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北京城市街区PM_（10）时空分布特征的综合观测研究

作　者: 程兴宏
导　师: 徐祥德
学　校: 中国气象科学研究院
专　业: 气象学
关键词: 机动车排放 PMI10时空分布点-面结合变分方法气象要素
分类号: X16
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本文在BECAPEX强化观测试验和卫星遥感—地面观测变分订正处理技术的基础上研究了北京城郊街区机动车排放污染物PM₁₀的时空分布特征及其变化规律问题。采用卫星遥感—地面观测的点—面结合综合分析方法,以及城区街道定点和动态监测相结合的技术途径,探讨了城郊街区PM₁₀浓度的空间分布特征以及机动车排放等污染源的影响效应。另外利用点一面结合方法以及AWS观测资料,探讨了大气边界层动力和热力结构以及城市建筑群布局、城市热岛及其强迫引起的城市中尺度次生环流的影响效应。本文研究结果表明,北京市城郊主干道PM₁₀质量浓度空间分布呈“内环低,外环高;北部低,南部高;东部低,西部高;高速路及国道出入口附近较高”的特征。经地面实测场变分处理后的MODIS光学厚度变分场可以较高分辨率信息描述北京城区和郊区,尤其是远郊区PM₁₀浓度的空间分布特征。北京城区三环内除南三环中东路（高速公路及国道出入口附近）PM₁₀浓度较高外,大部分地区为轻污染区,尤其是三环内古建筑群区以及颐和园、圆明园等绿化园区污染较轻,属于PM₁₀浓度低值区;北京城区三环外及近郊区PM₁₀浓度高值区沿环路分布,其中北京西南部、东南部和东北部污染较严重。高速公路及国道与环路出入口接洽处PM₁₀浓度较高,并且南面各高速公路和国道出入口PM₁₀浓度高值区较北面多,PM₁₀浓度高值区与车流量高峰区相对应,表明PM₁₀浓度受机动车流量的影响较大;远郊区房山区东北部、朝阳区东北部及顺义部分地区、海淀区西北部及昌平部分地区、大兴区北部PM₁₀浓度较高,污染较严重,而门头沟区东北部、房山区东部及大兴区南部PM₁₀浓度较低,污染较轻。研究结果揭示了城市热岛强弱程度分布特征与城市建筑面积及高层建筑群密度存在的相关关系。分析结果表明城市区域尺度热岛呈多中心非均匀分布特征,即建筑群及中高层楼高密度区热岛效应显著,尤其是海淀、西城及朝阳区（中高层建筑群高密度区）为“强热岛”区,城西北颐和园、圆明园等园林区与古城中轴线区域（低密度区）为相对“弱热岛”区。本文研究结果可为城市发展有关建筑群布局与园林绿化规划提供科学依据。本文提出了城市次生热岛效应可导致局地次生尺度环流结构,形成区域性辐合或辐散结构。“强热岛”区对应于热岛次生环流辐合区;“弱热岛”区伴随着城市次生环流辐散结构,且上述城区强弱热岛区、城市次生环流辐合和辐散区位置相对稳定。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-9
缩写符号说明  9-10
第一章绪论  10-20
  §1.1 城市街区机动车排放PM_(10)污染研究的重要意义  10-13
  §1.2 国外城市街区PM_(10)污染研究情况  13-15
  §1.3 国内城市街区PM_(10)污染研究情况  15-19
  §1.4 本文研究的目的和意义  19-20
第二章北京城郊街区PM_(10)综合观测试验  20-27
  §2.1 综合观测试验总体设计思路  20
  §2.2 PM_(10)综合观测试验  20-27
    §2.2.1 试验方案  20-24
      §2.2.1.1 动态观测方案1  20-21
      §2.2.1.2 动态观测方案2  21-23
      §2.2.1.3 试验方案3—街区与街道定点对比观测试验  23-24
    §2.2.2 试验仪器及原理  24-25
    §2.2.3 观测试验质量控制方案  25-26
    §2.2.4 观测试验及气象要素资料介绍  26-27
第三章北京城郊街区PM_(10)浓度的空间分布特征  27-40
  §3.1 城郊街区PM_(10)浓度的空间分布特征  27-37
  §3.2 环路PM_(10)浓度的空间分布及其日变化特征  37-40
第四章卫星—地面观测综合分析北京地区PM_(10)浓度的空间分布  40-66
  §4.1 卫星遥感-地面观测变分订正技术  40-47
    §4.1.1 变分订正技术原理与方法  41-42
    §4.1.2 卫星遥感-地面观测变分场订正处理系统软件  42-47
      §4.1.2.1 系统软件流程图  42-43
      §4.1.2.2 系统软件运行图界面  43-47
  §4.2 北京地区PM_(10)浓度空间分布特征的变分订正综合分析  47-60
    §4.2.1 MODIS AOD产品订正及其与地面PM_(10)浓度的对比分析  47-50
    §4.2.2 变分订正北京地区PM_(10)浓度的空间分布特征  50-58
      §4.2.2.1 PM_(10)浓度实测值的空间分布特征  50-52
      §4.2.2.2 MODIS AOD的空间分布特征  52-54
      §4.2.2.3 AOD变分场的空间分布特征  54-58
    §4.2.3 AOD变分场的客观性效果检验  58-60
      §4.2.3.1 平均偏差和均方差  58
      §4.2.3.2 变分场与实测场的线性相关模型  58-59
      §4.2.3.3 逐点剔除法  59-60
  §4.3 PM_(10)浓度空间分布与城市建筑群布局相关特征  60-61
  §4.4 PM_(10)浓度空间分布与城市热岛次级环流复合结构相关特征  61-66
    §4.4.1 变分订正分析北京市热岛群的空间分布特征  62-63
    §4.4.2 PM_(10)空间分布与城市热岛次级环流复合结构的相关特征  63-66
第五章北京城区街道PM_(10)浓度日变化特征及其影响因子  66-83
  §5.1 城区典型街道PM_(10)浓度日变化特征及车流量影响效应  66-70
  §5.2 PM_(10)浓度日变化特征与街道近地层气象条件的相关特征  70-73
  §5.3 城区街道PM_(10)浓度空间“衰减”的气象条件影响因子  73-75
    §5.3.1 城区街道PM_(10)浓度空间“衰减”特征  73-75
    §5.3.2 城区街道PM_(10)浓度空间“衰减”的气象条件影响因子  75
  §5.4 利用上述研究结果订正环路试验PM_(10)浓度的空间分布特征  75-83
第六章结论与讨论  83-86
  §6.1 主要结论  83-84
  §6.2 工作展望  84-86
参考文献  86-92
致谢  92-93
个人简历  93-94

北京城市街区PM_（10）时空分布特征的综合观测研究

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