北京石景山区大气污染扩散对市区影响的半定量分析

作者:蔡旭晖;郭昱;陈家宜;刘辉志 刊名:环境科学 上传者:葛高尚

【摘要】用北京地区的实测气象资料 ,结合风场诊断、轨迹分析和随机游走模拟方法 ,分析石景山区大气污染排放对北京市区的可能影响 .结果表明 ,石景山区污染物的输送扩散特性密切依赖于当地中尺度风场的不同类别 .天气系统影响、地形中尺度环流以及其它不确定风场的交互作用 ,使石景山区大气污染扩散总体具有南 北向分布的特点 ,平均影响偏于其所在的市区西部一侧 .对市区的浓度影响由西向东递减 ,显著影响区域的东界大体为海淀、丰台一线 .秋冬季冷锋过境前的小风条件易造成污染物局地累积 ,当其缓慢移过市区时 ,可形成对市区严重影响的事例

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北京石景山区位于城区中心以西约18,区内集中了一批重要的工业企业.石景山区排放的大气污染物对北京市区、尤其是城区的影响大小如何,历来是一个严肃的问题.随着首都城市建设规模的扩大、对大气环境质量要求的提高,这一问题再次被提出来.虽然对北京地区的气象、气候及流动特征的研究由来已久[13],从这些工作也可对此问题作出某些一般和定性的判断,但针对这一关心的源区进行专门的分析,更系统、准确和定量地评估其影响仍然是十分必要的.对此进行研究的意义还在于,实际大气情况下,石景山区的污染物与市区其它部分排放的污染物相混合,难于定量鉴别其实际影响大小.本项工作将有助于找出一条分析这类问题的一般途径本文利用2000年的气象资料和一套实用的数值模式,侧重于从中尺度气象场和大气扩散的角度,对此问题进行综合分析.内容包括,石景山区所处的北京地区的中尺度边界层流动特性、污染物的输送扩散范围和主要方向、污染物排放对市区影响的半定量结果.1研究方法用数值模拟方法研究污染扩散问题的优点是,可以清楚地反映特定源区的作用.就北京市区的水平尺度和其所处的周边地形情况而言[4],一方面,低层大气流动的时空变化对大气污染物的输送散布至关重要,另一方面,边界层结构和湍流状况的影响也不容忽视.因此,首先用质量守恒约束的风场诊断模式对石景山区所在中尺度范围的边界层风场进行客观分析,由此获得当地的实际三维风场数据.在此基础上进行污染物输送的拉格朗日轨迹分析,并用随机游走方法进行实际大气状况下的扩散模拟计算,从而由流场轨迹实际扩散这样不同的层次逐层加深地了解石景山区大气污染扩散的问题.有关所用风场诊断模式和随机游走模式的情况详见文献[47].这里,取定大致以石景山区北京市区为中心、东西向240、南北向160的水平区域进行风场、轨迹分析及扩散计算.风场诊断模式的水平网格距为2,垂直方向不等距划分为15层,从地面至2000高度.风场诊断计算中用到的资料是:北京地区2000年1、4、7、10月20个气象站的逐时地面风观测;对应4个月的逐时稳定度分类;逐日高空探空数据;北京地区地形高度.由这些资料,风场诊断模式计算出每月逐小时的三维风场.轨迹分析是利用风场诊断模式获得的逐时风场进行10时间间隔内插,并以这样的系列数据计算被动扩散物质在近地面43风场层面上的拉格朗日轨迹,由此定性分析烟云自源释放后的输送行为.针对所关心的石景山地区的污染扩散问题,取石景山区中部为轨迹出发点,计算2000年1、4、7、10月每天24的逐时轨迹.原则上,随机游走方法可以定量模拟复杂的大气扩散问题.不过对于象城市排放这类多源扩散问题,该方法仍嫌计算量太大而难以进行实际应用.这里为了解石景山区大气污染物的中尺度扩散特性,对排放源的情况进行简化,不考虑源的具体特征,而假设石景山区中部大致对应主要钢厂厂区的位置有一个连续排放、均匀分布的地面面源,其水平尺度为55.用随机游走的粒子代表释放的污染物质,模拟各季代表月污染排放的连续扩散过程.计算中,在一个月的时间里均匀、连续地释放约7万个粒子(每小时从上述区域释放100个粒子).边界层湍流参数和边界层高度皆以经验方法参数化设定[810].2结果与讨论21中尺度风场规律由以前的工作[4]及现有逐时风场结果的分析,大致可将石景山区所处中尺度范围内的低层大气流动分为3类,即系统影响类;局地环流类;其它.其中前二者特征较明显,第三类的情况较为复杂.同时,流动的总体形态还会表现出春夏型和秋冬型的季节变化.系统性大风的流场情况在本区主要为与冷空气活动相关的西北风和偏北风、春夏季的偏南风和东南风.系统偏东风的

参考文献

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