没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
温馨提示
建立了一个三维的边界层光化学模式,气象过程的模拟舍弃了静力近似的假定,模式由细网格、高分辨率并取湍流能量(E-E)闭合的气象模式,提供较为细致的气流场和湍流场。文章中以汽车尾气和植物排放为光化学反应前体物的源,模拟了不同季节南京市的光化学过程以及臭氧随时间和空间的分布,结果表明,夏季南京市的地面臭氧浓度远远高于冬季,臭氧分布有所不同。并且在不少地方出现较高的O2浓度值,超过国家二级标准,气流对污染物浓度分布的影响在较高的高度上显得尤其明显。
资源推荐
资源详情
资源评论
第 21卷 第 4期
2001年 12月
气 象 科 学
SCIEN T1A M ET EO ROLOG ICA S1N ICA
V 0l_21,No.4
Dee..2001
城 市交通废 气 与 低 层 大 气臭氧
形成 和 分 布 的数 值 模 拟
蒋维楣 蔡晨霞 杨 涛。匿 ‘
(1南 京大学 大气 科学 系 ,南京 210093)
(2中科院 大气所 LAPC.北 京 100029)
(3南京 市交 通规捌 研 究所 .南京 2]0029)
(4南京 市环境 监测 中 心站 .南京 21001 3)
摘 要 建 立 了一个三维的边界层光化学模式 ,气 象过程的模 拟 舍 弃 了 静 力
近似 的假 定 ,模 式 由细 网格 、高 分 辨率 井 取 揣流 能量 (E—e)闭合 的 气象 模 式 ,提 供 较
为细 致的 气 流场 和褊 流 场 。文 章 中以 汽 车尾 气 和 植物 捧 放 为光 化 学 反应 前 体 暂 的
源 ,模 拟 了 不 同季 节 南 京 市 的光 化学 过 程以 及 臭 氧 随时 闻 和 空闻 的 分 布 。结 果 表
明 ,夏 季南京 市 的 地 面臭 氧浓 度 远 远高 于冬 季 ,臭 氧分 布 有所 不 同 。并且 在 不 步 地
方 出现 较高 的 o 浓 度 值 ,超 过 国家 二级 标准 ,气 流对 污 染 物 浓 度 分 布 的影 响 在较
高 的高 度 上 显得 尤其 明 显 。
关 键 词 光 化学 辑 染 汽 车尾 气 植物 捧放 城 市 大气 边界 层
分 娄 号 P48
引 言
在 过去 的十年中 ,低层 大气臭氧浓 度逐涟增高 已成 为城市低 层大气最重 要 的 污染 物之 一 ,
这与平 流层 中层 臭氧 浓度减少所造成 的紫外 线增 加的危害属 不 同范畴 。臭氧 不是 由直接排 放
而得 ,而是氮 氧化物和 挥发性 在碳氢化合 物通 过光化学反 应的二次 污染产物 。氮 氧化物和 挥发
性 的碳氢 化合 物的重 要来源 是汽 车拥有 量也 急剧 膨 胀 (如北 京 目前 的车辆 拥 有量 已高达 1 50
万辆 ),汽 油燃 料 的应 用 大 大 增 加 ,一 些 城 市汽 车 屐 气 污 染 日益 加 重 ,污 染 类 型 已 开 始 由煤 烟 型
向光化学 污 染型过渡 。由于二次 污染危 害性 远大 于一 次污染 ,越来 越受到 了人们的关 注 。光化
学反 应前 体物 除 了汽 车尾气主源外 ,还有 一个重 要 的来源是 植物 的排 放 ,许多学者 对植物 排放
的有机物 的 种类 ,排放速率 , 及这 些有机物 对大气 化学过 程的贡 献进行 了一些研 究 JL 。实
验证 明 ,不 同物 种释 放 的挥 发性 有 机物 种也 不 同 ,总 的来说 ,异戊 二烯 (IsO 占 到 总排 放 的
80 以上 。最近的研 究得出 ,植物 对异 戊二烯 的释放依 赖于温 度和 光强 ,该过 程 只存 在 于白天 。
由于植物 排 放 的有机物 远 比人为 排放 的 有机物 活泼 ,在 日照条件 下 能很快 与氮 氧化物 (NOx)
肇要呈 嚣 杀 嚣肇霎星 营 中科院 嘏刨新工程项目 一 贵
维普资讯 http://www.cqvip.com
s
'
第
21
卷第
4
期
2 白
01
年
12
月
气象科学
SCIENTIA METEOROLOGICA SINICA
主
l
城市交通废气与低层大气臭氧
形成和分布的数值模拟①普
蒋维榻
1
蔡革霆
2
杨海
3
屋豆豆
E
‘
【 I
蓓京大学大气科学噩,南京
210093)
(2
中科病丈气蔚
LAPC.
