基于气象要素的成都市大气环境中二氧化硫浓度数值模拟研究

摘要

随着社会城市化的加快以及各类大型工业开发区的建成，在带动经济发展的同时产生了一系列大气环境污染问题。大气污染物排放量持续增长，并且变得复杂多变。自上个世纪以来，这些污染物对于人体的有毒有害性逐渐显现[1-3]，大气污染防治成为一个世界性的亟待解决的问题。要得到能够代表区域尺度的大气环境污染水平，只能在充分研究气象因素和地理条件的基础上，并利用以点带面或者空间内插和空间外推的方法，从而来得到其空间分布。
　　本文首先对收集到的数据资料进行预处理，基于arcgis软件得到进行成都市大气环境质量模拟的基础资料，并以便于MATLAB软件调用的形式存储。然后基于地形调节统计模型、地面气压物理统计模型、Wendlell内插法模拟出研究区域内的气温场、气压场、风场，做出各代表月或具体日期时刻点的空间分布图并进行比较研究。在得到研究区域内的气象因素和地理条件的基础上，以SO2为例，探讨研究区域内的污染物浓度分布水平。最后以其作为研究区域内的污染物本底值，结合气象要素模拟点源大气污染扩散，得到结论如下:
　　(1)从地域上看，从北到南整个研究区域气温纬度分带明显;同时山地的气温分布特征也与其余地形分布特征明显不同。在2月、4月、10月，影响气温空间分布的首要因子是纬度，其次是高程;而在7月，其主导因素是高程。由于研究区域主要地形是平原和丘陵，因此所有网格点的气温模拟值服从偏态分布，并且它们在各月份的偏度和峰度无明显差异。各项指标显示暖季的模拟精度优于冷季，这是因为模型并未考虑一些物理机制和效应。
　　(2)因为影响地面气压的空间分布的两个主要因素是气温和高程，因此地面气压的大体空间分布都与气温分布一样都呈现纬度分带差异和地形上的差异性。研究区域内1月份的气压变动范围最大，而7月份的变动范围最小;这是由不同地形在不同季节里的气压变化引起的。研究区域内的年主导风向是东南风且季节变化特征不明显，以其空间分布的差异性来说，风向在龙泉山脉偏西靠近成都腹心地带容易发生转变。
　　(3)成都市的大气环境质量夏季优于冬季，这是由天气条件决定的。成都市SO2浓度的高值区域主要集中三个区域:成都市城区及其周边、位于成都市西北部的都江堰市和郫县、位于成都市东部的金堂县。其中在白天的12时和18时，污染物浓度最高的区域大多在位于成都市城区及其周边;而在夜间的0时和6时，污染物浓度最高的区域大多在位于其余两个区域。这是由于成都市的地形条件极易导致城市热岛效应，该效应在成都市主城区和其周边郊区之间形成了空间上的局地环流，城区内的热空气上升到高空后分散到郊区，遇冷后下降，最后又回到城区地面。这些下降的冷空气在回到城区过程中将郊区的污染物带进了城中，从而导致城区污染物浓度升高。在夜间存在一些污染企业偷排现象，因此这些企业所在的区域污染物浓度在夜间急剧升高。
　　(4)在污染源持续排放未进行处理的情况下，污染源附近的各个网格点的污染物浓度值随着时间推移不断增大，而远离污染源的其他区域的值由于风的稀释作用有略微减小。但是当由浓度差引起的扩散（涉及扩散系数）小于由风引起的对流扩散时，靠近污染源并位于下风向处位置的某些网格点的污染物浓度值反而会减小。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景

1．2国内外研究现状

1．2．1气象参数模拟

1．2．2区域大气质量研究现状

1．2．3大气污染扩散模拟

1．3研究内容

1．4研究意义

1．5技术路线

第二章资料与方法

2．1研究区域环境背景

2．2数据来源

2．2．1气象数据

2．2．2大气环境质量监测数据

2．2．3再分析资料

2．2．4数字高程模型数据

2．3数据预处理

2．3．1气象数据预处理

2．3．2大气环境质量监测数据预处理

2．3．3再分析资料数据预处理

2．3．4数字高程模型数据预处理

2．4论文中使用的方法

2．4．1地形调节统计模型

2．4．2地面气压物理统计模型

2．4．3风场模拟方法

2．4．4反距离插值法

2．4．5交叉验证

2．4．6大气污染扩散数值模拟方法

第三章结果与分析

3．1气象要素模拟

3．1．1温度场模拟

3．1．2气压场模拟

3．1．3风场模拟

3．2成都市二氧化硫浓度分布情况

3．3点源大气污染扩散模拟

3．3．1模型参数的确定

3．3．2参数的输入

3．3．3大气污染扩散模拟

第四章结论与展望

4．1结论

4．2创新点

4．3展望

参考文献

致谢

作者简历