文摘

由于独特的地理和气象条件的台湾,环境空气的空气污染物浓度可能随季节。因此,本研究旨在探讨高O的形成₃环境空气的浓度在夏季台湾南部。高啊₃浓度情况下发生6月28日至7月2日,2013岁的建模和分析WRF-Chem气象和空气质量模型。在调查期间,一个典型的西太平洋副热带高压(副高)覆盖大多数东亚,包括台湾及其周围地区。观察显示之间的强相关性WPSH入侵,形成高啊₃浓度。空气污染物的分散在周围空气是不够的稀释其浓度。在6月30日下午,超过60%的空气质量监测站发现O₃浓度超过100磅,比正常浓度高出2 ~ 3倍。模型仿真结果证实WPSH的存在阻碍了空气污染物的稀释和交通环境空气。此外,空气质量将会恶化,由于造成的背风面反时针顶点形成台湾西南部。

1。介绍

良好的空气质量对健康生活至关重要。全世界的国家,台湾建立了排放限制调节空气污染物的释放各种空气污染来源(1]。空气污染物的释放通常会导致空气质量差,如果他们不能有效地分散在周围的空气中。在夏天的时候,空气质量在台湾南部应该高于其他季节。空气污染物浓度在夏天只有大约三分之一的那些在其他季节。然而,由于全球气候迅速变化,增加意外的天气条件与高浓度空气污染物的实例已经被观察到。气候变化不仅改变了全球及当地的气候模式,也改变了分布和大气中的空气污染物的命运2]。然而,越来越多的实例短期环境空气质量恶化的台湾南部夏季期间曾被观察到(3,4]。

除了空气污染物排放,独特的地理和气象特征是两个关键因素主要影响台湾的环境空气质量。尽管它是一个小岛,台湾的特点是其特殊的地理特征。例如,从海平面高度可以增加到近4000米高在30 ~ 100公里的距离。因为山的高度超过3000米,特殊的本地循环系统周围高山,台湾的天气模式非常复杂,往往是影响空气污染物浓度在不同地点和不同的季节。

在夏天的时候,天气模式在台湾相当受副高的位置和强度。总结WPSH发生的频率在夏天从2003年到2012年,平均发生的频率WPSH大约是40%(表1)。季节性变化和短期变化在高层西风环流在北半球副高明显确定的运动和位置。当WPSH强,它涵盖了大多数的东亚地区,包括太平洋西部边缘的延伸从15°N ~ 30°N E 120°~ 150°E。此外,WPSH可能建立太平洋西部的或从西方,而西风岭东移(5]。东部和西部之间的这种转移WPSH通常平均1 ~ 2周内,,但是,可以确定其入侵期间天气模式居多(6]。

此外,来自东南信风,通常位于南部和移动,副高脊线后是另一个重要的气象因素干扰台湾的夏天的天气,但是的东南信风的特征变化而通过副高的东部或西部。例如,空气流流经WPSH的东部,他们消退,温度上升但湿度降低。海洋附近的低层大气通常是由较高的干燥和温暖的空气下沉逆温层(7]。逆温层的温度,通常环境空气质量恶化,可能从几百米到几公里地面。

环境空气质量是由空气污染物的排放和扩散模式在大气中。调查他们对环境空气质量的影响,许多气象和空气质量模型,如凸轮_X,CALGRID SAQM MODEL3 MM5,已经被应用8- - - - - -13]。物理或化学过程的影响运输和命运大气中的空气污染物可以被评估,如果两个模型可以有效地使用。一些转移通常发现的努力,而这些模型相互结合,一些错误经常发生,而模拟结果转移从一个模式到另一个地方。因此,一个新的中尺度天气预报模型、气象研究和预测(WRF)模型,是由美国政府和学术团体为减少模型组合的潜在问题和数据转换14,15]。此外,考虑到大气中的污染物与化学反应,WRF-Chem模型为模拟和诊断开发交通和命运的活性空气污染物(16- - - - - -19]。从本质上讲,WRF-Chem是一个准确的天气/便携式空气质量模拟模型,简单的维护,可扩展,高效,便捷的操作20.,21]。

