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利用wrf-chem模式模拟分析人为气溶胶对台风Fitow(1323)强度及降水的影响

大气科学 2017年第5期41卷 960-974页

作者：沈新勇姜晓岑柳笛祖繁樊曙先南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室北京100029 耶鲁大学-南京信息工程大学大气环境中心南京210044 江苏省气象科学研究所南京210009 南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044

利用气象与化学模块在线耦合的模式wrf-chem V3.5(Weather Research and Forecasting Model coupled to chemistry Version 3.5)对1323号台风Fitow进行了模拟,设计无人为排放源、含人为排放源和人为排放源增加的三组模拟试验,对比分析... 详细信息

利用气象与化学模块在线耦合的模式wrf-chem V3.5(Weather Research and Forecasting Model coupled to chemistry Version 3.5)对1323号台风Fitow进行了模拟,设计无人为排放源、含人为排放源和人为排放源增加的三组模拟试验,对比分析了人为气溶胶对台风的影响。结果表明:人为气溶胶对台风移动路径影响较小。人为气溶胶增加,台风强度减弱,台风主体总累积降水量减少,靠近陆地阶段台风主体降水率减少。气溶胶的增多可提供更多的凝结核,台风外围云水增加,更多的云水可上升至冻结层以上形成过冷水,促进冰相粒子的形成,释放的潜热增加,使外围对流增强,降水增加。台风外围对流的发展,使低层入流的暖湿空气更多的在外围上升,向台风中心的入流减弱,眼墙的发展减弱,降水减少,台风强度减弱。台风外围的对流发展弱于眼墙的对流,降水仍以眼墙区为主,使累积降水量和降水率整体上表现为减少。

关键词：台风强度降水人为气溶胶 wrf-chem模式

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基于wrf-chem模式的呼和浩特市大气污染过程模拟及特征分析

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内蒙古大学学报（自然科学版） 2021年第4期52卷 371-380页

作者：程英楠刘东伟王杰马佳丽内蒙古大学生态与环境学院呼和浩特010021

本研究基于wrf-chem模式,利用环境监测资料、气象观测资料以及再分析资料,对2015年12月发生在呼和浩特大气污染过程进行数值模拟,着重分析了该过程中的气象影响因子以及污染物的时空变化特征。结果表明:(1)wrf-chem模式对气象因素的模... 详细信息

本研究基于wrf-chem模式,利用环境监测资料、气象观测资料以及再分析资料,对2015年12月发生在呼和浩特大气污染过程进行数值模拟,着重分析了该过程中的气象影响因子以及污染物的时空变化特征。结果表明:(1)wrf-chem模式对气象因素的模拟结果与实际观测值的相关性较高,相关系数均大于0.62。(2)wrf-chem模式能够模拟出主要污染物PM_(2.5)、PM_(10)、NO_(2)的时间变化趋势及空间分布特征。(3)气象条件在污染区聚集及扩散过程中起到重要作用,在小风或静风条件下,污染物的扩散能力减弱导致污染物堆积,较高的相对湿度也有利于污染物的凝聚。(4)HYSPLIT模式轨迹分析显示,此次重污染天气过程主要受西北地区气团南下影响,输送的主要污染物为PM_(10)。

关键词： wrf-chem模式大气污染数值模拟气象条件后向轨迹分析

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HONO形成机制在wrf-chem模式中的改进及其对京津冀地区空气质量的影响

HONO形成机制在WRF-Chem模式中的改进及其对京津冀地区空气质量的...

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作者：李颖中国科学院研究生院

学位级别：博士

OH和HO2合称HOx自由基，是大气中重要的氧化剂;作为OH自由基的重要来源之一，HONO可显著影响O3、NOy和PM2.5等污染物浓度，进而影响区域空气质量。HONO形成机制至今仍存在争议，多数空气质量模式无法模拟出HONO高浓度观测值。Lietal.(20... 详细信息

