上海地區(qū)臭氧數(shù)值模擬研究.pdf

1、人類社會(huì)的快速發(fā)展使得環(huán)境問題日益凸顯，其中城市空氣污染更是最主要的問題之一。上海作為中國的經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)城市，也是2010年世界博覽會(huì)的承辦城市，同樣也面臨著臭氧超標(biāo)、灰霾等空氣污染問題。本文在對(duì)2010年世博會(huì)期間上海地區(qū)幾次污染過程中臭氧等污染物統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，采用耦合城市冠層模型(UCM)的中尺度數(shù)值模式WRF-Chem對(duì)污染個(gè)例進(jìn)行數(shù)值模擬研究，并利用該模式對(duì)臭氧光化學(xué)反應(yīng)前體物氮氧化物(NOx)和揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的排放

2、量以及區(qū)域污染物排放進(jìn)行敏感性測試。主要工作及結(jié)論如下：
　　 (1)通過對(duì)上海世博會(huì)期間三個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)幾次空氣污染過程中各污染物濃度的平均日變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，臭氧濃度的日變化呈單峰單谷型變化，最低值出現(xiàn)在清晨5-6時(shí)，濃度峰值則在14時(shí)左右出現(xiàn)；顆粒物與NOx的日濃度變化有較好的一致性，均受早晚車流高峰影響呈雙峰型分布，晚高峰相對(duì)早高峰濃度較低且不同站點(diǎn)間出現(xiàn)的時(shí)間及峰值濃度存在差異。NOx和O3濃度的日變化存在顯著的負(fù)相關(guān)

3、，NOx的濃度峰值要早于O3峰值的出現(xiàn)，滯后時(shí)間一般在5h以上，在此期間，NOx在太陽輻射作用下發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)而被消耗，同時(shí)大量的臭氧迅速生產(chǎn)。NOx為O3的形成提供了物質(zhì)條件。
　　 (2)運(yùn)用WRF-Chem模式就上海4次高濃度臭氧污染過程進(jìn)行了數(shù)值模擬試驗(yàn)，并探討了臭氧污染與風(fēng)、溫、濕等氣象要素的關(guān)系。結(jié)果表明，模式對(duì)氣象場具有較強(qiáng)的模擬能力。在污染物的模擬上，臭氧濃度模擬的結(jié)果與實(shí)測值有很好的一致性，氮氧化物和顆粒

4、物PM2.5的模擬在位于市中心地區(qū)的靜安七一中學(xué)站結(jié)果與實(shí)際情況基本吻合，城郊站的模擬則存在一定誤差，明顯低估了實(shí)際污染。此外，氣象要素對(duì)臭氧濃度的變化具有重要作用。強(qiáng)太陽輻射、高溫度、低相對(duì)濕度都是臭氧污染形成的有利環(huán)境條件。高風(fēng)速對(duì)局地臭氧有擴(kuò)散作用。同時(shí)，隨著氣流風(fēng)場的變化，臭氧的濃度分布往下風(fēng)向區(qū)域發(fā)展。臭氧的時(shí)空分布與近地面溫度場、相對(duì)濕度場以及風(fēng)場的配置有很好的一致性。高濃度臭氧區(qū)域?qū)?yīng)了高溫度區(qū)、低相對(duì)濕度區(qū)和風(fēng)場輻合區(qū)。

5、
　　 (3)利用WRF-Chem模式，就一次臭氧超標(biāo)個(gè)例設(shè)計(jì)幾組靈敏性試驗(yàn)，研究不同的NOx和VOCs排放量對(duì)臭氧濃度的影響。靈敏性試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有排放清單基礎(chǔ)上，VOCs源排放不變的情況下，NOx排放增加臭氧濃度反而減少；保持NOx排放不變時(shí)，臭氧濃度隨著VOCs排放的增加而增加，說明了上海地區(qū)臭氧的生成對(duì)VOCs更為敏感。此外，為研究臭氧在垂直空間的輸送，設(shè)置一組僅增加近地層臭氧前體物的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明臭氧在垂直

6、空間上存在對(duì)流交換，并且在不同時(shí)刻不同站點(diǎn)這種垂直交換存在一定差異，且以午間時(shí)刻垂直對(duì)流最強(qiáng)。這是由于在太陽輻射作用下，不均勻的下墊面熱力分布引起了局地湍流強(qiáng)度的差異。
　　 (4)對(duì)長三角區(qū)域的排放源進(jìn)行幾組情景試驗(yàn)，分別對(duì)長三角區(qū)域內(nèi)上海地區(qū)各方向上的排放源進(jìn)行零排放處理，并以此探討了臭氧的區(qū)域輸送。情景試驗(yàn)的結(jié)果表明上海周邊地區(qū)的污染物減排確實(shí)能有效降低上海地區(qū)的臭氧濃度，特別是臭氧的濃度峰值。在不同的風(fēng)場影響下，上海地區(qū)