北京
100029)
臼事京市交通规章革研究贺,南京
2]002
引
性藕京市耳撞监囊中告站,南京
210013)
摘要
建立了一个三维的边界层光化学模式,气象过程部模拟舍弃了,事力
近似的假定,模式启细网籍、葛分辨率并取踹流能量(E-.)街舍的气象模式,提供较
为细致的气流场和精淀场.文章中以汽车尾气和植物捧放为光化学反应黯体物约
源,模拟了不同季节甫京市的光化学过程以及臭氧隧If<t
l
胃和空阔的分布,结果表
明,夏季离京市的地画臭氧橡皮远远离于冬季.臭氧分布有所不同.并且在不少地
方出理较高的
0
,浓度值,超过国家二级标准,气流对污染咎浓度分布约影响在较
高的高度上显得尤其明显@
-=-
E
量
关撞诧光化学污染汽车尾气植物捧放城市大气边界层
分羹号
F
甜
VoL
21
,.
No.
4-
De
c.
.2
剧。
1
在过去的十年中,低层大气臭氧浓度逐涟增高已成为城市低层大气最重要约污染物之一,
这与平流层中层臭氧浓度减少所造成的紫外线增加的危害属不同范畴.臭氧不是由直接排放
而得,而是氮氧化物和挥发住在碳氢化合物通过光化学反应的二次活染产物.氮氧化物和挥发
性的碳氢化合物剖重要来源是汽车拥有量也急部膨胀〈如北京吕前的车辆据有量已荡达
150
万辆),汽油燃烧的
.@:ffl
大大增加,一些城市汽车履气污染日益加重,污染类型已开始出煤烟型
向光化学污染型过渡.由于二次活染危害性远大于一次窍染,越来越受到了人们的关注.光化
学反应前体协除了汽车尾气主源外,还有一个重要的来源是植物豹排放,许多学者对植物排放
的有机物幸亏种类,排放速率.以及这些有机物对大气化学过程的贡献进行了一些研究出(,]实
验证明.不同物种释放的挥发性有机物种也不隅,总约来说,异戊二烯(I
SOP)
占到总排放的
80%
以上,最近的研究得出,植物对异戊二绪约草草放依赖于温度和光强,该过程只存在于白天.