OH和HO2合称HOx自由基，是大气中重要的氧化剂;作为OH自由基的重要来源之一，HONO可显著影响O3、NOy和PM2.5等污染物浓度，进而影响区域空气质量。HONO形成机制至今仍存在争议，多数空气质量模式无法模拟出HONO高浓度观测值。Lietal.(2008)提出太阳光照下产生的激发态NO2(NO2*)与空气中水汽之间的反应（简称NO2*机制）是HONO白天来源之一，该反应在NOx(=NO+NO2)高排放地区可能具有重要影响。非均相化学过程作为HONO夜间主要来源，也是大气化学研究的关键问题之一。\n 论文首先将HONO新增源，即HONO源排放、NO2*机制以及NO2在气溶胶表面的非均相反应，耦合到区域空气质量模式wrf-chem，评价了耦合HONO新增源模块后wrf-chem的模拟能力。结果表明HONO新增源可显著改进HONO模拟效果，非均相反应是HONO最主要来源。O3、NO2以及NOy的模拟也有改进。HONO新增源对HOx、O3以及NOy浓度影响显著，可增加HOx浓度，提高O3峰值浓度并降低NOy中气态物种的浓度。HONO新增源在北京、天津以及石家庄等NOx高排放地区影响更大。\n 然后，讨论了HONO新增源对PM2.5浓度的影响。结果表明HONO新增源可显著提高京津冀地区PM2.5及其主要无机组分的月均、日均和时均浓度。京津冀地区NO3、NH4+、SO42-、PM2.5月均浓度分别增加了10～50％、10～40％、6～10％、和3～10％。NO3-、NH4+、SO42-等浓度增加的同时，易发生吸湿性增长，从而降低大气能见度，在静稳天气条件下，可诱发灰霾。由此提出了HONO新增来源影响灰霾形成的概念模型。HONO新增来源，特别是NO2*机制与NO2在气溶胶表面的非均相反应可加强O3与PM2.5之间的化学耦合。考虑HONO新增来源后，O3与PM2.5白天平均浓度增加量之间的相关系数在京津冀大部分地区大于0.6，在主要城市地区以及渤海湾大于0.8。\n 进而，分析了HONO新增源对NOy沉降量的影响，结果表明HONO新增来源可显著影响NOy各组分的干沉降量:NO2干沉降量显著减少，NO、HNO3、HONO、PAN以及硝酸盐等干沉降量在京津冀大部分地区有所增加。HONO干沉降增加量大于500％;NO3-干沉降量增加了5～30％;PAN干沉降量在北京、天津等地增加了10～15％;NO干沉降量增加约10％;HNO3干沉降量在北京、天津等地增加了6％。HONO新增来源中，气溶胶表面的非均相反应对NOy各组分干沉降量的影响最大。\n 最后，通过改变NOx、VOC以及NH3排放量的比例，探讨了HONO新增源对PM2.5和O3控制措施的影响。在NOx、VOC和NH3三者中，削减NOx排放量对减少PM2.5浓度最为有效，NH3的减排效果居其次。同时大量削减NOx与VOC排放量可有效降低O3在京津冀地区的峰值浓度。同时大量削减NOx、VOC和NH3的排放量是控制PM2.5和O3浓度最有效的措施。在相同减排情景下，考虑HONO新增来源时PM2.5和O3浓度的下降比例均大于忽略HONO来源时降低的比例，说明HONO来源增强了PM2.5和O3浓度减控的有效性。\n HONO新增来源对HOx、O3、NOy、PM2.5浓度以及NOy沉降量产生显著影响的根本原因是HONO新增源增加了大气中OH的浓度，进而使大气光化学活性增强。HONO新增来源对O3等污染物浓度的显著影响表明区域空气质量模式应考虑HONO新增来源，特别是在NOx和PM等污染物排放量较高的城市地区。HONO新增源可显著增强O3与PM2.5之间的化学耦合，表明O3与PM2.5的控制措施应结合考虑，协同防控。

关键词： HONO新增源形成机制非均相反应 PM2.5浓度 wrf-chem模式空气质量

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应用wrf-chem模式研究气溶胶与气象参数在天气时间尺度上的相互作用

应用WRF-Chem模式研究气溶胶与气象参数在天气时间尺度上的相互作...

