京津冀地区生物质燃烧对北京空气质量的影响

摘要

露天生物质燃烧是全球的温室气体、活性微痕量气体和颗粒物排放的一个重要来源。虽然露天生物质燃烧活动的发生具有偶然性且高度变化，但它能导致局地、区域乃至全球的空气质量问题和气候强迫。近年来，中国地区秸秆焚烧导致的空气污染事件备受关注。秸秆焚烧是生物质燃烧的第四大类型，其排放大量的气溶胶颗粒物和污染气体（CO、NOx、SO2等），在不利的大气扩散条件下，造成空气质量恶化、能见度降低，影响公众的身心健康和生产生活。
　　本文综合利用地面空气质量和气象观测数据、MODIS卫星火点监测资料，结合后向气流轨迹模型HYSPLIT和区域大气化学模式WRF-Chem，从污染事件发生的天气条件和边界层特征，大气污染物的主要源地、输送路径和时空变化规律，以及生物质燃烧排放对北京空气质量的影响等方面，分析了2014年10月7～11日和2014年6月15日这两次与生物质燃烧相关的空气污染过程。结果表明，模式能够较好地模拟华北地区地面气象要素、PM2.5质量浓度的时空分布特征和演变规律。周边或本地生物质燃烧排放和不利的气象条件加剧了北京及其周边城市的灰霾污染。
　　将生物质燃烧排放源清单FINN应用于WRF-Chem模式，对这两次空气污染过程进行模拟研究。2014年10月7～11日的灰霾污染过程反映了外地生物质燃烧排放污染物输送的影响。河南北部、河北南部、山东西部地区大面积秸秆焚烧排放的颗粒物和气态污染物在南风作用下向北京输送。根据FINN，此次生物质燃烧使PM2.5、OC的排放分别增加了37％、56％。华北、黄淮地区天气形势较稳定，大气扩散条件差，有利于污染物堆积和浓度升高。生物质燃烧对源地的影响最强，对地面PM2.5的贡献可高达40％以上;对北京城区地面PM2.5，PM2.5中OC、硝酸盐、铵盐、硫酸盐、BC的平均贡献分别为19.0％、37.2％、16.4％、15.8％、11.3％、4.9％。2014年6月15日的污染过程主要受北京东南部地区生物质燃烧排放的影响。该日，北京地区燃烧源排放PM25总量是人为源排放的2.44倍。此次生物质燃烧过程对北京地面PM25质量浓度的平均贡献为30.1％，下午15～19时贡献最大。顺义、怀柔地区受影响最强烈，城区次之，昌平和定陵地区相对较弱，24小时平均贡献百分比分别为62.7％、39.1％、29.0％、18.2％、13.3％。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究意义和目的

1．2 国内外研究进展

1．3 研究内容和方法

参考文献

第二章 模式和数据介绍

2．1．1 模式简介

2．1．2 物理方案

2．1．3 化学方案

2．2 HYSPLIT后向轨迹模式

2．3 观测数据

2．4 排放源

2．4．1 人为排放源清单MEIC

2．4．2 生物质燃烧排放源清单FINN

2．4．3 生物排放源MEGAN

参考文献

第三章 秋季生物质燃烧影响空气质量的模拟研究

3．1 污染过程和火点分布

3．2 大气环流、天气形势和边界层特征

3．3 模式模拟分析

3．3．1 模式设置

3．3．2 模式验证

3．3．3 人为源与生物质燃烧源的对比

3．3．4 风场对污染物输送的影响

3．3．5 生物质燃烧的贡献

3．4 本章小结

参考文献

第四章 春末夏初生物质燃烧影响空气质量的模拟研究

4．1 火点分布和PM2．5浓度特征

4．2 模式设置

4．3 模式验证

4．3．1 气象要素

4．3．2 PM2 5质量浓度

4．4 人为源与生物质燃烧源的对比

4．5 模拟结果分析

4．5．1 水平风场和PM2 5浓度分布

4．5．2 生物质燃烧的贡献

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 本文特色及创新点

5．3 讨论和展望

作者简介

致谢