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上海市大气能见度研究

段玉森  
【摘要】:通常的能见度是指水平能见度,即视力正常的人在当时天气条件下,能够从天空背景中看到和辨认出目标物(黑色、大小适度)的最大水平距离;夜间则是指能看到和确定出的一定强度灯光的最大水平距离。 众所周知,能见度是一种复杂的大气现象,与空气质量和气象条件密切相关。研究发现能见度与吸湿性的颗粒状污染物和相对湿度密切相关,特别是硫酸盐颗粒潮解起着重要作用;就天气背景而言,能见度往往是大、中、小尺度天气系统和包括大气化学反应的空气污染过程共同作用的结果;考虑特定的沿海城市背景,还需着重考虑不同天气条件下,城市热岛环流和海陆风对不同粒径的气溶胶输送及光化学烟雾形成的影响。 为了搞清沿海城市能见度变化的物理化学机制,本论文通过对1998~2002年5年能见度和气象资料、污染资料的分析,对能见度本身的变化特征及其影响因子特别是由气—粒转化大气化学过程产生的二次粒子做了深入探讨,在此基础上开发了基于系统辨识理论的上海市水平大气能见度预报模式。具体工作及结果如下: 1、本市能见度的变化与气象条件和污染排放有着较大的关系。在一天中,以早晨为最差,午后为最好,其日变化十分明显,这种变化特征与气象条件尤其是对流混合层高度的变化密切相关。在月变化方面,一年中的7月~10月为最好季节。 2、影响能见度的空气污染因子,不仅包括一次源,还应包括经由气-粒转化化学反应而产生的硫酸盐、硝酸盐等二次污染粒子。引入气—粒转化化学反应模式,更加贴近能见度变化过程的大气物理和化学机制。 3、通过探讨由气相H_2SO_4,HNO_3,NH_3和H_2O形成二次气溶胶的理论,建立了气-粒转化模型,模式考虑了两个方面的化学反应机制,即:SO_2转化为SO_4~(2-);NO_x(包括NO+NO_2)物质转化为NO_3~-的化学反应机制。利用此模式的个例计算结果表明,SO_2和NO_x的转换率以及硝酸的形成率均随温度升高而增大,得到了与北京(2.3%/h)和广州(2.9%/h)夏季观测值比较一致的结果。 4、利用因子分析方法,将影响能见度的诸多因子归纳总结为6类公因子,即:(1)公因子F1,代表常规气象因子;(2)公因子F2,代表污染因子;(3)公因子F3,代表气粒转化速率因子;(4)公因子F4,代表绝对湿度因子;(5)公因子F5,代表云量因子:(6)公因子F6,代表风向、风速和稳定度因子,以反映污染物质的扩散和运移能力,简化了模型结构。 5、基于系统辨识理论的水平能见度预报模式考虑了气象以及污染因子对能见度的影响,考虑了能见度预报方程中预报历史对当次预报结果的影响,根据三


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