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作者：廖礼中国科学院大学

学位级别：博士

大气气溶胶作为大气中的重要组成部分，通过直接和间接辐射效应影响天气，能够减少太阳辐射从而使地面气温降低。气象参数的变化同样也能够影响气溶胶浓度，例如静稳的天气系统导致了强灰霾事件的发生，而灰霾中高浓度的气溶胶的辐射效... 详细信息

大气气溶胶作为大气中的重要组成部分，通过直接和间接辐射效应影响天气，能够减少太阳辐射从而使地面气温降低。气象参数的变化同样也能够影响气溶胶浓度，例如静稳的天气系统导致了强灰霾事件的发生，而灰霾中高浓度的气溶胶的辐射效应对气象参数的影响又能进一步加重灰霾污染。本论文应用wrf-chem(the Weather Research and Forecasting Model)模式研究中国东部地区气溶胶与气象参数的相互作用。\n 本论文首先研究了中国东部地区气溶胶及其部分组分（硫酸盐、硝酸盐和黑碳气溶胶）在天气时间尺度下的辐射强迫和对地面气温的影响。5个无明显降水时间段（2006年08月23～25日，2008年11月10～12日，2008年12月16～18日，2009年01月15～17日和2009年04月27～29日）的模拟显示，气溶胶浓度呈现显著的白天低，夜间高的日变化特征，且北方区域(29.8°～42.6°N，110.2°～120.3°E)平均PM2.5近地面浓度（40～80μgm-3）高于南方区域(22.3°～29.9°N，109.7°～120.2°E，30～47μg m-3)。气溶胶对地面2m温度（地面气温）有明显的降温效果，在早上8时和下午17时左右最为显著，最高可降低约0.2～1K，同时气溶胶的参与改善了模式对地面气温的模拟。本论文还通过对2006年8月23～25日一次个例的模拟，定量分析了气溶胶及其部分组分（硫酸盐、硝酸盐和黑碳气溶胶）的总天气效应（直接效应+间接效应）、直接效应和间接效应分别对到达地面的短波辐射和地面气温的影响。北方区域平均气溶胶直接效应所造成的短波辐射强迫要高于南方区域，分别为-11.3Wm-2和-5.8Wm-2，导致地面气温分别降低了0.074K和0.039K。南方区域平均气溶胶间接效应所产的短波辐射强迫高于北方区域，分别为-14.4Wm-2和-12.4Wm-2，引起的地面气温的改变分别为-0.094 K和-0.035K。对于气溶胶组分，硫酸盐气溶胶的直接效应和间接效应的作用相当，其总效应在北方和南方区域平均短波辐射强迫分别为-7.0Wm-2和-10.5Wm-2，对地面气温的影响为-0.062K和-0.074K，而硝酸盐气溶胶的作用略小。黑碳气溶胶使得北方和南方区域平均到达地表的太阳短波辐射分别减少了6.5Wm-2和5.8Wm-2，而地表气温则分别增加了0.053K和0.017K。\n 论文的第二部分研究了2013年1月11～14日期间，中国东部地区尤其是华北东部，河南，山东等地区（31.6°～41.0°N，112.0°～119.4°E）爆发的一次严重的灰霾污染。由于排放清单对黑碳和有机碳排放的低估，我们把黑碳和有机碳的排放均乘以4倍。较低的近地面风速（平均约3.9ms-1），较低的边界层高度（平均约300m），高相对湿度（平均约71.8％）和逆温等气象条件对这次灰霾的形成起到了重要作用。PM2.5，黑碳气溶胶和散射性气溶胶浓度在14日达到最高，最高值分别为195μg m-3，51μg m-3和144μg m-3，气溶胶短波辐射强迫约为-101～-41Wm-2，使得地面气温降低了约0.81K。散射性气溶胶使地面气温降低而黑碳气溶胶使边界层高度大气增温的现象导致了逆温的加剧，而这进一步导致了边界层高度的降低（最高约188m），从而引起了污染的加剧。气溶胶及其中的黑碳气溶胶和散射性气溶胶反馈分别使PM2.5浓度最高增加了约25μgm-3(18％),20μgm-3(14％)和6μgm-3(5％)。\n 论文的第三部分研究工作定量分析这次灰霾事件中黑碳气溶胶辐射效应对气溶胶浓度的影响。控制试验(CTRL)中模式模拟的黑碳气溶胶和PM2.5平均近地面质量浓度的最高值分别约为8～16μg m-3和80～100μgm-3。随着黑碳排放相对于CTRL试验分别乘以2(2BC)，3(3BC)和4倍(4BC)，黑碳气溶胶浓度逐渐增高，其辐射效应导致逆温逐渐增强，边界层高度逐渐减低，并在4BC中最为显著。黑碳气溶胶辐射效应使气溶胶浓度在天津(Dom1)和河南南部(Dom3)区域显著升高，但是在河北南部(Dom2)区域降低。相对于CTRL试验，4BC中PM2.5浓度在Dom1，Dom2和Dom3中的平均变化分别为+18.6μg m-3(+32.3％)，-5.7μgm-3（-7.3％）和+7.2μgm-3(+12.6％)。黑碳气溶胶的增加导致边界层高度的降低（约30～40m）是Dom1和Dom2区域PM2.5浓度升高的主要因素。Dom2区域气溶胶浓度的降低比较复杂，850hpa风场幅合的减少使得所有气溶胶物种浓度均有减少，并且近地面臭氧和相对湿度的降低（约3 ppb和1.5～2.0％）也对硫酸盐和硝酸盐气溶胶

