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,相关系数为0.58～0.69,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.白天模拟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,基于YSU方案设置了 3个敏感实验,通过调整化学模块所用的湍流扩散系数阈值,对比分析了垂直混合过程改变对O3浓度模拟的影响,模拟的变化只反映由于边界层的垂直混合过程改变造成的污染差异,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,尤其是对原3种边界层方案模拟O3均明显低估的华北平原地区提升效果最显著,平均偏差降低了 23.7％.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,但同时增大了高层O3浓度的负偏差,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.

边界层方案;垂直混合;O3;WRF-Chem模式

芦延廷;赵秀娟;唐贵谦;徐敬;陈丹;安兴琴

中国气象科学研究院气象影响与风险研究中心,北京100081;中国气象科学研究院,灾害天气国家重点实验室,北京100081;北京城市气象研究院,北京100089;中国科学院大气物理研究所,北京100029

中国环境科学

[1]芦延廷;赵秀娟;唐贵谦;徐敬;陈丹;安兴琴-.边界层方案与垂直混合对京津冀地区O3模拟的影响研究)[J].中国环境科学,2022(12):5459-5471

边界层方案,垂直混合,京津冀地区,O3,WRF,Chem,YSU,MYJ,ACM2,京津冀及周边地区,地面气象要素,NO2,温湿,垂直变化,变化模拟,方案模拟,整体效果,边界层高度,日变化特征,白天,浓度模拟,高估,低估,模拟出,垂直分布特征,下午,敏感实验,湍流,扩散系数,混合过程,变造,热动力,动力场,上地,模拟性,华北平原,平原地区,提升效果,平均偏差,垂直方向,早间,近地,地面模拟,参数化

0.305843