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利用CB-IV机理在复杂地势下对O_3时空分布的数值计算研究

万显烈  
【摘要】:本文利用CB-IV机理在复杂地势下对O_3浓度的时空分布进行了数值计算研究。旨在了解在研究区域内(52km×37km)的典型日期中作为主要的光化学氧化剂的O_3在大气的化学反应中的行为,并探讨O_3的产生与前体物及气象条件的关系,藉以为制定控制O_3污染保护区域生态环境的对策提供科学依据。 本研究首先利用中尺度准静力动力学模式,采用地形追随的垂直坐标变换、大气平流扩散数值法,模拟(格距500m×500m)计算出能满足光化学污染计算模式的研究区域内复杂地势下的气象场。 同时利用污染源排放因子法对研究区域内的所排放VOCs、NOx、CO等污染物按照500m×500m的分辨率进行估算。污染源按照固定源、流动源、自然源进行分类,对各类源所排放VOCs、NOx、CO进行时间、化学分解,进一步做出了适于模式需求的高时空、高化学分辨率的排放源清单,揭示研究区域内各类污染物源排放分担贡献和时空分布特征。 在具有高分辨率的气象场和排放清单的基础上,根据CB-IV机理,利用Gear法求解由光化学反应速率组成的刚性常微分方程组,应用K理论计算出在1999年8月14日区域内的光化学污染的详细情况。计算出O_3、OH、HCHO、PAN、NO_2、NO等物质浓度随时间变化的规律,并将其与实测值进行比较分析,结果表明各监测点位计算值和实测值在时间序列和浓度水平上都吻合的很好。以青泥洼桥大气自动监测点所在的网格为指定区域,计算网格内O_3的生成特征,作EKMA等浓度曲线,其脊线的[VOCs]/[NOx]=6/1,斜率为1/6,从理论上找出降低光化学污染的应采取的策略。分别研究每一种单独类型源对O_3的生成贡献并模拟出其时空变化规律特征,结果表明污染源、地形和气象条件对O_3的地面浓度分布有较大影响。靠近污染源和地势较低、风速小时,污染物易于积累的地方O_3的浓度较大。固定源、流动源和自然源对O_3生成的影响不同,固定源和流动源对O_3浓度的影响与其位置有较好的对应。自然源的影响与其位置有偏差,并且O_3的最大值的产生时间也有所提前。 最后,对整个模拟计算过程的不确定性进行了讨论,对变量的敏感性进行了分析。


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