ISSN 1004-4965

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肇庆市PM2.5重污染天气形势及冬季典型污染过程输送特征研究

吴洛林 周柳艺 王雪梅 陈伟华 戴佳宁 沙琛源 常鸣

吴洛林, 周柳艺, 王雪梅, 陈伟华, 戴佳宁, 沙琛源, 常鸣. 肇庆市PM2.5重污染天气形势及冬季典型污染过程输送特征研究[J]. 热带气象学报, 2017, 33(5): 782-792. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.021
引用本文: 吴洛林, 周柳艺, 王雪梅, 陈伟华, 戴佳宁, 沙琛源, 常鸣. 肇庆市PM2.5重污染天气形势及冬季典型污染过程输送特征研究[J]. 热带气象学报, 2017, 33(5): 782-792. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.021
Luo-lin WU, Liu-yi ZHOU, Xue-mei WANG, Wei-hua CHEN, Jia-ning DAI, Chen-yuan SHA, Ming CHANG. SYNOPTIC SITUATIONS OF PM2.5 POLLUTION EPISODES AND TRANSPORTATION CHARACTERISTICS DURING A TYPICAL WINTER SEVERE POLLUTION EVENT IN ZHAOQING[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2017, 33(5): 782-792. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.021
Citation: Luo-lin WU, Liu-yi ZHOU, Xue-mei WANG, Wei-hua CHEN, Jia-ning DAI, Chen-yuan SHA, Ming CHANG. SYNOPTIC SITUATIONS OF PM2.5 POLLUTION EPISODES AND TRANSPORTATION CHARACTERISTICS DURING A TYPICAL WINTER SEVERE POLLUTION EVENT IN ZHAOQING[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2017, 33(5): 782-792. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.021

肇庆市PM2.5重污染天气形势及冬季典型污染过程输送特征研究

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.021
基金项目: 

科技部公益性行业(气象)科研专项 GYHY201406031

国家杰出青年科学基金项目 41425020

国家科技部支撑项目 2014BAC21B02

详细信息
    通讯作者:

    王雪梅,女,安徽省人,教授,从事大气环境与中尺度天气和空气污染数值模拟研究。E-mail:eeswxm@mail.sysu.edu.cn

  • 中图分类号: X16

SYNOPTIC SITUATIONS OF PM2.5 POLLUTION EPISODES AND TRANSPORTATION CHARACTERISTICS DURING A TYPICAL WINTER SEVERE POLLUTION EVENT IN ZHAOQING

  • 摘要: 为了揭示肇庆市颗粒物重污染过程的发生与发展规律,利用2013—2014年PM2.5监测数据,分析该区域两年间的空气质量整体变化情况以及PM2.5污染过程的季节变化规律,统计两年间所有颗粒物重污染过程,并根据污染过程的天气形势展开分析,运用空气质量数值模型(WRF-Chem)对冬季一次典型重污染过程进行模拟研究。结果表明,肇庆2013—2014年共发生27次PM2.5重污染过程且主要出现在秋冬季,结合气象场的分布特征,总结出四种诱发重污染过程发生的天气形势,分别是高压出海型(48%)、热带低压型(22%)、锋面影响型(19%)及冷高压控制型(11%)。在四种天气形势的影响下,肇庆整体风向以东南风和南风为主,大气处于静稳状态,导致污染物的积累并诱发重污染过程。WRF-Chem模拟结果进一步发现,不利气象条件及本地排放源是造成肇庆冬季重污染过程发生的主要原因。结合四维通量模型对肇庆边界污染物输送情况进行定量分析后发现,肇庆PM2.5以输出为主,其中硝酸盐与氨盐的输出通量较大。此外,模型还揭示了肇庆境内的主要污染物输送通道呈东南-西北走向,外地输入的污染物也通过此通道影响肇庆的空气质量

     

  • 图  1  模拟区域示意图

    图  2  2013和2014年肇庆市PM2.5的四季污染状况

    图  3  2013—2014年肇庆市PM2.5四季超标的天数和最长持续天数(左坐标)以及最大浓度值(右坐标,单位:μg/m3)的分布

    图  4  高压出海型(2014年1月6日)的海平面气压场(a)、850 hPa流场(b)、地面风速(c)和肇庆温度-压力对数图(d)的分布

    图  5  图 4,但为热带低压型(2013年10月30日)

    图  6  图 4,但为锋面影响型(2014年3月12日)

    图  7  图 4,但为冷高压控制型(2014年3月17日)

    图  8  PM2.5日均浓度变化

    图  9  肇庆市研究边界分段

    图  10  肇庆四条边界PM2.5及其各组分输送总量的时间序列

    图  11  肇庆各组分的边界输送总量垂直分布

    表  1  WRF-Chem参数化方案设置

    物理参数化方案
    微物理方案 Lin等[15]
    长波辐射方案 RRTM[16]
    短波辐射方案 RRTMG[17]
    城市冠层方案 UCM[18]
    陆面过程方案 Noah[19]
    边界层方案 MYJ[20]
    化学参数化方案
    大气化学机制 CBMZ[21]
    气溶胶机制 MOSAIC[22]
    光解机制 F-TUV[23]
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    表  2  9个观测站点的气象要素验证结果

    气象要素 观测平均值 模拟平均值 偏差平均值 平均绝对误差平均值 均方根误差平均值 相关系数平均值
    地面气压/hPa 1 013 1 013 -0.18 3.91 3.95 0.99
    2 m气温/℃ 15 14 0.40 1.28 1.47 0.92
    相对湿度/% 63 58 -0.32 8.16 9.72 0.86
    地面风速/(m/s) 2.0 3.6 1.86 1.87 2.12 0.69
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    表  3  肇庆市4个环境监测点的PM2.5验证结果

    站点 观测平均值/(μg/m3) 模拟平均值/(μg/m3) 平均偏差/(μg/m3) 平均绝对误差 均方根误差值 相关系数
    睦岗 136 70 -66 71 90 0.57
    城中 134 79 -55 64 85 0.58
    坑口 128 80 -48 56 78 0.61
    七星岩 139 70 -69 70 92 0.61
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    表  4  肇庆重污染过程主要天气类型次数及频率

    类型 次数 频率/% 频发季节
    高压出海型 13 48.1 秋、冬
    热带低压型 6 22.2 夏、秋
    锋面影响型 5 18.5
    冷高压控制型 3 11.1 秋、冬
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    表  7  2014年1月2—8日肇庆市各边界PM2.5及组分输送总量单位:t

    边界 PM2.5 EC OC NH4+ NO3- SO42-
    西北边界(肇庆-广西) -2 403 -119 -167 -348 -971 -178
    东北边界(肇庆-清远) -2 254 -99 -128 -406 -1 113 -177
    西南边界(肇庆-云浮) 178 -40 -65 73 221 60
    东南边界(肇庆-佛山) 1 934 139 261 176 422 193
    净输送通量 -2 545 -119 -100 -505 -1 441 -101
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-05-09
  • 修回日期:  2017-02-20
  • 刊出日期:  2017-10-01

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