区域大气环境质量问题的研究

摘要

区域大气环境质量问题是我国经济发展中新出现的重要问题,不少国内外学者都开始对此进行关注。针对区域性大气环境质量问题,本文主要研究大气环境质量的变化特征,诊断分析其形成规律,为政府的科学决策提供技术支持,对于区域大气环境质量的改善具有积极意义。 为了研究区域大气污染形成原因和机理,对2002-2006年秋冬季节API序列及气压系统演变趋势进行统计和诊断分析。结果发现,大气环境具有多时间尺度、空间尺度的特征,不同季节的天气过程影响着边界层气压场的时空演变,受其影响,API值及污染物浓度出现谷值和峰值波动性交替,在一定的地形和大气条件下,污染物浓度出现累积增加,致使大气环境质量出现过程性、区域性和累积性特征。边界层内气压系统的演变是影响区域大气环境的活跃因素。区域大气环境质量具有区域性同步演变过程特征,其变化与气压系统演变规律有明显相关性。 定义API值从谷值逐日增加到峰值再下降到谷值状态称为一次环境污染过程。对区域城市群大气污染过程影响分析结果表明：不利于污染扩散的天气形势对应着API值的增量,环境过程中每天的增量累积成为环境过程终端的污染物浓度峰值。根据大量统计和诊断研究,秋冬季节的天气形势影响边界层内的大气环境质量,API值上升阶段、峰值阶段、下降阶段其对应的天气形势分别为持续数日的大陆高压均压场、相继出现的低压均压区,及锋后的高气压梯度场。 夏秋季节影响我国区域性大气环境质量的主要天气系统为台风和副热带高压(副高)。根据2002-2006年台风在我国近海北上期间,大陆大气环境首要污染物PM10的区域性环境资料和相关气象资料的分析,发现沿海城市和内陆城市都出现明显的重污染过程。 根据2002年-2006年大气环境监测资料的日均值和日增(减)量分布图,同时对副高进行诊断分析,发现其时空演变对我国区域大气环境质量有十分重要的影响,这种影响主要是形成的高压均压场对污染物有累积效应,也出现污染物的汇聚,而其周边流场对区域污染物有输送作用。此外,天气系统的降水分布又对大气污染物有清除的作用。本论文选择典型个例,进行了剖析研究。在地面高压或500hPa高度上5880位势米等高线控制区内,造成大范围的静稳型区域性污染物的增量过程。在副高周边地区的雨区内经常是PM10的谷值期。 进一步分析华北区域大气环境过程中主要天气型及污染物输送路径,以典型大气环境过程为例进行讨论,发现区域城市群API值上升阶段,以西南输送路径为主,API值下降阶段受纬向锋区影响以东北气流为主污染物从北向南扩散,区域内各城市空气质量好转。受地形和天气型影响,西南方向的输送通道是引起北京大气污染过程的主要通道。对上述事实和规律进行了理论分析与WRF数值模拟。模拟结果表明大尺度高压及低压弱气压场垂直结构特征及长时间持续是区域污染过程形成的主要原因：台风系统影响的边缘及内陆地区的环境背景场非常有利于污染物的累积,与诊断结果一致。WRF能较好模拟出华北地区不同尺度大气系统及其垂直结构,补充了气象站观测资料之不足。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.2.1区域污染研究现状

1.2.2气象因素对大气污染影响的研究进展

1.2.3气象模式的研究进展

1.2.4空气质量模式的研究进展

1.3本选题的主要研究内容与重点

第2章气压系统与环境过程相关关系的统计研究

2.1统计结果

2.1.1秋冬季节的统计结果

2.1.2春夏季节的统计结果

2.2理论基础

2.2.1天气系统特征

2.2.2高层大气中的长波

2.2.3大气长波与地面系统

2.2.4地面系统的特征分析

2.2.5大气环境过程与气压系统的对应演变关系

2.3小结

第3章秋冬季节空气质量演变与气压系统的关系

3.1数据和基本定义

3.2环境过程及天气型关系研究

3.2.1典型环境过程1(2002.12.2-2002.12.12)

3.2.2典型环境过程2(2002.12.8-12.24)

3.2.3典型环境过程3(2005.01.03-01.07)

3.3小结

第4章台风系统对区域大气环境质量的影响

4.1台风系统的介绍

4.1.1台风的结构

4.1.2台风的移动路径

4.2台风彩蝶、卡努对我国大气环境质量影响的诊断分析

4.3台风森拉克对我国大气环境质量影响的诊断分析

4.4小结

第5章副热带高压对区域大气环境质量的影响

5.1副热带高压介绍

5.1.1副热带高压的成因

5.1.2副热带高压的垂直结构

5.1.3副热带高压的强度和位置变化

5.2典型环境过程1(2005.8.26-9.1)

5.3典型环境过程2(2002.7.29-8.6)

5.4典型环境过程3(2004.8.4-8.13)

5.5典型环境过程4(2005.7.11-7.24)

5.6典型环境过程5(2006.8.9-8.31)

5.7小结

第6章中小尺度系统对大气环境过程的影响

6.1中小尺度系统相关介绍

6.2区域环境过程

6.3 API值上升阶段大尺度环境背景场特征分析

6.4 API值下降阶段的锋区和输送通道

6.5环境过程中气象形势统计分析

6.6小结

第7章数值模拟

7.1 WRF模式

7.1.1模式的动力框架

7.1.2模式的物理方案

7.1.3模式所需数据及其设置

7.2模拟结果

7.2.1气压、风场及其垂直结构

7.2.2台风数值模拟

7.2.3副热带高压数值模拟

7.3小结

第8章结论与展望

8.1结论

8.2展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