关键词：大气气溶胶气象参数 wrf-chem模式中国东部地区

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基于wrf-chem模式的福岛核事故资料同化和模拟分析

基于WRF-Chem模式的福岛核事故资料同化和模拟分析

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作者：王溢婕国防科技大学

学位级别：硕士

核事故会导致大量的放射性核素释放,危害国家社会以及自然环境。由于观测资料的匮乏、模式和资料同化技术限制等原因,目前对于核素扩散预报的准确率较低。本文的主要研究内容是基于wrf-chem（Weather Research and Forecasting model co... 详细信息

核事故会导致大量的放射性核素释放,危害国家社会以及自然环境。由于观测资料的匮乏、模式和资料同化技术限制等原因,目前对于核素扩散预报的准确率较低。本文的主要研究内容是基于wrf-chem（Weather Research and Forecasting model coupled to chemistry）核素参数化模式,利用核素比活度浓度观测资料,以放射性核素Cs-137为控制变量,设计适用于核素的一般同化和对数同化两种变分同化方案;并选取日本福岛地区2011年3月15日核污染分布较广时间段的个例开展三维变分同化（3-Dimensional Variational Assimilation）和预报试验研究。利用NMC方法对放射性核素Cs-137变量统计背景误差协方差,结果表明,水平相关系数随距离增加而减小,水平衰减尺度约为21km;背景误差标准差垂直廓线在边界层以内迅速衰减,在13层以上接近于0;垂直相关在边界层内比较强,第5层与地面层的相关系数可以达到0.5以上。理想场试验结果表明,对Cs-137浓度的直接同化能够使观测信息向四周传播,但当不同站点观测资料量级相差比较大时,小量级观测信息在同化分析场中无法体现。而Cs-137浓度的对数变换同化能够克服这一问题,但同化分析场中大量级观测点位置浓度偏低。对福岛核事故2011年3月15日资料分析发现,32个站点Cs-137浓度数量级从10～10～2Bq/m,为正偏态分布,90%的数值都在50 Bq/m以下,Cs-137浓度对数变换后的数据接近正态分布。以3月15日06时为初始预报时次,对Cs-137浓度直接同化试验表明,同化后初始场的均方根误差由1.38 Bq/m降低到0.08 Bq/m,相关系数由0.57提升到0.98,平均偏差由0.8 Bq/m降低到0.01 Bq/m,FAC2/5/10分别由0.24、0.52和0.67提升到1;核素同化对预报结果也有明显改进,从3月15日06时到23时,平均的均方根误差降低17%,相关系数提高16%,平均偏差降低18%,FAC2、FAC5、FAC10分别提高67%、32%和17%,特别在前10小时同化对预报的改进效果显著,FAC2、FAC5、FAC10平均提高122.2%、51.9%、30.0%。Cs-137浓度对数变换同化对初始场的改进效果略低于直接同化,但对后续预报的改进效果更好,从3月15日06时23时,平均的均方根误差降低29%,相关系数提高20%,平均偏差降低37%,FAC2、FAC5、FAC10分别提高67%、49%和27%,同化有效时长在18小时以上,其中前10小时FAC2、FAC5、FAC10平均提高113.3%、82.4%、69.2%。