因此,本研究旨在探讨快速积累的现象₃在台湾南部的环境空气在夏季。地面臭氧(O₃),光化学反应在大气中形成的,是一种最关注污染物在城市环境空气。高啊₃浓度情况下发生6月28日至7月2日,2013岁的建模和分析。在此期间,一个典型的WPSH覆盖大多数东亚,包括台湾及其周围地区。WRF-Chem模型被用来模拟O的积累₃环境空气中特定的位置在台湾南部。的仿真结果也验证了O₃在空气质量监测站浓度测量。论述了形成机制₃积累在夏天在调查地区环境空气,有利于开展空气质量管理政策。

2。材料和方法

2.1。天气系统

本研究建模和分析一个典型的高啊₃浓度从2013年6月28日至7月2日。图1显示天气东亚这一时期的地图,这说明了台湾主要的天气系统。WPSH系统集中在大气中对日本和扩展到台湾6月28日,2013年。尽管Rumbia热带气旋活跃的菲律宾,整个台湾主要是副高的影响下。西方的西脊WPSH覆盖大多数东海地区,包括台湾,使台湾的天气干燥和小风。6月30日,台湾受西太平洋高,空气质量差是由于强烈沉降观测反演和稳定的天气。图2描述了观测的分布O₃环境空气中浓度东北亚6月29日和7月2日,分别。高啊₃浓度保持在东亚从6月29日到7月1日。7月1日之后,WPSH逐渐离开台湾,不再影响岛周围的天气模式。

2.2。初始数据和模型设置模拟

在这项研究中,WRF-Chem模型V3.1 [22)是用来模拟O₃集中在台湾的环境空气从6月28日至7月2日(中国标准时间)。最初的48小时内是设置为preintegration模型计算阶段。域的设置和配置选项WRF-Chem模型操作总结在表2,见图3。三个嵌套域被定义为执行兰伯特投影为模型的操作。最外层的域(D1),主要包括中国东部和集中在25°N, 125°E,网格间距27公里,整体网格面积115×91。二级域(D2),集中在16°N, 121°E和9公里网格间距为特色形成一个面积为73×73,覆盖了中国南部和整个台湾。第三域(D3)主要涉及到高雄、屏东县,并集中在14.5°N, 120.25°E与整体网格面积67×58和网格间距为1公里。所有网格网格由28个垂直σ层从地面到顶部的压力100 hPa(约10公里高)。最初的气象领域和边界条件是获得NCEP新兵。经营全球分析数据是基于1°×1°分辨率网格操作准备每6小时。

2.3。污染物排放清单和空气质量数据

空气污染物排放清单的数据,称为撒开V7.1来自台湾的国家排放清单排放数据系统,用于模拟模型。库存是在台湾以确定潜在的污染源,包括固定、移动、点,脸,线,和天然来源24]。此外,每小时O₃浓度的空气质量监测站位于高雄、屏东县都是用于验证模拟结果。高雄市位于台湾西南部,邻近屏东县。高雄大都会有最大的人口在台湾南部和台湾最大的重工业。

如图3显示,台湾环境保护署(EPA)建立几个空气质量监测站在这个区域,包括一个背景环境空气质量站桥头(b - 1);一个行业环境空气质量站在Qianzhen (O-3);两个交通空气质量监测站凤山(B-4)和复兴(b - 6);和八个通用环境空气质量监测站Meinong (m - 1), Nanzi (b - 2), Renwu(酮),Zuoying(1)前进(0 2)于宁波(O-4) Dailao (B-5)和临(O-5)。此外,屏东监测站(m - 2)和潮州(m3)监测站位于高雄城市附近。在这些空气质量监测站,m - 1站,大约海拔300 - 600米,位于高雄市,东北面临Meinong属于南部山玉山山脉的延伸。

