热带气旋活动对大气颗粒物浓度影响的数值模拟研究.pdf

热带气旋活动对大气颗粒物浓度影响的数值模拟研究 冯业荣“ 王安宇1吴兑“ (1广州市新港西路135号；2广州市福今路6号) 摘要 污染过程进行数值模拟研究。这次空气污染过程的首要污染物是可吸入颗粒物，该过程明显受强 热带风暴“莱莉”的影响。模式非常成功地模拟了大气水平和垂直运动、大气温度层结、能见度 特征、PMIO浓度的时空分布。 模拟发现，热带气旋引起的下沉运动能显著地增加对流层中下部的温度，导致珠江三角洲上 空干暖盖的形成，使得中低层大气层结更加稳定，近地面边界层逆温加强，不仅严重抑制气溶胶 的垂直扩散，也由丁晴朗无云，光化反应明显，有利于二次颗粒物的形成；此外，热带气旋外围 的高压反气旋环流控制之下，地面风力很小，气流停滞，使大气颗粒物水平迁移能力减小，产生 局地堆积。 另外，热带气旋活动不仅容易产生高浓度气溶胶污染，在受到热带气旋水平环流影响的地 方，气溶胶还会由于热带气旋风场产生明显的水平输送，导致下游地区污染加重。 1引言 悬浮于大气中的颗粒物对人体健康有不利的影响。特别是粒径小于10微米的细颗粒(称为 PMIO)能够长时间漂浮于空气中不易降落到地面，形成严重的灰霾天气，导致能见度恶化，而且 极易被人体吸入并存留在肺泡里，对人体的危害更大。 随着工业化和城市化进程的加快，珠江三角洲空气质量逐年恶化，特别是细粒子污染日益 et 严重，经常出现严重灰霾天气，即所谓的亚洲棕色云(Husareta1．，1997：Wua1．，2005)。 eta1．， MODIS卫星资料显示气溶胶光学厚度(AoD)经常超过0．7(So2005)。极端情况下 eta1．， AOD甚至高达1．2，导致能见度恶劣(Wu 2005)。据估计，珠江三角洲64％的PM。。来 eta1．， 源于工业源(Zhang 2002)。实际上，煤烟和汽车尾气是该地区光化学烟雾和大气颗粒 eta1．，2004)。 物污染的主要来源(Xie et 气象因素对大气颗粒物形成、转化、扩散、输送和清除相当关键(Strohma1．2004)。 风、云、雨、雾和逆温通过动力、光化学、微物理、液相化学和干湿沉降过程对局地空气质量有 重要影响(Dabberdtetal，2004)。 热带气旋与空气质量紧密相连，相互影响。卫星云图分析显示干燥、稳定的撒哈拉沙尘可抑 制热带气旋的发展(DunionandYelden， 2004)。相反，热带气旋对空气质量的影响也很显著 (wuet a1．，2005)。尽管影响机理迄今仍没有完全清楚。热带气旋是一个移动的天气系统，其 位置、强度、环流和风雨不断在变化，能明显地改变周边的气象条件，例如，登陆台风试验的观 et 测表明热带气旋能显著引起大气边界层结构变化(Black，eta1．，2004：Blacka1．，2005： Esteban—Fernandez，eta1．， eta1．， 2004：Zhou， 2005)。因此热带气旋活动必然对局地 空气质量产生明显的影响。 2003年11月l一3日珠江三角洲地区由于强热带风暴“茉莉”的活动，出现了一次较严重 的大气颗粒物污染事件。为了研究热带气旋对空气质量的影响，特别是热带气旋活动对大气颗粒 空气污染过程进行数值研究。 2数值模式 利用美国宾州大学和NcAIi共同开发的第五代中尺度气象模式MM5(3．4版本)对气象场进行 高原、海域、山脉、丘陵等特殊地形和下垫面，也包括广州、香港、深圳等百万以上人口的大城 市和中小城市组成的城市群等复杂城市地理环境