边界层方案与垂直混合对京津冀及周边地区O_3模拟的影响研究

作者：芦延廷; 赵秀娟; 唐贵谦; 徐敬; 陈丹; 安兴琴

来源：中国环境科学, 2022, 1-16.

DOI：10.19674/j.cnki.issn1000-6923.20220914.002

• 边界层方案
• 垂直混合
• O3
• WRF-Chem模式

采用WRF-Chem模式中的3种边界层方案YSU、MYJ和ACM2对2019年6月京津冀及周边地区典型O3污染月份开展模拟研究.详细对比了各方案对地面气象要素、NO2和O3浓度时空分布,以及温湿风要素和O3浓度垂直分布的模拟效果.结果表明:3种方案对地面气象要素的时空分布和温湿风要素的垂直变化模拟较为合理. MYJ方案模拟地面气象要素整体效果最佳.各方案对边界层高度的日变化特征模拟较好,但存在白天偏高、夜间偏低的现象.YSU方案相比效果最佳.3种边界层方案对NO2浓度模拟普遍高估,而O3模拟结果则出现低估.模拟偏差白天偏差较小而夜间偏差较显著.模拟最佳的是ACM2,其次为YSU和MYJ. 3种方案均较好地模拟出了O3的垂直分布特征,但整体低估了O3浓度.对上午O3垂直分布的模拟差异较下午更为明显.此外,我们在YSU方案中进行了三个敏感实验,分别计算了污染物的垂直混合过程.这些实验调整了YSU的湍流扩散系数阈值.因此,模拟的变化只反映了由于边界层的垂直混合过程造成的污染差异,而不是由于热动力场的调整造成的变化.模拟结果表明3个方案均可改善区域上地面NO2和O3的模拟性能.尤其是改善了华北平原上O3的低估.在垂直方向上,湍流扩散系数阈值的调整增加了早间近地面模拟的O3浓度,改善了模拟偏低的现象,但同时更加低估了高层的O3浓度.敏感性方案显著改善了夜间的模拟,白天则并不明显.这些结果显示出湍流扩散系数对O3垂直混合的重要影响.因此,改进湍流扩散系数的参数化对O3模拟是必要的.

• 单位
  中国气象科学研究院; 中国科学院大气物理研究所