在这项研究中,如表所示3在高雄,空气质量监测站被分成三个组根据他们的位置附近的海洋或接近主要的山脉。因为陆的微风中通常影响区域内10 ~ 20公里的距离海洋(25,26以西),空气质量监测站位于120.24°E,包括1 ~ O-5,被归类为“海洋集团。“东120.30°E监控站,包括m - 1 ~ m3,被归类为“山组”,因为他们是主要的山脉附近。第三组,其他车站位于120.24°E和120.30°E,包括b - 1 ~ b - 6。O₃浓度的环境空气监测站检测到的比较来评估背风侧的协同效应和WPSH对形成高啊₃浓度。除了地理因素影响空气质量监测站,附近的人类活动也可能造成空气污染物浓度在某个车站附近主要的工业园区,如b - 2酮,O-3, O-4 O-5, B-5。

3所示。结果与讨论

3.1。O₃浓度变化在调查期间

数据4- - - - - -6显示,观察啊₃浓度变化资料和地面风速检测的环境空气质量监测站从6月28日至7月2日,2013年。O₃浓度达到每天中午,逐步增加,6月28日开始,6月30日达到峰值(60 th - 66小时)。在6月30日下午,超过60%的空气质量监测站(B-1-B-5、1和0 2)发现O₃浓度超过100磅。站1和B-4记录最高的O₃浓度分别为124磅和116磅,约2 ~ 3倍的啊₃浓度。这些观察表明,混合空气污染物在环境空气条件不足以驱散WPSH入侵时空气污染物。

事实上,另一个可能的原因形成高啊₃环境空气中浓度对于这种情况是台湾接近鞍场前面之间的北部和南部的台风。鞍场疲弱的地区当地热发行量(土地海风)活跃。入侵WPSH提供空气质量恶化,因为它沮丧的垂直对流加热引起的地面。此外,表面附近的东南风引起了顺时针漩涡在台湾南部事件的一天。台湾西南涡基本上限制污染物搬出去。即协同现象贡献WPSH和lee-ward副作用导致空气质量差在这个区域。

7月1日之后(第84 ~ 90小时),WPSH开始降低强度和转向东北,恰逢O下降₃浓度测量空气质量监测站。台湾南部的天气模式回到一个正常的夏天天气模式后,7月2日。因此,这些观察结果显示很强的相关性之间的存在对台湾WPSH并形成高啊₃环境空气中浓度的西南侧。

另外,不像大多数的空气质量监测站,减少O₃浓度后被观察到6月30日,m - 1站不断发现高啊₃浓度超过80磅额外的1 ~ 2天,直到7月2日(见红线和风矢量图的细节5)由于背风一侧的协同效应和WPSH。高啊₃浓度是经常发现在Meinong (m - 1)山谷在阳光明媚的下午。在夏季盛行西南风吹时,强劲的海风会把空气污染物从高雄(西南)Meinong谷(东北),和空气污染物积聚在硅谷在下午晚些时候,称为陆微风,结果不均匀温度变化在海洋和陆地当太阳辐射对他们(23]。白天气温上升在陆地上通常远远超过海洋中,创建一个强劲的海风(见风矢量图的细节4),吹空气污染物内陆,直到被高山和丘陵。相比之下,在晚上,长波辐射冷却,温度降低在陆地比海洋更迅速。近地表的风吹向大海,造成土地的微风。

白天海风始于一个东风微风从南海生成的本地地面水达到热之下,然后1 ~ 2 h后,强劲的南风海峡两岸的东南风盛行。海风发行量推动热对比的海岸假设两种可能的形式包括生产稳定24小时旋转风矢量的大规模梯度风和/或生成旋转展现在低空风27]。轻度到中度的梯度风时,风扰动与昼夜海风周期可以暂时抵消梯度风产生几小时停滞不前的风力条件。当梯度流离岸(从北或西北),这种停滞不前的时期发生在下午时间。一般来说,在台湾南部,海风始于大约上午10点。和转移到10点附近的陆风。

背风一侧的协同效应和WPSH产生低速西南Meinong附近的风,特别是在6月30日至7月2(图5)。存在这种类型的风速通常发生缓慢稳定的天气和糟糕的空气质量。相比其他监测站(风速记录的看到颜色风矢量,数字4来6),最低风速在m - 1从6月28日至7月2日,2013年,当WPSH已经开始慢慢离开台湾。因此,恶化的WPSH环境空气质量差引起的,在加上背风副作用造成的特殊地理条件的台湾南部。