关键词：核污染扩散放射性核素 wrf-chem模式三维变分同化对数变换同化方案

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改进气象场模拟对wrf-chem模式模拟河谷地形颗粒物浓度影响的研究

改进气象场模拟对WRF-Chem模式模拟河谷地形颗粒物浓度影响的研究

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作者：秦闯兰州大学

学位级别：硕士

利用空气质量模型准确模拟颗粒物浓度,以量化各类排放源对空气质量的贡献率,是深度治理大气污染、精准施策的基础。排放源不变的条件下,气象场模拟对空气质量的模拟效果有重要影响。本文从提升气象场模拟准确性角度,改进环境空气质量模... 详细信息

利用空气质量模型准确模拟颗粒物浓度,以量化各类排放源对空气质量的贡献率,是深度治理大气污染、精准施策的基础。排放源不变的条件下,气象场模拟对空气质量的模拟效果有重要影响。本文从提升气象场模拟准确性角度,改进环境空气质量模拟效果。首先,利用wrf-chem模式常用配置方案（MYJ边界层参数化方案、USGS土地利用类型数据和NCEP再分析资料,基准情景）模拟了2019年12月天水市主城区的颗粒物浓度,并检验了模式对河谷城市气象场及颗粒物浓度的模拟能力;其次,从边界层参数化方案、改变下垫面特征和模式初始场三个方面设置对比方案,研究不同气象场对空气质量模拟结果的影响;最后,选取模式模拟结果较好的方案进行组合,交叉检验各种方案对颗粒物的模拟效果,定量评估改进气象场模拟对空气质量模拟效果的改善程度。（1）采用天水本地高分辨率清单与MEIC清单融合的排放源清单,利用wrf-chem模式模拟的近地面气象场和颗粒物浓度与观测值具有较好的一致性,模式模拟结果可信。（2）不同边界层参数化方案模拟的气象场存在显著差异。四种边界层参数化方案中,MYJ方案与QNSE方案对于天水市主城区近地面温度的模拟效果优于YSU方案和MYNN2.5方案;MYNN2.5方案对主城区近地面风速的模拟效果最优,YSU方案与MYJ方案次之,QNSE方案模拟效果最差;MYNN2.5方案对于天水市主城区近地面颗粒物浓度的模拟效果最好,MYJ方案与YSU方案次之,QNSE方案最差。（3）分别利用USGS和天水市2017年城市用地数据,同时考虑城市冠层（UCM）方案进行模拟的结果表明:采用分辨率更高的天水市城市用地数据,模式对天水市主城区近地面温度的模拟效果有一定改进,但模拟的近地面温度依然存在低估现象;对近地面风速、颗粒物浓度的模拟效果未出现显著的改进。（4）分别采用NCEP-FNL和ERA5两种再分析资料进行数值模拟的研究结果表明:利用ERA5再分析资料模拟的近地面温度、风速和颗粒物浓度与观测值更为一致,并明显的改进了NCEP-FNL对近地面温度模拟偏低的现象。（5）采用ERA5再分析资料的不同边界层参数化方案模拟结果表明:QSNE-ERA5方案对近地面温度模拟效果最好,MYNN2.5-ERA5方案对近地面风速模拟效果最好;QSNE-ERA5方案对颗粒物浓度的模拟效果最好,相较于基准情景,该方案PM10浓度模拟值与监测值的相关系数由0.402提升至0.421,PM2.5浓度模拟值与监测值的相关系数由0.328提升至0.389。

