Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 西北地区沙尘天气的数值模拟及其对典型城市大气环境影响的研究 | |
| 刘筱冉 | |
| 出版年 | 2018 |
| 学位类型 | 硕士 |
| 学位授予单位 | 兰州大学 |
| 中文摘要 | 沙尘天气作为一种灾害性天气,分为浮尘、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴和特强沙尘暴五类。沙尘天气对区域和全球气候变化产生重要改变,并对空气质量、人类健康和交通安全等造成严重影响。沙尘天气是目前我国迫切需要解决的问题之一,因此,加强对沙尘天气的研究具有十分重要的现实意义。本文首先利用WRF-Chem空气质量模式,耦合五种不同的起沙参数化方案,对发生在西北地区的沙尘过程进行数值模拟,通过与观测资料的对比分析,验证了WRF-Chem模式对沙尘过程的模拟能力,分析了五种不同起沙参数化方案下模式对沙尘过程模拟的异同点;其次,通过调整Shao11起沙参数化方案下起沙通量公式中关键参数的取值,并分析了不同土壤湿度对沙尘过程模拟的影响,找出适合西北地区的起沙参数最佳配置和土壤湿度的初值场;最后,探讨了沙尘天气对兰州市空气质量的影响。主要结论如下:(1)耦合了GOCART、AFWA、Shao01、Shao04和Shao11五种不同起沙参数化方案的WRF-Chem模式均较好地再现了沙尘浓度的时空演变特征、主要的起沙区域和沙尘传输过程。与GOCART和AFWA两种起沙方案下的模拟结果相比,Shao01、Shao04和Shao11三种起沙方案下模拟的沙尘分布范围更广,在部分地区,沙尘浓度和起沙通量值更大。五种方案下模拟的沙尘源区和影响区代表城市PM_(10)质量浓度时间变化特征与站点观测结果也十分接近,但对于不同的沙尘过程,不同起沙方案下各站点模拟的PM_(10)质量浓度峰值与观测峰值均存在一定的差异,总体来看,采用Shao11方案的WRF-Chem模式对沙尘过程期间PM_(10)质量浓度的模拟结果要优于GOCART、AFWA、Shao01和Shao04四种方案。(2)与粒径分布有关的权重因子γ和起沙调整因子c的变化对模式模拟的沙尘和起沙通量的分布范围均无明显影响,但对沙尘浓度、起沙通量和PM_(10)质量浓度值的影响较大。随着γ值的减小,沙尘浓度、起沙通量和PM_(10)质量浓度值均在增大。与γ=0.5或0相比,γ=1时模式对PM_(10)质量浓度的模拟能力最好。随着c值的减小,沙尘浓度、起沙通量和PM_(10)质量浓度的模拟值也在减小。与c=1.5或1相比,c=2.6时模式具备更好的模拟能力。(3)在西北地区,GLDAS资料中的表层0~10cm土壤湿度大小整体偏低于NCEP,GLDAS资料中的土壤湿度一般为0.32m~3/m~3以下,而NCEP资料中的土壤湿度为0.08~0.48m~3/m~3。GLDAS资料下模式模拟的沙尘和起沙区域的分布范围更广,沙尘浓度、起沙通量和PM_(10)质量浓度值更大。这是由于GLDAS资料提供的土壤湿度偏低,临界摩擦速度也因此偏低,在相同的风速条件下,GLDAS资料下模式模拟出更多的沙尘排放。NCEP资料下的土壤湿度对沙尘过程期间PM_(10)质量浓度的演变特征具备更好的模拟能力。(4)兰州市沙尘天气期间,气态污染物SO_2、NO_2和CO浓度的演变分置换和叠加型两种情况。置换型为受强冷空气活动的影响,近地面为东北方向大风、低温和高压,SO_2、NO_2和CO浓度显著减小,沙尘源地主要为南疆盆地的塔克拉玛干沙漠和青藏高原北部地区,影响气流多为1500~6000m高空西北气流。叠加型为受弱冷空气活动的影响,近地面为东北方向弱风,气温和气压无明显波动,初期PM_(10)和PM_(2.5)浓度上升,同时SO_2、NO_2和CO浓度略下降,而后PM_(10)和PM_(2.5)维持高值时,由于本地源气态污染物的持续积累,SO_2、NO_2和CO浓度上升。沙尘源地主要为内蒙古巴丹吉林沙漠和本地沙尘,影响气流多为1500m以下低空西北气流。WRF-Chem模式均较好地模拟出了置换型和叠加型沙尘天气期间PM_(10)质量浓度和气象要素的变化特征及沙尘源地。 |
| 中文关键词 | 起沙参数化方案 ; 数值模拟 ; 起沙参数 ; 土壤湿度 ; 空气质量 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | X16;P425.55 |
| 来源机构 | 兰州大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/354912 |
| 作者单位 | 兰州大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘筱冉. 西北地区沙尘天气的数值模拟及其对典型城市大气环境影响的研究[D]. 兰州大学,2018. |
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