华北地区大气污染物对冬季雾数值模拟影响的初步研究

【摘要】：大雾是华北地区冬季发生频率较高的灾害性天气,对社会生产生活会造成重大影响。然而对于大气污染严重的地区,目前尚未在中尺度模式模拟预报大雾的过程中考虑大量化学污染物的作用和影响。本研究利用最新发布的非静力平衡中尺度数值预报模式及其耦合化学模块WRF/Chem3.2系统,模拟分析了华北地区2009年11月29日和12月1日的两次大雾天气过程。模拟结果表明,这两次大雾均发生在相对稳定的大气环流背景下,覆盖我国华北京津唐工业区的大部分地区。通过和国家卫星气象中心发布的卫星监测图像中这两次大雾的实际雾区进行对比,结果表明数值试验模拟的天气形势与实际情况基本一致。近地层2m高度处丰沛的水汽条件对雾区的维持有着重要的意义,并且相对湿度在60%以上的区域和实际雾区分布较为一致。从模拟的大雾时刻的地面风场来看,雾区的风速很小,不利于水汽和污染物的扩散,对雾的持续十分有利。而对WRF/Chem输出的NO2和SO2的空间分布作进一步分析对比,结果表明华北地区NO2和SO2的分布和雾区分布存在较好的空间相关性,这表明在大气污染较为严重的华北地区,高浓度的污染物气溶胶粒子能为雾的形成和发展提供足够数量的凝结核。而从模式计算的PM10和PM2.5的分布,可以看到华北地区低层大气积聚了较高浓度的PM10和PM2.5,加上冬季较低的气温使得湿空气更加容易达到饱和,这也使得华北地区冬季大雾发生的概率和频率要高于其他地区。最后将11月29日大雾模拟结果和相同方案下未耦合Chem模块的WRF模拟结果作了对比,结果显示化学过程对2m高度处水汽含量有一定程度的影响。总体上说,WRF/Chem的模拟结果对这两次大雾的刻画基本是成功的,较好地表征了大气中污染物的化学反应对大雾模拟的影响以及在雾形成、发展中的作用,显示了WRF/Chem对考虑化学过程和污染排放的雾模拟和预报的潜在能力和应用前景。