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区域灰霾数值预报系统的初步研发

周春红  张小曳  龚山陵  
【摘要】:由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成,使水平能见度小于10km的空气普遍混浊的现象,在气象观测中编报为"霾或轻雾"。这是低能见度自然天气现象之一。由于现今人类活动向大气中排放和转化形成的气溶胶粒子的显著增加,导致观测到的能见度小于10公里,区域大气呈现出灰蒙蒙的浑浊现象,即为"大气灰霾"。灰霾这种低能见度的现象从大气物理学角度是大气中的气溶胶粒子和氮氧化物吸收或散射太阳光,导致视觉障碍的一种大气光学中低能见度现象。中国气象局大气成分观测与服务中心正在研究开发中国化学天气预报平台系统(China Unified Atmospheric Chemistry Environment,简称CUACE)。该系统以大气成分观测为基础,包含大气气溶胶以及各种反应性气体的源排放、化学转化、微物理过程。系统中设计了通用平台使之能嵌套到不同时间/空间尺度的气象和气候模式之中,进而可以进行大气成分数值模拟和预报、大气成分对天气气候影响和反馈的研究。在CUACE基础上建立的CUACE/Aero包含多种大气气溶胶的源排放以及气溶胶在大气中的微物理和化学转化过程。目前,CUACE/Aero已经在线耦合到中尺度模式MM5中,初步实现对沙尘、海盐、BC/OC和硫酸盐等气溶胶组分的短时模拟。CUACE/Aero模拟分析了2007年8月8~13日,16~21日好运北京测试期间北京地区气溶胶组分的特征。模拟结果表明:北京地区BC、OC、SULFATE的浓度日变化明显,凌晨出现峰值。BC在8~13日的峰值范围为15~35μg/m3,16-21日的峰值范围为30~55μg/m3;OC在16~21日的峰值在50~100μg/m3,8~13日约为20~70μg/m3;硫酸盐的浓度为16~21日的峰值在50μg/m3,8~13日约为16μg/m3左右。模拟结果还表明:8~13日由于冷空气活动近地层大气风速较高,这种天气条件有利于污染物扩散;而机动车单双号限行期间,由于北京地区处在弱高压区,地面为弱的偏南风控制,大气层结稳定,不利于污染物扩散。这解释了北京地区气溶胶组分的浓度在这两个时段内峰值变化的天气原因,同时也说明了天气是影响污染物扩散的主要条件。控制试验结果还显示,相对于不控制机动车出行,减少机动车排放之后:北京地区的BC减少约6%,OC减少约6~7%,硫酸盐减少约2%,而颗粒物减少约9%。模拟结果表明在机动车控制试验期间北京地区的空气质量有所改善。

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