江苏污染物分布特征及其轨迹预报模型

【作者】 王宏斌； 张志薇； 徐萌； 焦圣明；

【机构】 江苏省气象科学研究所； 江苏省气象服务中心；

【摘要】 大气气溶胶是指悬浮在大气中直径为0.001~100μm的各种固体和液体微粒与气体载体组成的多相体。近年来,日益加剧的人类活动增加了气溶胶粒子的排放,其数量越来越多,种类越来越复杂,造成我国特别是长江三角洲、京津冀等地区大范围持续性霾天气频发。由于气溶胶粒子的生命周期较短,且其浓度具有较大的时空变化,地基站点不可能准确评估气溶胶对全球大气辐射收支的影响。因此,利用卫星探测全球气溶胶辐射特性及空间分布具有至关重要的意义,已成为气溶胶研究不可替代的手段。MODIS、OMI以及CALIPSO星载激光雷达、FY3等卫星观测资料被用于空气质量预报及对天气、气候的影响研究中。利用地面污染物浓度和多源卫星遥感资料对江苏及其周边地区污染物分布特征进行了分析。结果表明:(1)利用地面PM2.5质量浓度资料对江苏省13个地级市的地面污染年变化、日变化等特征进行了对比分析。13个市均为冬季污染最重,春季次之,夏秋季较小。冬季月份PM2.5质量浓度及其变化幅度均较大,浓度值和变化幅度基本为夏季月份的2倍。各市全年优良比例在60%~75%之间。而冬季优良比例在30%~55%之间,其中淮安最小,为33.4%;南京为38.9%;南通优良比例最高,为50.3%。夏季优良比例在70%~90%之间,宿迁最小为73.5%,南京为78.3%,盐城最高为87.1%(图1)。13个市中南京市PM2.5质量浓度年均值最高,为75.7?g/m3,盐城市PM2.5质量浓度年均值最低,为62.3?g/m3,但仍超过国家二级标准近1倍。各市PM2.5质量浓度全年和各季节平均日变化多表现为"双峰型",是由于人为活动和边界层高度日变化特征共同影响造成的。(2)选用2002~2014年Aqua MODIS 3km分辨率C6每日气溶胶产品,对其进行网格化,形成0.1°×0.1°网格数据(图2)。利用臭氧监测仪(OMI)辐射数据,计算吸收性气溶胶指数,形成0.25°×0.25°网格数据。CALIPSO星载激光雷达消光系数垂直廓线资料被用于分析研究区域气溶胶垂直分布特征。基于以上卫星资料,同时结合地面污染物浓度和太阳光度计观测资料构建了多源的气溶胶观测数据资料库。(3)建立了气溶胶轨迹预报系统。基于前向轨迹模式(NASA Langley trajectory model)模拟了大值AOD的气溶胶传输轨迹,以此进行未来24小时气溶胶轨迹预报。并考虑地面实测污染物浓度、降水等建立包括数据预处理、前向轨迹模拟、产品可视化等功能的气溶胶轨迹预报系统。系统基于IDL和Fortran语言开发,通过shell脚本进行集成,可以自行检索每日数据到齐后运行进行气溶胶轨迹预报。从2014年4月3日MODIS AOD分布图(图略)上可以看到在江苏北部存在AOD的大值区,AOD值大于1.0,利用气溶胶轨迹预报系统对该区域未来24小时的轨迹进行预报,可以看到未来24小时污染物不断南侵,气溶胶小时轨迹动态图由24张图组成,是2014年4月3日14时到4日13时逐时气溶胶轨迹预报结果。从实况观测资料可以看到,4月4日16时徐州PM2.5质量浓度达到98.0?g/m3,为轻度污染;同时宿迁、淮安等城市也为轻度污染。更多还原