由于植物排放的有机物远比人为排放的有机物活泼,在日照条件下能很快与氮氧化物
(NO
x
)
①收稿哥摆
12000-10-19
,修改稿
E
践
;2001-03-04
势
本文工作得到江部省吉然科学基金项目
BK
白白
B
和中辛辛院知识ß'
J
新工程项吕
KZCX2-204
资助
410 气 象 科 学 21卷
反应生 成臭氧 (O ),从 而在很大 程度 上增加 了植物 排放对臭 氧形 成 的贡 献 。
本 文 建 立 了 一 个 三 维 的 城 市 边 界 层光 化 学 模 式 ,并 选 取 一 个 典 型 的 大 中型 城 市 一 南 京 (车
辆 拥 有 量 约 为 21万 辆 ),详 细 地考 察 汽 车 尾气 排 放 和 植物 的排 放 ,把它 们作 为臭 氧 前 垒 物
NO 和挥发性 有机 物 (VOC)的主要来源 ,模拟 了冬季 和夏季 南 京 市几种重 要 的光化学 污染 物
的分 布 。
1 模 式
1.1 控制 方 程
该 模 式 的建立 旨在 模拟 实 际 地形 ,有 高分 辨率 ,并 可 提 供大 气边 界层 平均 气 流场 和 湍 流
场 ,用来求 解 一反映 化学 物质守 恒的方 程组 ,模 拟不 同季 节城 区范 围 内污染 物散 布 。控制方 程
组 由化学 物质浓度 方 程 ,运 动方 程 ,连续 方 程和 位温 方程组 成 ,取 E—e湍 流能量 闭合 ,限于篇
幅 ,这 里 仅 列 出化 学 物 质 浓 度 方 程 ,其 它 的方 程 详 见 文 献 ]。
警+“鼍+ 詈+ =圭c 吾,考c 雾,+ i十“ 十 十叫 =磊 ^m A 十
‘ 芝 ) ( )+ .一R+∑ dw一 ∑一“ (1)
其 中 ,c。为各个 物种 的 浓度 ,s.为地面 源排 放 ,R 为干 沉 积 ,2』produce和 2』react分 别为 由
化学 过 程带来的物种 的生成和反应 。本模 式 中采 用的是 CBM4化学机理 ,该机 理包括 34个反
应物 种和 82个化 学反 应[“。作者 曾对 城 市臭氧 问题做过 一个 简单 工作 ①,当时用 的是 “箱体 ”
或单 点城 市边界 层臭氧模 式 (修改 的 OzIMP4),不考虑平流 和扩散 ,仅 由空气 柱体积 变化造 成
稀释 。故类似 本文 (1)式的化学物 质浓度方 程 ,无空 间偏导 数项 ,仅是一个 时间 的常 微分方 程。
显 然 ,本文 分析 研 究 的是 空 间三 维 问题 。
1.2 模拟 域及网 格设计
本 模式模拟 哉为南京 市区 ,如 图 1示意 ,计算 网格取格 点数 16×l】(等 间距 网格)×13(垂
直 ,不等距 分层 )的三维 网格 系 水平网格 为 ]000m。对复杂 地形 和下 垫面上 的大气边 界层过
程 来说 ,近 地层 的参 数化最 为重要 ,为 了对边 界层 大气 化学过 程及其反 应物 的变 化有较好 的 了
解 ,可对行 星边 界层特别是近 地层进行 高分 辨率 的垂直 分层 .这 样便 于 显式处理 。因此 ,取 垂直
网 格 距 在 近 地 面 处较 小 ,然后 随 高 度 逐 渐 增 大 。而 且 ,对 边 界 层 的 大 气 光 化 学 过 程 来 说 ,交 通废
气 排放 源即汽车尾气 的排放基本上 是在 离地 面 1m 处 ,模式 中取 lm 为地 面上 的第 一层 。模式
中取边 界层 高度 为 1500m,垂直 网格 的最高层取在 2300m 的高度 。垂 直各 层 的高度分 别为 0,
1,5,30,80,180,280,380,580,800,1100,1500,2300(m)。
1.3 初 始值及地 面 NOx和 VOC豫资料 的处理
模 式计 算 中 Nox和 VOC的初 始浓度 取 自当地实测 的 ]999年 6月 21日 6:o0~8:00
的浓 度平均值 对 排放源 的处理是 利用 南京市交通管理 及研究 部门所 提供 的每小 时车流景资
料 ,对各 个交通 叉 口的所 有进 口道 和 出 口道 进行相 加 ,得 出该 叉 口的 总车流 景 ,并参 考 贺克斌
等 (1996) 计算 的排放 因子 ,估算得 出 8:∞ ~1 8:00每小时 NOx和 VOC的排放 数据 ,作为
地面 排放 源 的输 入 本模 式中初 始 的 NO 中 NO 和 NO。的比率为 3:1,汽 车排 放 的 NOx中
① 蒋 维 楣 ,蔡 晨霞 、李 昕.城 市低 层大气 臭氧 生成 的模拟 研 究 气 象科 学 ,2001,2】(2):154 ̄161
维普资讯 http://www.cqvip.com
410
气象科学
21
卷
反应生成臭氧
{O
,)
.从而在很大程度上增加了植物排放对臭氧形成的贡献。
本文建立了一个三维的城市边界层光化学模式,并选取一个典型的大牢型城市一南京〈车
辆拥有量约为
21
万辆).详细地考察汽车尾气排放和植物的排放,把它们作为臭氧前全物
NO
x
和挥发诠有机物
(VO
口的主要来源,模拟了冬季和夏季南京市几种重要的光化学污染物
的分布。
1
模式
1. 1
控制方程
该模式的建立旨在模拟实际地形,有离分辨率,并可提供大气边界层平均气流场和揣流
场,用来求解一反陕化学物质守恒的方程组,模拟不同季节城区范围内窍染物散布。控啻锁§方程
纽由化学物质浓度方程,运动方翠,连续方程和位温方翠组成,取
E
一雹端流能量闭合,限于篇
帽'这里仅菩畏列
a
出化学物质浓度方程,其它的方程详见文献
E
凶
s
巧
3
3
2
<;r
:'l
【~
a::"
二
2
习;r二
2
一」十扫一二十
U
一二十四
=二
{K
Nh
二二〉二
(K_
二二)+
a . -
ax
司y
az'
ax
'--N'
ax
钞
m
部
〈伊「」午一-,)泸
2
££
τ
(K
ιEz
辛:;-)
+
S.
