气溶胶传输对青藏高原影响的大气数值模拟分析——以南亚生物质燃烧产生的黑碳为例

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气溶胶的气候与环境效应是科学家们广泛关注的一个重要研究领域并且已经成为当前全球变化研究的热点和前沿科学问题之一。然而,气溶胶对全球环境及气候变化影响的评估还存在很大的不确定性。因此,深入研究气溶胶变化特征及其影响因素对减小环境及气候变化影响评估的不确定性具有重要的科学意义。然而,目前对我国西部,尤其是青藏高原地区的气溶胶污染缺乏系统和深入的研究。我国西部地区具有其强烈的地区特征,如该地区处于气候变化的敏感带和脆弱带,轻微的气溶胶污染都可能造成严重的气候及生态影响,如对青藏高原冰川的污染影响。研究我国西部和青藏高原地区的气溶胶污染特征及其受气候变化的影响不仅有着重要的科学意义,还涉及重大的国家环境外交问题。本论文基于中尺度区域动力-化学模式WRF-Chem(Weather Research and Forecasting with Chemistry)以及获取南亚地区的黑碳和火点观测资料,通过对比模拟结果和观测数据来验证模式的可靠性,然后探讨了该地区黑碳年际和季节变化以及生物质燃烧对于黑碳浓度的贡献和形成原因,初步得出以下几点结论:  对比32个站点的黑碳气溶胶月均值浓度发现,这些站点的黑碳气溶胶均值浓度在全年12个月份里整体呈现了两头高中间低的单谷变化趋势,也就是较高浓度出现在秋季和冬季,而较低浓度出现在春季和夏季,说明冬季是黑碳气溶胶浓度最高的季节,而夏季是黑碳气溶胶最低的季节。Kolkatai是这所有32个站点中黑碳气溶胶浓度最高的城市,其黑碳气溶胶年均浓度达到了12.11μg/m3,1月份浓度更是达到了27.86μg/m3。从整体的区域角度来看,四个划分区域的黑碳气溶胶浓度具有非常明显的季节变化特征,整体呈现着冬季季风期最高,夏季季风期最低的变化趋势,这与夏季随着亚洲季风的爆发和雨季的到来,黑碳气溶胶的含量和分布范围较冬季有明显的减弱,季风后期次之,季风前期第三,但略有不同的是,在印度南部地区季风前期的黑碳气溶胶浓度比季风后期高。  综合对比2003-2016年期间四个划分区域的火点数量和火点燃烧碳排放量,可以看出四个划分区域的火点数量占比,印度东北地区的火点数量是最多了,而其次是印度北部地区,印度南部地区和印度西部地区,四个地区的火点燃烧碳排放量占比也是呈现出相同的趋势,印度东北地区第一,其次依次是印度北部、印度南部和印度西部。从火点数量的年变化趋势上来看,2003年逐步增加,在2009年达到最高峰,之后到2016年逐年减少,其间在2008年和2011年明显的减少。火点燃烧碳排放量的年变化趋势也呈现出相同的趋势,在2008年和2011年的火点燃烧碳排放明显低于其他年份。  我们选取2012年和2016年的1月份(代表高黑碳季节)、四五月份(代表高火点季节)分别进行BB排放置零和未置零两种情景设置下的模拟对比,结果发现BB排放未置零情景下的模拟值,明显高于BB排放置零情景下的模拟值。冬季高黑碳季节1月份在2012年和2016年整个研究区域上BB_BC对于T_BC的贡献率分别是21%和24%,表明两年差异不大,T_BC更加接近于观测值O_BC分别达到了84%和82%。通过对于高火点季节的4月份和5月份对比模拟发现,高火点季节的模拟效果明显优于高黑碳季节,模拟值更加和观测值吻合,表明FINN生物质燃烧源是值得信赖的,而生物质燃烧对于黑碳的贡献巨大,对比4月份和5月份,4月份的模拟明显更加优于5月份。4月份2012年和2016年在整个研究区域上BB_BC对于T_BC的贡献率分别是38%和53%,表明2016年明显好于2012年,T_BC更加完美的接近于观测值,分别达到了96%和106%。5月份2012年和2016年在整个研究区域上BB_BC对于T_BC的贡献率均是22%,2012年和2016年相差不大,T_BC也更加的接近于观测值O_BC,分别达到了79%和81%。同时文中选取了2016年两个不同季节(冬季和秋季)下不同的生物质燃烧事件下产生的黑碳到青藏高原的传输过程进行分析研究。发现冬季1月份,南亚地区在西风带南部分支的作用下,生物质燃烧产生的黑碳对于青藏高原的黑碳贡献在7-23%,而在春季的四五月份,在南亚季风西南风的作用下,生物质燃烧产生的黑碳对于青藏高原的黑碳贡献达到了16-59%,说明了生物质燃烧产生的黑碳对于青藏高原的影响很大。  本论文以南亚生物质燃烧产生的黑碳为例,探讨了气溶胶传输沉降对青藏高原影响的大气数值模拟分析,获得一些初步认识,但是目前针对于我国青藏高原的长期观测和模拟还依旧缺乏,需要更深一步的结合一系列的观测资料(卫星资料、地面观测资料及全球气候再分析资料)对我国西部青藏高原地区的气溶胶污染进行综合研究,尤其是黑碳气溶胶的主要成因进行来源和传输分析。
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