203 / 2023-04-01 00:05:24

局地环流和边界层演变对成都地区秋冬季污染影响的数值模拟

局地环流，山谷风，热岛环流，污染分布演变

由于复杂的中尺度气象动力学和深盆地形影响，位于中国四川盆地西侧盆地的成都地区在秋冬季易发生高浓度PM_2.5污染。本研究选取了秋冬季两个不同天气型下的典型污染过程，在分析污染过程特征及天气环流背景和边界层结构变化的基础上。运用大气化学在线耦合模式WRF-Chem对两次污染过程进行模拟，研究成都地区弱天气背景下的局地环流特征（山谷风环流、城市热岛环流）和边界层过程，揭示了局地环流对污染物的输送和积累所起到的关键作用，可为成都地区PM_2.5污染的精细化演变成因、预报预警和管控提供科学的依据与支撑。

模拟的近地面风场和PM_2.5浓度的演变表明（图1）：日间中午-傍晚左右，偏南风明显，夜晚-次日日出前后，偏北风较明显。在山风阶段，成都地区西部的大型山风与东部龙泉山西侧的小型山风易形成辐合风场，且辐合风场风速明显减小，会加重成都城区污染物的积累。由于局地环流的变化，使得成都西部污染先开始、先加重，随着午后谷风和上升运动加强，边界层高度逐渐升高，污染有所缓解和扩散，夜间下沉运动明显，边界层降低，污染加重，同时随着山风自西向东，污染也自西向东扩散。成都地区受西部龙门山和东部龙泉山影响，污染过程中东西方向的风速风向随时间有较明显变化特征（图2）以及污染物浓度和风场的垂直剖面图（图3）。即每日08时-11时，偏西风的山风开始减弱，风速降低；12时-16时，偏东/偏东南风的谷风形成并逐渐增强；17时-20时，下坡风开始建立，谷风开始减弱；20时-次日07时，偏西风的山风形成并逐渐增强。同时，由于成都城市化发展快速，城市热岛环流对山谷风有一定的影响，在日间阶段，城市热岛效应使得山地气温不再显著高于邻近平原，而是与邻近平原/城市相近，因此山地的谷风和热岛环流在山地侧的分支均被削弱。在夜间阶段，热岛效应进一步提升了平原对山地的温差，山风的强度得到增加，因此成都地区水平风场山风阶段风速整体大于谷风阶段风速。