关键词：颗粒物浓度改进气象场 wrf-chem模式边界层参数化方案初始场改进模拟效果

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基于wrf-chem模式研究核污染的扩散沉降特征

基于WRF-Chem模式研究核污染的扩散沉降特征

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作者：龙群南京信息工程大学

学位级别：硕士

核爆炸或核泄漏产生的放射性核素通常以气溶胶和气态污染物的形式扩散,在大气环流的作用下会造成大范围的核污染,严重危害人类健康和自然环境。由于核素观测资料的匮乏、模式技术限制等原因,目前区域尺度核污染扩散预报的准确率比较低... 详细信息

核爆炸或核泄漏产生的放射性核素通常以气溶胶和气态污染物的形式扩散,在大气环流的作用下会造成大范围的核污染,严重危害人类健康和自然环境。由于核素观测资料的匮乏、模式技术限制等原因,目前区域尺度核污染扩散预报的准确率比较低。本研究基于大气化学模式wrf-chem（Weather Research and Forecasting model coupled to chemistry）,添加了考虑平流、湍流扩散、干沉降、湿沉降等过程的具有长期环境效应的放射性核素铯（Cs-137）变量,实现了对核素Cs-137浓度和沉降量的空间分布模拟,为提高核污染预报预警的准确率提供新思路和方法。针对核素Cs-137设计了控制（无沉降）试验和沉降试验两组对比试验,对福岛核事故的高排放期间（2011年3月11-17日）进行了试验模拟研究。结果表明:放射性核素Cs-137的干、湿沉降主要受风场和降水的影响,沉降区域主要在日本福岛、关东地区以及日本东侧海域。与控制试验相比,沉降试验中放射性核素Cs-137的垂直扩散高度均低于控制试验。15日18 UTC,控制试验放射性核素Cs-137最高扩散至12.5 km高度,沉降试验中放射性核素Cs-137最高能够上升到10.2 km高度。沉降试验的检验结果均优于控制试验。与控制试验相比,沉降试验中放射性核素Cs-137的平均偏差降低了0.47 Bq·m-3,均方根误差降低了2.96 Bq·m-3,相关系数提高了0.24,空气比活度提高了0.22。基于wrf-chem模式添加了四个粒径段（Ces1:0～1μm,Ces2:1～5μm,Ces3:5～10μm,Ces4:大于10μm）的放射性核素铯Cs-137变量,设计单一粒径段（EX＿SIN）试验和多粒径段（EX＿MUL）试验分别模拟2011年3月11-17日日本福岛核事故后核素Cs-137在大气中的扩散过程。结果表明,EX＿SIN试验的放射性核素Cs-137的垂直扩散高度略高于EX＿MUL试验放射性核素Cs-137的垂直扩散高度。15日18 UTC,EX＿SIN试验的放射性核素Cs-137最高扩散至10.1 km,EX＿MUL试验最高扩散高度为9.4 km高度。EX＿MUL试验的检验结果优于EX＿SIN试验,与EX＿SIN试验相比,EX＿MUL试验中放射性核素Cs-137的平均偏差降低了0.40 Bq·m-3,均方根误差降低了1.53Bq·m-3,相关系数提高了0.04,空气比活度提高了0.02。

关键词：放射性核素 wrf-chem模式大气传输地面沉降

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利用wrf-chem模式模拟研究人为排放对台风Fitow（201323）的影响

利用WRF-Chem模式模拟研究人为排放对台风Fitow（201323）的影响

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作者：姜晓岑南京信息工程大学

学位级别：硕士

利用气象与化学模块在线耦合的模式wrf-chemV3.5对201323号登陆我国福建省的台风Fitow进行了模拟,通过改变人为排放源的强度设计进行了无人为排放源、含正常人为排放源、人为排放源增加的三组试验,在确定含正常人为排放源的控制试验模... 详细信息

