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闪电产生NOx排放量估算及基于伴随模型的源反演敏感性分析

金敏  
【摘要】:我国能源消费结构以煤为主,工业结构和布局不尽合理,使得我国城市大气污染保持在较高水平,城市机动车尾气排放增加导致氮氧化合物及气溶胶污染呈加重趋势。建立大气主要污染物的源排放清单可以掌握污染物排放的基本情况,为空气质量模式提供基础输入数据,为制定各种减排方案提供依据。本文尝试利用基于观测资料的估算法和伴随方法反演大气污染物排放量。 文中首先采用地闪定位资料、OMI卫星资料分别反演了我国闪电产生NOx的排放量分布以及我国各省NO2的排放量,结果表明:闪电的高发期为7、8月份,广州、武汉为闪电高发区;LNOx主要分布在25°N-40°N,105°N-125°N地区,其中以武汉、广州、成都、重庆、长沙、南京和南昌地区量值较大,最大值可达单位网格1.23×107g;7和8月份LNOx的产量明显高于其他几个月,8月份产量最高;此外,LNOx的分布具有明显的季节特征,春夏秋冬四季产量分别占总产量的4.8%、89.4%、5.3%以及0.5%,春季的LNOx主要出现在广州地区,夏季LNOx高值区分布北移,分布范围较广;秋季分布范围减小,最大值出现在广州地区,冬季产量明显变小,最大值出现在武汉的西南方向。卫星资料表明我国NO2垂直柱浓度的高值区集中在京津冀地区、长江三角洲、珠江三角洲地区;次高值区出现在四川、重庆、湖北西部以及新疆北部(以乌鲁木齐为中心)地区;河南、山东、山西、河北、江苏地区NO2排放量较大。利用观测资料的反演方法在一定程度上反应我国氮氧化物的排放情况,但这种方法的准确度很大程度上取决于观测资料的准确度,这就使得结果的精确度受到了限制。 此外,文中还尝试使用伴随方法,伴随方法是一种“自上而下”反演排放源的方法,它是基于大气化学模式构建的伴随模型,充分的考虑了模式中的物理化学过程,能高效的分析目标函数关于所有输入参数的敏感性,可以结合污染物浓度观测数据进行源-浓度之间的敏感性试验和反演源。文中首先利用伴随方法构建了大气化学模式GRAPES Cuace中气溶胶模块的伴随模型,在对构建好的伴随模块进行正确性测试后,结合北京城区(南郊站)和郊区(上甸子站)两个站点2010年1、4、7、10月黑碳气溶胶观测数据排放进行了数值模拟实验和源-浓度的敏感性分析。


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