3.2。建模结果

在这项研究中,WRF-Chem模型(D3网格数据)应用于模拟O₃环境空气中浓度从6月28日至7月2日,2013年。图7显示了模拟啊₃浓度和那些在空气质量监测站检测,表明该模型的模拟结果与观测数据对大多数情况下,虽然它也可以发现,模拟O₃当观察到O浓度可能高估了₃浓度很低,可能被低估时观察O₃浓度非常高。图8显示了风场地图和O₃浓度轮廓(根据颜色)收集在调查期间在台湾南部。WPSH在场时,阻碍空气污染物色散、高啊₃环境空气中形成浓度在台湾南部大部分地区,特别是在副高背风侧和强烈影响的地区。O₃浓度达到峰值100磅以上在6月30日下午,超过了浓度在高雄(图9 (c))。当WPSH逐渐东7月1日之后,空气污染物的扩散和交通改善,导致O₃浓度逐渐降低到35 ~ 40磅(图9 (d)7月2日之后)。O₃浓度下降了超过50%,一旦WPSH转向从台湾(图9 (e))。

此外,它发现一个封闭的副热带高压形成低于5880米的位势高度(gpm)西太平洋上空的大气层(数字8(一个)~8 (e))。的东南风时形成副热带高压边缘形成西部的台湾附近的东海(6月29日)。相比之下,当副热带高压边缘的上空的大气层位于台湾,南风吹(6月30日)。由于气候变暖造成的下行通风,天气干燥,湿度很低,气压梯度很弱,几乎没有风。温度足够高,导致沉降反演[28]。在6月30日WPSH开始离开台湾,东北地区转移。只剩下的东边高雄受副热带高压的影响,因此,东部的天气状况稳定,较低的干湿度和弱风(数字6来8)。

前面提到的气象现象验证WPSH的存在大大影响空气污染物的稀释和交通环境空气,尤其是在副高位置背风侧的影响,。流量的模拟结果低于500 hpa(数字8(一个)~8 (e))和O的浓度分布₃(数据9(一个)~9 (e))表示,阿峰₃集中发生在高雄的西部沿海地区在6月30日下午(见细节表3),在此期间往东南吹向台湾东部,导致下沉逆温层在台湾西部(见蓝色模式数据9 (b)~9 (c))。因此,空气质量差。

3.3。空间分布的啊₃在环境空气而WPSH移动

WPSH的存在通常是伴随着天气条件对空气污染物的积累,如流倒灌风,温度反演,罕见的云覆盖,短波辐射,低相对湿度和风速缓慢。有些人所示6月30日下午,2013年。WPSH更有可能积累O₃。在这个调查的案例中,峰值O₃浓度观察每个监测站除了m - 1站发生在6月30日下午。因此,24 h O₃一天中浓度监测数据收集比较使用相关系数的比较(见表4)。期间为O₃浓度达到峰值高,1它们之间的相关系数,另一站通常都高于0.6,暗示是高度相关的。例如,在6月28日0 2 O最高₃浓度是102磅。因为西部和西北吹来的风,最高的O₃浓度在0 2 b - 6,位于顺风,一小时后观察。另一方面,车站O-5,观察相对贫穷的修正,这可能源于河流向大海的边缘。海风的影响比其他地方更明显。

关于m - 1监测站在农村地区,后分析,高相关系数保持城市监测站(表4)。然而,大多数O-5和一些电台的相关系数低于60%。m - 2表现出最低的系数为0.48。

海风影响风速(3 m / s) O-5站,西南和迅速风从南方吹来防止O₃从积累。然而,数据显示O₃在每个车站浓度超过100磅的6月30日提出,在副高的影响下,温度高,相对湿度低,和缺乏云导致表面获得较高的短波辐射(29日]。积累O逆温现象发生原因₃在近地表环境空气。检查skew-temperature图如图10强烈干燥气流对高层大气和逆温层(见图101)近地面空气的1站在6月30日下午,这会导致空气污染物的积累在近地表环境空气,可以找到。另一方面,大气中高于O-5站,尽管它也强烈干燥气流在高层流,其温度反演并不显著,导致其O₃浓度不是很高在6月30日下午(见图10O-5)。

