發(fā)布時間：2020-05-24 03:44

【摘要】：本文基于北京不同氣象站地面觀測總輻射、直接輻射、風速、風向、相對濕度、氣壓、氣溫以及本站或鄰近環(huán)境監(jiān)測站點的PM_(10)、PM_(2.5)濃度、AOD(Aerosol Optical Depth)實測數(shù)據(jù)分析了太陽短波輻射、多種氣象要素、兩種顆粒物濃度、AOD的時空變化特征及其城郊差異,并分析了總輻射與顆粒物濃度、AOD的時間變化關系以及多種氣象要素對氣溶膠短期輻射效應影響。在此基礎上,參考國外研究方法采用澳大利亞氣象局SES2(the second Sun-Edward-Slingo radiative transfer model)輻射傳輸模式和0.125°×0.125°的ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts reanalysis dataset)細網(wǎng)格再分析資料計算了北京地區(qū)4個觀測站點考慮云和水汽影響的、地面接收的短波輻射通量,并與地面觀測的輻射通量進行比較分析氣溶膠的短期輻射效應及其城郊差異,并著重分析了風速、相對濕度對北京城區(qū)、近郊區(qū)和遠郊區(qū)氣溶膠的短期輻射效應的影響及城郊差異。研究結果表明,北京4個站點的月平均總輻射時間變化較一致,位于近郊區(qū)的南郊和遠郊區(qū)的上甸子站月平均總輻射值略高于位于市區(qū)的海淀和石景山站,尤其是春夏季和冬季北京城郊總輻射差異較大,中度以上污染日遠郊區(qū)月平均總輻射遠大于其他2個城區(qū)和近郊區(qū)站點,氣溶膠濃度對北京城區(qū)和近郊區(qū)的影響遠大于遠郊區(qū)。4個站點的PM_(10)、PM_(2.5)濃度具有明顯的季節(jié)變化特征,尤其是PM_(2.5)濃度較明顯,即秋冬季PM_(10)、PM_(2.5)濃度較高,春夏季較低。2個市區(qū)站點和近郊區(qū)南郊站PM_(10)、PM_(2.5)濃度遠大于遠郊區(qū)站,即南郊站PM_(10)、PM_(2.5)濃度最大,海淀和石景山站次之,上甸子站最小。南郊站AOD大于上甸子站,尤其是秋冬季兩個站AOD差異更大。南郊站3年平均AOD較上甸子站平均偏高0.2,極大值偏大0.6。PM_(10)、PM_(2.5)濃度月變化和城郊差異特征與中度以上污染日的總輻射時間變化趨勢及其城郊差異相反,這是因為氣溶膠對太陽輻射的吸收和散射作用導致其到達地面的短波輻射通量減少。北京城區(qū)氣溶膠對總輻射的影響約為遠郊區(qū)的2倍,北京南部和西部氣溶膠對輻射的影響較大,晴天和云天北京城區(qū)氣溶膠對總輻射的削減值分別為146.23~180.99W·m~(-2)和202.11~217.02 W·m~(-2)之間,晴天情況下北京不同城區(qū)的總輻射削減值差異大于云天。北京城郊總輻射削減率的空間差異與大氣污染物的空間分布較一致,北京遠郊區(qū)氣溶膠對中午時段的總輻射削減遠小于市區(qū);秋冬季氣溶膠對總輻射的影響明顯大于春夏季,北京南郊秋冬季氣溶膠對總輻射的削減作用最大可達60%,較春夏季高10~20%;晴天條件下,上甸子站氣溶膠對輻射的影響明顯小于其他3個站;4個站中海淀和石景山兩個站點的輻射削減較大,這與4個站的污染狀況差異以及氣象條件和大氣污染物外來輸送對輻射削減的影響差異有關;云天時當PM_(2.5)濃度小于350μg_·m~(-3)時總輻射削減差異較小,大于此閾值時,總輻射削減有明顯增加,這可能與云天濕度較大導致氣溶膠濃度吸濕增長作用顯著增強,從而造成氣溶膠輻射影響增加有關。北京城郊總輻射和直接輻射削減率與AOD均呈線性變化關系,近地面PM_(2.5)濃度對輻射的影響不容忽視;風速、風向和相對濕度是影響氣溶膠天氣尺度輻射效應的重要因素。遠郊區(qū)風速和相對濕度高于市區(qū)和近郊區(qū),而污染較重的秋冬季市區(qū)和近郊區(qū)的風速較小,相對濕度較大,從而加劇了氣溶膠的生成和增長,間接影響了氣溶膠對太陽輻射的削減作用,減少了到達地面的太陽短波輻射。而且風速和相對濕度對氣溶膠短期輻射效應的影響特征有所不同,即北京城區(qū)和郊區(qū)濕度對氣溶膠短期輻射效應的影響較一致,但風速影響存在城郊差異。研究結果對深入認識氣溶膠-云-輻射的相互作用物理機制、提高環(huán)境氣象觀測和預報、改進太陽能資源精細化評估和預報均具有一定的科學意義。
【圖文】：

文 北京不同站點氣溶膠輻射效應及其氣象影響觀測研究11圖 2-4 和圖 2-5 分別給出了 2013 年 1 月～2015 年 10 月全天空和晴天情況下南郊和上甸子站逐日AOD的時間變化特征，總體來看南郊站AOD大于上甸子站，尤其是秋冬季兩個站 AOD 差異更大。另外由于受到云的影響有云情況下 AOD 反演誤差較大，導致全天空情況下兩個站夏季 AOD 亦較高，但晴空時夏季 AOD 均較低。從圖 2-4 可看出晴空時兩個站 AOD 季節(jié)變化特征較明顯，即秋冬季和春季 AOD較高，夏季較低，另外多數(shù)時段上甸子站 AOD 小于南郊站，與全天空相比，晴空時兩個站 AOD 差異更大。圖2-4 2013年1月～2015年10月全天空情況下南郊和上甸子站逐日AOD的時間變化特征：

2.3 北京城郊總輻射時間變化特征及氣溶膠影響初步分析本文分析了 2013 年 1 月～2015 年 10 月全天空（各月所有樣本）、晴空（各月中的晴天樣本）、中度以上污染日（逐時 PM2.5濃度大于 115μg.m-3的數(shù)據(jù)樣本）三種情況下月平均總輻射的月變化特征。2.3.1 全天空圖 2-7 與表 2-4 給出了全天空情況下 4 個測站月平均總輻射的月變化特征，總體而言 4 個站點的月平均總輻射時間變化較一致，位于郊區(qū)的南郊和上甸子站的月平均總輻射值略高于位于市區(qū)的海淀和石景山站，尤其是春夏季和冬季北京城郊總輻射差異較大，秋季差異不明顯。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X513

【參考文獻】

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1 廖禮;漏嗣佳;符瑜;常文淵;廖宏;;中國東部氣溶膠在天氣尺度上的輻射強迫和對地面氣溫的影響[J];大氣科學;2015年01期

2 張小玲;夏祥鰲;車慧正;湯潔;唐宜西;孟偉;董t，

本文編號：2678405