华中地区大气环境的多源观测资料气候分析及模拟研究

摘要

本文使用华中（河南、湖北和湖南）三省1962～2011年霾日逐日地面观测资料、2005～2014年MODIS卫星遥感气溶胶产品，分析了该区域霾污染和大气气溶胶光学厚度(AOD)、Angstrom波长指数（α指数）和细粒子比(FMF)的气候特征。基于WRF-Chem模式，搭建了华中区域空气质量预报系统。使用该系统模拟了长江中游城市群地区发生于2014年11月18日～25日的一次重霾污染过程，分析城市化下垫面改变对霾污染中气象要素和大气气溶胶浓度的影响，得到以下主要结论：
　　(1)华中地区的霾高发中心位于河南中北部、湖北中西部和湖南中部人口集中的气溶胶浓度高值区，其中霾日数最多的站点为河南新乡，年均达到79.1d。霾的季节性变化表现为冬季霾日数最多，夏季最少，霾污染是典型的冬季大气环境事件。但随着近年春夏秋三季霾日的增加，华中地区霾污染的季节性差异减小。城市地区是华中霾污染严重的区域。近50年污染地区霾发生频率增多，而相对清洁地区霾污染发生频率减少。华中地区大气环境呈现出两极分化的变化特征。近50年来华中地区霾日增加受人为污染物排放加强和东亚季风减弱的共同影响。
　　(2)华中地区AOD的年均分布为东高西低，α指数和FMF的分布均为西高东低。人口稠密的大城市地区AOD较高，α指数和FMF较低，而人口稀疏的华中西部AOD较低，α指数和FMF较高。AOD在春夏两季较高，在秋冬两季较低。α指数和FMF在夏秋两季较高，冬春两季较低。华中地区10年间的AOD整体表现为下降趋势，α指数和FMF值呈升高趋势。华中大部分地区春秋两季AOD显著降低，春冬两季的α指数和FMF显著升高。相对清洁的站点在这10年间AOD呈下降趋势，而FMF则无显著变化趋势。
　　(3)使用搭建的空气质量预报系统模拟发现，城市化下垫面的改变加重了霾污染事件中，长江中游城市近地面大气颗粒物的霾污染水平。城市扩张导致下垫面的粗糙度增加，减弱了城市地区近地面风速，不利于污染物从城市源区向下风方向输送。下垫面改变为城市之后，14时的平均气温和边界层高度升高，2时则表现为下降，下垫面性质的改变使得夜间降温幅度明显。此外，城市下垫面改变使得大气颗粒物浓度的增加主要发生在500m高度以下的大气边界层内。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究进展

1．3 论文主要研究工作

第二章 华中地区霾污染的气候特征分析

2．1 研究数据及方法

2．1．1 研究数据

2．1．2 研究方法

2．2 结果分析

2．2．1 霾污染的年均分布

2．2．2 霾污染的季节分布特征

2．2．3 霾污染变化趋势的分布

2．2．4 霾污染的年际变化趋势

2．2．5 霾污染的聚类分析

2．2．6 影响霾污染变化的因子

第三章 基于卫星遥感的华中地区气溶胶气候特征

3．1 资料介绍

3．2 华中地区AOD的气候特征

3．2．1 AOD的年均分布

3．2．2 AOD的季节分布

3．2．3 AOD变化趋势的空间分布

3．3 华中地区α指数的气候分析

3．3．1 α指数的年均分布

3．3．2 α指数的季节分布

3．3．3 α指数变化趋势的空间分布

3．4 华中地区FMF的气候分析

3．4．1 FMF的年均分布

3．4．2 FMF的季节分布

3．4．3 FMF变化趋势的空间分布

3．5 典型站点AOD和FMF的逐年变化

第四章 华中区域空气质量数值预报系统的搭建

4．1 构建大气化学数值模型构建的关键技术

4．1．1 排放源

4．1．2 气溶胶粒子的方案

4．1．3 干湿沉降过程

4．1．4 气相化学方案

4．2 土地利用类型的修改

4．3 排放源的处理

4．4 预报平台介绍

4．5 一次灰霾事件预报的评估

第五章 城市化影响长江中游城市群地区灰霾污染的模拟分析

5．1 霾污染事件的观测分析

5．2 城市化对霾污染中气溶胶浓度的影响

5．3 城市化对霾污染中气象要素的影响

5．3．1 气温

5．3．2 长波辐射

5．3．3 近地面风场与边界层高度

第六章 主要结论与展望

6．1 主要结论

6．2 创新点和特色

6．3 研究不足与展望

参考文献

致谢

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