5．3数据来源及研究方法

5．4模拟结果

5．4．1气象场模拟结果

5．4．2 PM2．5和O3污染模拟结果

5．5本章小结

第六章 总结与展望

6．1主要结论

6．2创新点

6．3研究的不足与展望

参考文献

作者简介

致谢