利用MM5模拟大气氡浓度的模型描述及验证

【作者】 张亮； 郭秋菊；

【机构】 北京大学物理学院核物理与核技术国家重点实验室；

【摘要】 目的:氡是地球表面大地起源、广泛存在于大气中的放射性气体。因其化学性质稳定、便于灵敏测量、具有适宜中尺度大气现象研究的半衰期等优点,作为示踪气体被广泛地用于大气输运模型的研究中。本文尝试将氡作为示踪剂,研究污染物在不同大气条件下的垂直扩散模式。方法:利用日本名古屋大学制造的ERM-B1静电式氡监测仪,笔者实验室对北京和青岛两地的大气氡浓度分别进行了了5年和3年的连续观测,并对日变化规律和季节变化规律给出了合理的解释。同时,笔者将成熟的中尺度气象模式MM5与氡的垂直扩散模型结合起来,利用MM5生成背景气象场,作为笔者自己开发的氡输运模型的输入参量,通过对氡输运方程的数值模拟,达到实时地模拟计算大气氡浓度的目的。本文所实现的是氡的一维垂直扩散模型,并将模型得到的结果与实测结果进行了比较分析。结果:北京和青岛两地的日变化呈现相似的规律,氡浓度在清晨日出时分达到最高,下午日落时分达到最低,这是由一天中大气的垂直输运决定的。青岛地区氡浓度的季节变化则明显受到海陆季风的控制,夏季六月最低,冬季十二月最高,这一点可以从风向分析和气团溯源两方面很好地说明;利用MM5结合氡输运模型,对北京和青岛两地每小时给出一个大气氡浓度。该模型在大部分时段很好地再现了氡浓度时间序列的日变化规律,还有氡浓度随风向的分布;在数值上,虽然模拟值明显比计算值偏低,但二者显示出了较好的相关性。结论:本文描述的模型再现了大气氡浓度时问序列的变化规律,建立了具有应用价值的氡垂直扩散模型。更多还原