基于MM5-CALPUFF耦合体系研究关中城市群对西安市SO2浓度贡献特征

摘要

随着近年来西安市经济的快速发展,城市化和工业化水平不断提高,城市规模不断扩大,能源消耗量和机动车保有量的日益增多,空气质量污染日趋严重。
　　本文采用中尺度气象模型(MM5)和空气质量预测模型(CALPUFF)对西安市2011年夏冬两季SO2浓度进行模拟,并对影响模拟结果的主要因素进行分析。为考虑西安市本地源对SO2浓度的贡献,将西安市SO2排放量较大且排放高度较高的源设为点源,将排放量较小、排放高度较低且排放较为集中的源按区县划分为面源,分别分析点源和面源对浓度的贡献;为了考虑区域污染物中尺度传输对西安的影响,收集关中5市(渭南、咸阳、宝鸡、铜川和商洛)的SO2的排放源数据,将排放量较大且排放高度较高的源设为点源,将关中5市内排放量较小、排放高度较低且排放较为集中的源按各市区县划分为面源,分别分析各城市对西安的贡献;利用MM5和CALMET研究模拟区域内气象场,并对2011年夏冬两季关中气象特征进行分析。使用CALPUFF对西安市2011年特征时段SO2浓度进行数值模拟,并对浓度特征以及浓度与气象的关系进行分析。
　　气象场模拟结果显示:夏冬两季关中区域风场受南北山脉阻隔,主导风向为东北风;夏季风向角较多且风速较小,在西安和咸阳附近易形成大范围旋转风,不利于中远距离传输。冬季风向角集中且风速较大,利于中远距离传输;西安市夜晚易形成逆温,夏季地面辐射对空气的最大影响高度为500m,冬季最大影响高度280m左右;关中各市夏季混合层高度最高为2000m左右,冬季最高为800m左右;关中各市夏季稳定程度排序:商洛>宝鸡>西安>咸阳>铜川>渭南,冬季稳定程度排序为:西安>宝鸡>渭南>商洛>铜川>咸阳。夏季和冬季夜间均以稳定的E和F为主,冬季白天以中性的C和D为主,夏季白天以不稳地的A和B为主。
　　浓度场模拟结果显示:在夏季,西安市本地污染源对其地面SO2浓度贡献为79.85％,其中点源和面源所占比例分别为47.52%和32.33%。关中其他五市中尺度传输对西安市地面SO2浓度的贡献为20.15%,咸阳、渭南、宝鸡、铜川和商洛对西安的贡献分别为10.59%、7.31%、1.4%、0.29%和0.54%。各市贡献效率顺序为:西安>咸阳>商洛>渭南>宝鸡>铜川。在冬季,西安市本地污染源对其地面SO2浓度贡献为65.72%,其中点源和面源所占比例分别为41.71%和24.01%。关中其他五市的传输贡献为34.28%,咸阳、渭南、宝鸡、铜川、商洛对西安市地面SO2浓度的贡献分别为11.58%、21.17%、1.99%、0.51%和0.95%。各市贡献效率顺序为:西安>咸阳>渭南>商洛>宝鸡>铜川。
　　在夏季代表日,西安市本地源贡献为91.55%,其中点源和面源的贡献分别为64.01%和27.54%。关中传输贡献为8.45%。各市贡献效率顺序为:西安>咸阳>商洛>渭南>宝鸡>铜川;在冬季代表日,西安市本地源贡献为54.94%,其中点源和面源的贡献分别为34.39%和20.55%。关中传输贡献为45.06%,其中咸阳为30.84%,渭南为12.52%。各市贡献效率顺序为:西安>咸阳>渭南>商洛>宝鸡>铜川。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2区域空气质量及城市群传输影响研究现状

1.3研究内容和方法

第二章 中尺度空气质量模型

2.1中尺度气象数值模式

2.2 空气质量模型

2.3小结

第三章 模拟区域范围

3.1 MM5模拟区域

3.2 CALMET模拟区域

3.3小结

第四章 大气污染排放源分析

4.1 排放源现状

4.2 模型源排放清单

4.3 排放源空间分析

4.4小结

第五章 模拟气象条件过程分析

5.1 关中区域流场分析

5.2 关中地区污染气象要素分析

5.3小结

第六章 关中SO2浓度分布模拟与分析

6.1 模拟方案简介

6.2 模拟结果校验

6.3 模拟计算结果分析

6.4小结

结论和不足

参考文献

致谢