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北京地区山谷风环流对大气污染的影响分析

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昌平07年6月6--9日风速风向图36050452704030180252090151050678日期(天)风向风速90风速(m/10s)35风向(度)

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良乡07年6月6--9日风速风向图36050452704030180252090151050678日期风向风速90风速(m/10s)35风向(度)

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香山07年6月6--9日风速风向图3603530270252024015901050678日期风向风速90风速(m/10s)风向(度)

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图5:07年6月6日—9日风速风向图:a为上甸子 b为昌平 c为怀柔 d为香山

从上面图中可以看出四个站点情况看到明显的日变化周期性的循环,且突变点都在中午前后。作为郊区-山区代表,位于北京东北部山区的上甸子,不论是风向还是风速,都呈现出日变化,午夜到清晨刮东北风,风速较小,在1—2m/s左右;中午到傍晚刮西南风,风速较大,约为5—7m/s ,这样的变化是相当理想的山谷风环流了,作为郊区-平原的代表,昌平日变化也不错,山地在其西北部,图中风向为午夜到清晨刮西北风,即山风、下坡风,中午到傍晚刮谷风、上坡风,也和山谷风环流的要求十分吻合,而风速上也呈现出与上甸子相似的特点,只是不是那么明显,刮山风时风速较小,约1-2m/s,刮谷风时,风速略大,约3-4m/s。香山站代表了山地-城区,风向日变化明显,风速普遍偏小,尽管依然看出谷风比山风平均要大,但是风速波动性与紊乱性增强。香山位于北京西侧略偏北,图中,午夜到临晨刮的是西北风,山风,风速普遍低于1m/s,日出到傍晚刮的是东南风,谷风,风速可以达到2-3m/s。最后看城区-平原的代表,良乡。良乡近些年的开发程度越来越高,发展迅猛。从图中我们发现这个站的变化规律是最弱的。西北部是太行山脉的良乡,午夜到临晨大约50%刮山风,即6号,8号。在9号1-3时,7号的这段时间都在刮东北风。从日出到傍晚,6号,8号刮的是东南风,7号9号刮的是东南风和西南风。就是说考虑太行山系的影响,只有6号与8号的数据体现出了山谷风环流,那么,7号,9号是怎样的环流?重新分析了北京的地理状况,我认为,良乡处于平原城区,并不是离某一个山系特别的近,因此可能受到多山系的影响。即太行山系、军都山以及燕山山系。6号、8号太行山系产生的山谷风环流影响较为明显而7号9号受军都山,燕山山系影响较大,因此,在这4天体现了不同的环流特征。至于,这三个环流系统的权重到底由什么决定,依然有待研究。同时,从风速上看,良乡地区的风速脉动很大,没有明显的日变化特征,或者说出现了跨日的风速变化周期。初步分析认为这是由于城区受到了人类活动的很多干扰,外部条件对风速的影响大,同时城市热岛效应可能对风速起到非线性的作用,最终导致风速的特点混乱的结果。

综上所述:6月的6号到9号四天,北京有比较稳定的山谷风环流,处于郊区的站点的风速较大,城区的普遍较小,山区平原都出现了明显的风向日变化,尽管城区个别站影响复杂,但总体上,山谷风环流的形态明显。而在这四天内,北京的污染指数步步攀升,形成一个重度的污染过程。因此,我认为实际上是,污染物在日出到傍晚,借助谷风的作用从城区被运送到山地,而在午夜到临晨,又从山区被运送回到城区,没有沉降和平流扩散输送掉,而是在北京地区周而复始的循环累积最终达到很高的污染水平。

而10号后的污染物浓度下降到很低,观察微波辐射计的数据,如图六

图6:6月10号微波辐射计数据图

我们观察10号的气温气压会发现气压迅速下降,气温迅速上升。由于温度的上升,适度相对迅速变小,这些体现出,应该有一个暖平流或暖锋经过北京地区,这种平流的输送作用终于使得积累了4天之久的污染物被运送出去,是污染浓度回到到一个低值。

6、 结论

从上面的分析中我们可以总结出如下的结论:

北京地区受到当地地形的影响有比较典型的山谷风环流,这会为污染物积累提供条件,使污染物不能被输送走,而是累积在本地。因此,每一次重度的污染都可能不是由于瞬时的大量源排放,而是一个几天的累积循环的结果。北京地区的污染除了冬季少量是由外部源输送造成,其余大部分是自身的排放作用引起,而山谷风环流——这种中尺度的协同促使污染的爆发。

因此,特别提出以下建议:

(1) 继续加强车辆减排的政策,鼓励市民乘坐公共交通工具,适当的进行限行,帮

助减少北京本地的污染源排放量。

(2) 在减少源排放的同时,人性化的关注气象要素的状况,进行星期内的污染气象

预报,并根据污染预报的结果制定相应的应对措施,在大气形势稳定,容易形成逆温,容易出现典型山谷风环流的日子适当的加强交通限行,而在即将出现降雨或有大尺度系统即将过境的日子,相对放放宽政策。

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