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超声风速脉动仪资料在环境监测分析中的应用

超声风速脉动仪,环境监测,湍流强度,摩擦速度,M-O长度

京津冀地区污染重，虽然2013年至今采取了一定治理措施，也取得了一些效果，但是石家庄仍是重污染重点城市。污染主要发生在边界层，边界层特征能反映边界层湍流问题。超声风速脉动仪是研究大气湍流微细结构最有效的仪器之一。河北省气象局依托河北省大气污染防治工程，在11地市气象局布设超声波风脉动仪。目前风脉动仪资料在环境监测中还未广泛运用。选取风脉动仪资料、环境监测国家站资料、气象站资料，运用数理统计方法对相关边界层物理量参数进行统计，对物理量参数进行筛选处理，以石家庄为重点分析不同天气背景下（重污染、清洁、重污染转清洁、特殊天气）M-O长度、摩擦速度、湍流强度的变化趋势，并结合环境观测资料，分析湍流物理量与环境污染的相关性。区域性（石家庄、邢台、保定）分析不同天气背景下不同站点湍流物理量变化趋势。选择风速相近的天气个例，对湍流强度与污染物浓度进行统计分析，并选取特殊月份进行统计分析。对2016年-2019年1月的边界层物理量进行统计分析。结果表明：逐小时摩擦速度与逐小时10分钟平均风速有较好的正相关关系。摩擦速度越大，大气扩散能力较好，污染物浓度下降。湍流强度逐渐上升过程中，污染物浓度呈下降态势，湍流强度逐渐降低时，污染物浓度呈上升态势，湍流强度与污染物浓度呈反相关。摩擦速度较小时，M-O长度为正值，大气扩散能力较弱。摩擦速度较大时，M-O长度为负值，大气扩散能力较好。石家庄、邢台、保定2017年1月2-6日均为连续重污染，湍流强度相对较高时污染物浓度PM_2.5较低，湍流强度相对较低时，污染物浓度PM_2.5较低，三个地市均符合这一规律。石家庄、邢台2017年12月15-16日均为重污染转至清洁天气过程，摩擦速度增大，大气扩散能力较好，污染物浓度下降。选取石家庄风速相近，气温不同的个例，对比分析湍流强度与空气质量指数AQI数值发现，气温较低，湍流强度较低，污染较重，AQI指数较高。对石家庄2016年-2019年1月份超声风速脉动仪数据进行统计分析，对比湍流强度、静稳指数、混合层高度、地表通风系数发现，静稳指数较高时，混合层高度较低，地表通风系数较小，湍流强度较低。对2017年逐月数据进行统计分析，4-6月静稳指数较低，湍流强度较高。静稳指数较高时，湍流强度较低。