基于WRF/CALPUFF哈尔滨市空气质量预测研究

摘要

哈尔滨是黑龙江省的省会城市，也是东北部的经济、政治、文化交流中心。随着近年来工业和经济的快速发展以及人口数量的增长，使得全市的煤炭等能源的消耗量以及机动车保有量不断上升。大量的污染物排放到大气中去，加之当地特殊的气象条件和地理环境，致使哈尔滨市的雾霾天气频繁发生。针对哈尔滨市日益严峻的空气质量现状，开展哈尔滨市的空气质量预报工作势在必行。
　　本研究采用WRF/CALPUFF耦合系统对哈尔滨市2013年采暖期、非采暖期的SO2、NO2和PM2.5质量浓度以及一次雾霾发生过程进行模拟，建立哈尔滨市空气质量预报系统并进行初步应用，同时结合污染源浓度贡献结果提出哈尔滨市大气污染防控对策。
　　首先根据CALPUFF模型的输入需要，对哈尔滨市2013年的污染源数据进行统计和分类，将哈尔滨市污染排放源中排放量较大并且烟囱高度相对较高的工业排放源划分为高架点源，其余污染排放源以哈尔滨行政区划的区和县为单位划分为面源。依据 CALPUFF的输入要求，设置不同类型污染源的排放参数并建立哈尔滨市污染源排放清单。
　　其次，利用WRF/CALMET耦合模式对哈尔滨市不同时期（采暖期和非采暖期）的气象条件进行模拟。模拟结果显示：采暖期近地面以西南风向为主，非采暖期以东南风和西南风为主，风向在近地面易受地形影响，遇山脉易产生旋风，高空风场不受地形影响几乎保持不变。在采暖期，混合层高度较低，并且由于地面辐射使得逆温现象十分明显，逆温层厚度很大，容易造成严重的污染天气；在非采暖期，混合层高度很高，并且逆温现象发生较少且容易消失，所以不易造成污染天气。采暖期和非采暖期的稳定度等级在晚上都以稳定的E、F为主，白天转为中性C或不稳定A、B。
　　再次，基于WRF/CALPUFF耦合模式建立哈尔滨市空气质量预报系统，通过对该系统的预报结果校验后，得出该预报系统对于哈尔滨市 SO2、NO2和PM2.5的预报效果较好，模拟结果与监测结果的相关性在0.7左右，说明该空气质量预报系统的结果可基本反映出哈尔滨市的空气质量状况。同时，利用该预报系统进行初步应用，浓度模拟结果如下：在采暖期，SO2、NO2和PM2.5浓度整体较高，不同污染物的浓度最大值出现的区域各不相同；在非采暖期，哈尔滨市 SO2、NO2和PM2.5整体浓度都很低，均低于国家二级标准。对哈尔滨市一次雾霾发生过程的模拟结果如下：在气象方面，污染最严重的时期几乎整日都是静风，并且平均混合层高度很低，使得污染物在水平和垂直方向都难以扩散；在地形方面，由于市辖区的地势较低，周围山脉阻挡，使得污染物极易聚集在近地面，造成严重的雾霾天气。浓度贡献结果表明：采暖期哈尔滨市的污染主要来源于面源贡献，而非采暖期点源的贡献率较采暖期有所提高；并且不论在采暖期还是在非采暖期，市辖区都是污染浓度贡献的主要来源。
　　最后，针对上述结果，提出哈尔滨市大气污染控制对策，为哈尔滨市环保部门制定相应的大气污染防治法规提供科学依据。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究目的和意义

1.3 国内外空气质量模型的研究现状

1.4 课题研究内容和技术路线

第2章 WRF/CALPUFF模式

2.1 引言

2.2 中尺度气象模式

2.3 大气扩散模型

第3章 污染源清单的建立

3.1 引言

3.2 污染源现状调查

3.3 工业污染源排放特征分析

3.4 污染源参数设置

3.5 本章小结

第4章 气象场模拟分析

4.1 引言

4.2 气象场模拟方案

4.3 气象要素模拟分析

4.4 本章小结

第5章 空气质量预报系统的构建与应用

5.1 引言

5.2 空气质量预报系统的组成

5.3 空气质量预报系统的预报效果检验

5.4 空气质量预报系统的预报结果分析

5.5 本章小结

第6章 大气污染防控对策

6.1 引言

6.2 大气污染控制方法

6.3 大气污染控制措施

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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