利用气象与化学模块在线耦合的模式wrf-chemV3.5对201323号登陆我国福建省的台风Fitow进行了模拟,通过改变人为排放源的强度设计进行了无人为排放源、含正常人为排放源、人为排放源增加的三组试验,在确定含正常人为排放源的控制试验模拟的台风路径、强度和降水与实况较为接近的情况下,对比三组试验的结果,分析人为气溶胶增加对Fitow的路径、强度和降水的影响及产生影响的原因。结果表明:人为排放对台风Fitow的路径影响较小。人为气溶胶增加,Fitow在靠近陆地阶段强度减弱明显;整个模拟时段台风主体总累积降水量减少,靠近陆地阶段台风主体的降水率减少。台风主体区域,眼墙区累积降水量明显减少,外围区域降水量增加。人为排放强度增大,台风活动区域气溶胶浓度增加,对于台风主体,外围区域的气溶胶浓度增加明显。增多的气溶胶提供了更多的云凝结核,台风外围的云滴数浓度、云水混合比增加,更多的云水可发展至冻结层以上,利于冰雪和霰粒子的形成,使冰相粒子在外围增多,利于雨水增加。台风外围水成物的增加,利于微物理转化过程的进行,使台风外围冻结层附近微物理潜热加热增加,促进了对流的发展,为外围降水提供了有利条件。台风外围对流的发展,使在外围上升的低层入流暖湿气流增多,而向台风内核的入流减弱,不利于眼墙的对流发展,水成物粒子减少,眼墙的降水减少,台风强度减弱。对于台风主体,外围的对流发展仍然弱于眼墙,降水仍然以眼墙区为主,在液态水路径和冰水路径上都有体现;所以眼墙区降水的减少使台风主体的累计降水量和降水率表现为减少。减弱的台风表现出暖心减弱,水平结构上眼区不闭合,结构变得分散,眼墙区的气旋式旋转减弱。

关键词：台风强度降水人为气溶胶 wrf-chem模式

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基于wrf-chem模式的EnSRF气溶胶浓度和激光雷达消光系数同化研究

基于WRF-Chem模式的EnSRF气溶胶浓度和激光雷达消光系数同化研究

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作者：张振东南京信息工程大学

学位级别：硕士

本文基于wrf-chem模式的MOSAIC（Model for Simulating Aerosol Interactions and chemistry）气溶胶参数化方案,利用集合平方根滤波（Ensemble Squaer Root Filter EnSRF）方法和IMPROVE（The Interagency Monitoring of Protected Visual Environments）方程,构建了可同时同化地面气溶胶浓度以及激光雷达气溶胶消光系数观测的资料同化系统。利用该系统进行了地面气溶胶浓度以及激光雷达气溶胶消光系数观测的理想试验,分析了同化增量的特征。在水平方向和垂直方向上,同化增量均自观测位置向四周传播递减,并呈现流依赖的各向异性特征。协方差局地化对比试验表明,不同的水平和垂直截断距离对同化效果具有较大影响。在对流层中高层,选择更大的水平截断距离会得到更好的同化效果。针对2019年2月28日至3月2日京津冀地区的一次重污染过程,进行了同化地面气溶胶质量浓度（DA＿aerosol）、同化激光雷达消光系数（DA＿bet）以及同时同化两种观测（DA＿all）的初始场同化试验。结果表明,三组同化试验均能有效改进初始场地表PM2.5浓度以及分布,同化后的PM2.5浓度比控制试验更接近观测。同化后的相关系数（CORR）至少提升了142.3%,偏差（BIAS）至少提升了12.7%,均方根误差（RMSE）至少降低了22.1%。对于地面气溶胶浓度预报而言,DA＿all试验改进效果最为显著。24h预报时长内,DA＿all的CORR平均提升了121.5%,BIAS降低了36.4%,RMSE降低了27.4%。通过与激光雷达观测的消光系数垂直廓线比较发现,三组同化试验在南郊、海淀站点均对于气溶胶消光系数有一定的改进。其中,DA＿bet和DA＿all试验的改进显著,BIAS至少降低了63.8%,RMSE至少降低了47.6%。三组同化试验对气溶胶消光系数预报场也具有改进效果,且DA＿all试验的改进最佳,DA＿all试验的24h平均CORR提升了14.1%,BIAS降低了5.5%,RMSE降低了15.0%。

关键词：资料同化集合平方根滤波气溶胶消光系数 wrf-chem模式

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基于wrf-chem模式的PM2.5与O3时空分布特征研究

