模式结果验证与分析大气气溶胶和雾霾新论

前面已经给出了沙尘起沙通量和沙尘浓度水平分布的模拟结果，这里将给出对沙尘和污染物质随时间变化以及对垂直空间结构模拟结果的验证与分析。图58-6给出了模拟的沙尘浓度与观测的TSP浓度在北京随时间的变化。由图可见，模拟结果与观测吻合得较好。3月20日中午的最高沙尘浓度峰值，其出现的时间和浓度大小，都被模拟得很好，21和22日晚的2个小的峰值模式也捕捉到了，只是在出现的时间上有些偏差。3月20日晚上的次峰值，在模拟结果中没有体现出来。其中一个原因是下午模拟的浓度偏高，掩盖了晚上的次峰；另外一个原因是，晚上浓度高峰期间的沙尘，主要来自北京西北方向的沙漠及其周边农田，由于模式中农田的起沙排放因子比较低，这部分的起沙量相对偏低，从而造成模拟的偏差。总体而言，模式较好地模拟出了沙尘到达北京的时间，以及在此期间的变化。沙尘于21日到达上海，由PM 10观测值可以看出，颗粒物浓度有2个邻近的峰值。模式成功地模拟出了这2个峰值，只是在出现的时间上有些偏差，且第二个峰值的浓度，比实际的PM 10浓度偏低。模式可以很好地模拟出这次沙尘暴期间颗粒物的时间变化。

图58-6　模拟地面沙尘浓度和观测TSP浓度的对比（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）

（a）2002年3月19—22日观测到的TSP与模式模拟结果对比（模式结果选用与观测相对应的时间平均值，下同）；（b）2002年3月18—22日上海PM 10观测值与模式结果对比。

图58-7为模拟沙尘和硫酸盐（二次反应生成）的浓度，以及观测的沙尘气溶胶消光系数在北京的时间-高度剖面图。由图可见，沙尘首先从高层到达北京，浓度高值在3月19日夜间出现于500～1 000 m的高度层上，随后逐渐沉降到低层。20日早上当地时间10:00左右，更高浓度的沙尘气团沿地面到达北京，模拟的沙尘浓度与消光系数的观测结果吻合较好，说明模式可以很好地模拟出沙尘在北京的垂直结构变化。从SO 24-浓度的变化，可以看出沙尘到来之前SO 24-的浓度较高；在沙尘暴主体到达之后，由于风速迅速增大，SO 24-的浓度随之下降，沙尘与硫酸盐的混合，大多发生在高层沙尘的沉降期。

图58-7　北京T-H剖面图^[1]（彩图见图版第42页，也见下载文件包，网址见正文14页脚注）

（a）雷达观测的沙尘气溶胶消光系数（km-1）；（b）模拟的沙尘（阴影）和硫酸盐浓度（等值线）。

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【注释】

[1]图中Z是绘图用的软件里面自带的时间标识，表示世界时。如12Z表示世界时12:00。00Z表示世界时00:00。