低纬地区示踪物向高纬度及邻近地区传输的理想数值模拟

发布时间：2020-10-15 21:25

　　 北极以及青藏高原作为全球气候变化的敏感区是研究全球气候变化的关键区域。并且北极和青藏高原都处在人类活动频繁的北半球,受到了大量的人为污染,得到学者的广泛关注。本论文利用NCEP/NCAR FNL客观分析资料驱动中尺度模式WRF(Weather Research and forecasting Model),模拟了2010年不同气象条件对低纬地区排放的理想示踪物向中高纬度地区传输过程的影响,并对示踪物的传输总量、传输特征及传输机制进行了分析,为深入理解低纬度地区污染物向中高纬度地区传输的动力机制提供了参考依据。另外,论文还模拟了季风期5个不同区域(青藏高原本地、中国华南地区、南亚、东南亚和中国东部)的理想示踪物向高原地区的传输过程,研究其传输特征和机制,定量分析了高原本地污染源和外来污染源占高原污染物总量的百分比,为进一步深入研究高原地区污染来源提供参考。论文研究得到以下主要结论:(1)12月从低纬地区传输到高纬度的示踪物最多,其峰值约占释放总量的~44?,其次是9月和6月,分别达到~7.5?和~7?,3月最少,约为~0.105?。示踪物在12月传输到中高纬度地区所需的时间最短,大约为3天,其次是9月和6月,分别是6天和5天,3月示踪物传输到中高纬度所需时间最长,约为9天;不同气象条件下示踪物在高纬度地区停留的高度也不同。3月高度较低,主要集中在850-700 hPa之间,9月在400-200 hPa之间,而6月和12月在850-200 hPa的高度之间都出现浓度较高的示踪物;示踪物传输的路径主要受环流场和风场控制,较强的径向南风和气旋系统有利于示踪物向高纬度地区传输,持续并且稳定的低压系统是示踪物在12月向中高纬度传输量级最大的重要原因;东亚大槽强度对于传输影响不大,重要的是形态,槽线的走向对传输影响很大。槽后风向越水平,槽前风向越垂直,这种槽线西北-东南走向的形态越有利于传输。槽的形态会影响到径向南风,这是导致影响传输的根本原因。(2)不同时期,不同高度上高原地区的示踪物来源是不同的,传输环境对其有重要的影响。5月,南亚的示踪物很容易侵入高原;6月,中国东部的示踪物更加容易,而在7月,南亚的示踪物侵入高原的最多;初始排放量对传输的影响要大于排放区域面积对其的影响,并且传输高度主要集中在500 hPa以下,在7月,对流层上层也是重要的传输通道。示踪物在对流层低层传输过程中,西南季风和东南季风以及西风带是影响传输的主要因素;而在对流层上层的传输过程中,南亚高压形成的反气旋系统对于传输起到了重要作用。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P467
【部分图文】：

图 2.1 WRF 流程图(来自 WRF 模式用户使用手册)HYSPLIT (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)模式是由美国国家海洋大气局（NOAA）等开发的计算空气轨迹以及复杂的传输扩散，化学转化和沉降模拟的一个完整系统。 HYSPLIT 是大气科学界最广泛使用的大气传输和扩散模式之一。常见的应用是后向轨迹分析，以确定气团的来源并建立源-受体关系。 HYSPLIT 模式还被用于模拟污染物的大气传输，扩散和沉降。应用的例子有跟踪和预测放射性物质的释放，火山灰、沙尘等传输。论文中 HYSPLIT 模式所用的气象场资料为 NOAA 的 GBL（GlobalNOAA-NCEP/NCAR Pressure Level Reanalysis Data）再分析资料。2.2 再分析资料简介模式初始场和边界场均利用 Global Forecast System-Final Operational Globaloo

9图 3.1 模拟区域设置（红色区域为初始排放区）3.3 模拟结果分析3.3.1 传输至中高纬度地区的总量从图 3.2 可以看出，从示踪物首次到达中高纬度地区的时间点来看，示踪物在 12 月到达中高纬度地区的时间最快为 3 天，其次是 9 月和 6 月分别是 6 天和5 天，3 月最慢为 9 天；从到达中高纬度地区示踪物的峰值上来看，12 月到达中高纬度的总量最多，峰值达到 44 ，其次是 6 月和 9 月分别达到 7 和 7.5 ，3月最少为0.105 。；从形态上来看，6月中高纬度地区的示踪物量起伏比较明显，

11图 3.3 1979-2016 年 750 hPa 等压面的月平均风速 v（单位：m/s），正值代表南风，负值代表北风（a）3 月（b）6 月（c）9 月（d）12 月3.3.2 水平风场分析之前的研究表明 WRF 模式较好地模拟出了天气环流背景和天气系统（雪岩等，2006）。从图 3.4 可以看出示踪物从 3 月 2 号开始由于受到纬向西风作用向东传输，到达 150oE 附近 5 号出现较强偏南风，把示踪物向高纬地区传送，也有部分示踪物向南扩散。8 号的时候，向北传输的示踪物并没有发生明显的北移现象，反而在从源区有一个分支向西北方向发展，其最远端传输到 60oN 附近，以90oE 为界，其西部分的示踪物受东南风的作用，可能到达中高纬度地区；以东部分西北风强劲，这部分可能向东向南传输难以到达中高纬度地区。11 号的时候源区西北方向区域的示踪物浓度已经显著降低，可以看到有少部分示踪物继续
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本文编号：2842263