基于WRF-Chem模式的PM2.5与O3时空分布特征研究

引用

作者：孙二昌安徽师范大学

学位级别：硕士

细颗粒物（FineParticles，PM2.5）、臭氧（Ozone，O3）是造成大气污染的主要原因。PM2.5、O3污染能够危害人体健康，影响动植物正常生长以及对气候变化产生重要影响。为应对大气污染，国务院制定了《大气污染防治行动计划》（简称《大... 详细信息

细颗粒物（FineParticles，PM2.5）、臭氧（Ozone，O3）是造成大气污染的主要原因。PM2.5、O3污染能够危害人体健康，影响动植物正常生长以及对气候变化产生重要影响。为应对大气污染，国务院制定了《大气污染防治行动计划》（简称《大气十条》）、《打赢蓝天保卫战三年行动计划》（简称《三年行动计划》）等行动计划。在社会各界的共同努力下，我国PM2.5污染有所减轻，但O3污染问题却日益突出。PM2.5与O3在前体物质、反应路径、形成机制等方面的联系十分复杂，有研究表明：有效的PM2.5污染防治措施，可能会加剧O3污染。PM2.5、O3浓度共同持续下降、PM2.5、O3协同治理成为了我国大气污染防治中面临的新难题。而准确了解我国PM2.5、O3的时空分布特征及PM2.5、O3污染之间复杂的联系是大气污染治理的重要前提，对PM2.5、O3的污染治理有重要意义。大气化学模式是大气污染物格局、传输、成因、溯源研究的重要手段。地球静止轨道卫星具有高频次、高分辨率的对地观测优势，研究其数据的同化方法对提高大气化学模式的模拟精度具有现实意义。　　相较于PM2.5、O3观测，模拟的PM2.5、O3结果具有时空连续性更强的优势。基于wrf-chem大气化学模式对2019年我国中东部地区逐小时PM2.5、O3时空分布进行模拟，使用国家环境空气质量监测网的监测数据对模拟结果进行全面评估，分析并讨论了模拟的PM2.5、O3浓度在不同月份、不同地区、不同时间尺度下的变化特征，以及PM2.5、O3的时序关联特征。通过污染物排放强度、土地利用、气象条件变化理想实验，探究不同因素对PM2.5、O3浓度的影响。最后，通过2019年12月7~10日的PM2.5污染案例，探讨地球静止轨道卫星观测数据的同化方法。主要结论有：　　（1）wrf-chem模式模拟的PM2.5、O3能够较好地反映出真实空间分布情况。模拟的PM2.5、O3浓度均值与地面站点观测均值在月、七天时间尺度上均表现出较好的一致性。　　（2）模拟结果表明：2019年，华北地区、中南地区、华东地区、西南西北的中东部地区是PM2.5的高值区。PM2.5浓度在1月相对最高，7月相对最低，4月、10月次之。西南、西北中东部地区是O3浓度的高值区。O3浓度在7月、10amp;nbsp;月相对较高，1月、4月相对较低。分析结果还表明：1月，PM2.5、O3浓度在陆地上呈现出较为显著的负相关关系，但在其他月份，二者的相关性表现的较为复杂。　　（4）对比实验结果表明：气象条件变化对PM2.5、O3浓度的影响最大，浓度影响范围超过-50~50μg/m3;土地利用变化对PM2.5、O3浓度影响相对最小，影响范围不超过-15~25μg/m3，PM2.5、O3浓度变化对城乡、工矿、居民用地变化相对较为敏感;PM2.5浓度对OC、BC、一次源PM2.5污染物排放速率的变化较为敏感，O3浓度对NOX污染物排放速率的变化较为敏感。　　（5）同化由Himawari-8AOD估算得到的近地面PM2.5数据对PM2.5污染模拟精度的改进具有积极作用。对背景场PM2.5的平均绝对偏差、均方根误差分别改进了10.2、13.3μg/m3，相关系数提升了0.24;对预报场PM2.5的平均绝对偏差、均方根误差改进了1~6μg/m3;在预报场持续改进方面，平均绝对偏差、均方根误差改进的极大值分别为2.9、4.1μg/m3，改进均值分别为1、1.5μg/m3。与其他研究中使用AOD观测算子直接同化AOD的方法相比，该方法的操作更加简单。

关键词：大气污染 PM2.5 臭氧时空分布 wrf-chem模式

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