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《山东师范大学》 2018年
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济南城市群采暖季大气流场及其对污染物输送影响模拟研究

李厚宇  
【摘要】:济南城市群位于山东省西北部,区域流场较为复杂,一旦遇到不利的大气扩散条件,容易形成大面积持续性的污染带,尤其是进入采暖季以后。本文通过数值模拟和统计分析等方法,分析了济南城市群采暖季大气平均流场特征和污染物时空分布特征,初步探讨了采暖季典型污染过程中大气流场演变和污染物输送规律。主要研究结果如下:济南城市群采暖季近地面流场主要受蒙古高压、阿留申低压的影响,分为偏北气流东支、偏北气流西支和南部反气旋式气流三部分。850hPa流场主要受西伯利亚的冬季风的影响,整个区域均为西北气流。鲁中山区西北方向与鲁西北平原相接,地形坡度较大,对近地面的气流的阻挡作用影响很大。济南城市群PM2.5和SO2浓度总体呈逐年下降趋势。2016年区域PM2.5平均浓度为98μg/m3,较 2012 年下降 25.8%,S02 平均浓度为 46μg/m3,较 2012 年下降 59.5%。PM1o和N02也出现下降趋势。济南城市群PM2.5和S02浓度有明显的季节变化,PM2.5浓度冬季最高,春季次之,然后是秋季,浓度最低的是夏季。S02浓度冬季和春季较高,然后是秋季,浓度最低的是夏季。济南城市群七市采暖季六种基本污染物均出现比较明显的日变化特征。其中PM2.5、S02和NO2日变化特征各地有所差异。PM2.5和S02均出现双峰双谷型和单峰单谷型,NO2分为双峰双谷型和单谷型。各城市PM10、CO和03浓度日变化特征一致,PM10为双峰型,CO为单峰单谷型,O3为单峰型。整体来看,济南城市群区域内污染物浓度日变化趋势具有一定的相似性。从大气流场变化来看,2017年1月份平均流场与同期相比,东亚大槽偏弱,以纬向环流为主,导致我国冷空气较弱,更易出现雾霾天气。在850hPa高度,冬季风减弱,风向偏南,地面上到达济南城市群区域的气流较弱,冷空气在山脉北侧聚集,形成了一个高压中心。在山脉东北方向出现西南气流,使得进入城市群区域的偏北气流东支更早地向东偏转。从污染物分布变化来看,2017年1月份,PM2.5和PM10污染带整体北移,高浓度区域出现在聊城西部—淄博中部一线,PM2.5浓度达到120μg/m3以上,PM10浓度达到200μg/m3以上,较2016年同期有所下降。SO2和N02污染水平也有所降低,SO2高浓度区域仍然集中在淄博中部一带,区域浓度降至77μg/m3左右,NO2高浓度区域集中在淄博中部一带和济南—德州—聊城交界地带,区域浓度降至65μg/m3左右。从典型污染过程中可以看出,WRF模型的模拟流场和实际的监测资料所体现的天气过程基本一致。可以认为WRF模型的模拟流场和实际的监测资料都能用来描述本次污染过程大气流场的变化特征。典型污染过程前期,污染物快速累积的主要原因为高空平直的西风环流、850hPa高度西南输送通道带来大量的水汽、区域上空发生的高湿气团沉降过程、地面的低风速和风向切变。在污染阶段,静稳天气过程中,污染带沿近地面气流方向移动。在清除阶段,强冷空气清除从近地面开始,逐渐向高空发展,对污染物的清除作用是分层次阶段性的。期间,弱冷空气过程和湿度下降导致了颗粒物浓度降低,而逆温层的维持使得颗粒物集中在近地面分布。济南城市群在采暖季中的静稳天气过程期间一般存在以下三种高浓度污染带。第一种是由于地面风向切变形成的切变型污染带。多见于地面风向切变的平原地带,污染带分布与风向变化具有一定的滞后性。第二种是由于冷锋过境形成的冷峰前型污染带。这种污染带随冷锋移动位置发生变化,只存在于冷锋过境过程中,在冷锋较弱时冷峰前型污染带经常存在于聊城西部—淄博中部一线。第三种是由地形特征形成的地形型污染带,主要出现在莱芜地区。
【学位授予单位】:山东师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X51;X16

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