(1)O₃在海洋附近的环境空气浓度变化。表3总结了啊₃1,浓度在高雄、屏东B-5 b - 2,和O-4分别。最低的啊₃浓度在6月30日之前,48小时不到30磅的,发生在下午,西和西北的高雄(b - 6,酮)。48小时后,最低浓度发生在西南侧(O-5 O-4)。这种现象是由于副高海风的影响和削弱。风吹来自西方的白天,但它在夜间从南方吹来,导致高啊₃浓度对形成站在下风。车站位于顺风和工业和城市附近地区发现大量O₃扩散。

(2)O₃在山附近的环境空气浓度变化。在6月29日和30日下午和7月1日啊₃集中观察到m - 1监测站达到80磅(20%)高于平均水平,因为车站位于背风影响区域(参考数据9 (b)~9 (c)m - 1点风矢量)。在6月29日下午,最高的O₃浓度是68磅(图9 (b)),因为东方WPSH转移。天气依然温暖的相对湿度较低(低于50%),7月1日下午,和西方吹来的风弱(大约1米/秒)。与此同时,由于风向,最高O₃在车站集中在白天81,这是最低的15倍₃浓度(十亿分之5.4;表2)。从下午三点。下午4点。7月2日,强劲的风(超过4 m / s)从西南吹,使更大的扩散;因此,最高的O₃浓度是56磅,这是最低的19倍₃那天浓度(5.6磅)。

的延误减少O₃集中在m - 1产生的协同效应背风侧和WPSH。高啊₃浓度经常发生在Meinong山谷在阳光明媚的下午。在一个典型的夏天,当西南大风吹,强劲的海风会把空气污染物从高雄(西方)Meinong谷(东),和O₃在下午晚些时候在谷中积累。强劲的海风吹空气污染物内陆,直到被高山(图5)。相比之下,在晚上,近地表风吹向大海,造成陆风(图9)。再次,m - 1站的模拟skew-temperature图表示温度反演近地表以下的发生在6月29日下午1公里(见图10m - 1)。7月1日高水平显著的风5000近地表引起的风吹向山脉和导致O的积累₃在环境空气(图9 (e))。

(3)啊₃环境空气中浓度的变化在海洋和山脉之间。在B组站(B-1-B-6),位于中间高雄地区,O₃高雄、屏东地区的浓度在调查期间记录(表2)。48小时前6月30日的最低O₃浓度,低于30磅,被记录在下午的西部和西北边高雄地区(图6)。同日,最高的O₃B-4浓度是116磅,这是23倍的最低浓度(表5磅,看到细节3)。温度很高,相对湿度很低(小于65%),而风从西方吹弱(< 1.5 m / s)。随着WPSH盛行,O₃环境空气中形成的高雄、屏东由于强烈的光化学反应(图9 (e))。

4所示。结论

这项研究表明,WPSH通常伴随着天气条件对空气污染物的积累导致糟糕的空气。本研究使用WRF-Chem模型来分析高啊₃浓度情况下发生在南台湾的环境空气6月28日至7月2日,2013年。在此期间,一个典型的WPSH覆盖大多数东亚,包括台湾及其周围地区。总结了一些重要的研究中发现如下。

WPSH入侵期间,超过60%的台湾南部的空气质量监测站发现O₃浓度超过100磅,这表明之间的强相关性的存在对台湾WPSH并形成高啊₃环境空气中浓度的西南侧。模型模拟结果验证WPSH的存在阻碍空气污染物的扩散环境空气。空气质量恶化当背风副作用强。背风一侧的协同效应和WPSH产生低速西南Meinong附近的风,特别是在6月30日至7月2(图5)。这种缓慢的存在风速通常发生在稳定天气但空气质量差。WPSH天气条件下,形成的强烈干燥气流对高层大气和附近的地面温度反演导致环境空气的空气污染物的积累。O₃浓度在WPSH入侵可能达到2 ~ 3倍它的浓度在夏天没有WPSH入侵。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢科技部,台湾国立高雄第一科技大学财务支持这号合同下的研究。NSC - 327 - 002 - 102 - 2221 e my3 A23200。