-
R孔矗+二》户户
rod
町
三辛二云
γ
叩阔
ct
(1
其审轧
.C
,为各个物种的浓度
.S
,为地面源排放.R.为干沉积,三
p
时
uce
和三
r
阻
ct
分别为由
化学过程带来的物种的生成和反应,本模式中采用的是
CBM4
化学机理,该机理包括
34
个反
应物种和
82
个化学反应
EK1.
作者曾对城市臭氧问题做过一个简单工作
00.
当时用的是"箱体"
或单点城市边界层臭氧模式〈修改的
OZIMP
心,不考虑乎流和扩散、仅由空气柱体积变化造成
稀释,故类似本文(1)式的化学物质浓度方程,无空向偏导数项,仅是一个时间的常微分方程。
显然,本文分析研究的是空间三维问题。
1.2
模拟域及现德设计
本模式模拟哉为南京市区,如图
1
示意,计算河格取格点数
16X
lH
等问距阿格
)X13{
垂
室,不等距分层)的三维网格系。水平同格为
1
∞
()m.
对复杂地形和下垫窗上的大气边界层过
程来说,
1
丘地层韵参数化最为重要查为了对边界层大气化学过程及其反应物的变化有较好的了
解,可对行星边界层特别是近地层进行离分辨率的垂直分层,这样便于显式处理。因此,取垂直
网格距在近地面处较小董然后随高度逐渐增大。而豆,对边界层的大气光化学过程来说,交通废
气排放源郎汽车尾气的排放基本上是在离地面
1m
处,模式中取
1m
为地面上的第一层
B
模式
中取边界层高度为
150
号
m.
垂直网格的最离层取在
23
∞
m
妇离度。垂直各层的离度分别为白,
1.5
,
30.
剖
.18
日
.280.38().5
钩
.8
∞
.11
∞
.1500.230()(m)
•
1.3
初始值及地噩
NO
x
和
VOC
漂资料拍处理
模式计算中
N
Üx和
VOC
的初始浓度取自当地实测的四"年§月
21
日
6
:
O()-
在
00
的浓度平均值,对排放源的处理是利用南京市交通管理及研究部门所提供的每小时车流量资
料唾对各个交通叉口的所有进口道和出口量进行相加.得出该叉口的总车流量,并参考贺克斌
等
(996)[']
计算的排放~子,估算得出
8
:∞
-18
•
00
每小时
NO
x
和
VOC
的排放数据,作为
地面排放源的输入
e
本模式中初始的
NO
x
中
NO
和
NO
,部比率为
3
1.汽车排放前
NO.
中
①蒋维榻.蔡晨霞、李昕.城市低层大气臭氧生成的模拟研究气皇科学,
2001.21(2)
:154-161
,
剩余7页未读,继续阅读
资源评论
weixin_38728555
- 粉丝: 3
- 资源: 921
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
最新资源
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议,欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理!
点击此处反馈
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功