基于PMEI-WES模型的新疆南缘风蚀源空气颗粒物排放清单构建及验证
发布时间：2020-06-09 08:12
【摘要】：风蚀源是空气颗粒物的来源之一,在空气污染、土地沙漠化等各个方面均有深远的影响。新疆南缘地区生态环境十分脆弱,现已成为风蚀最严重的地区之一。近年来,该地区PM10与PM2.5年平均浓度排名始终位居全国前列,2016年《中国环境统计年鉴》中前5位的城市中,就有3个位于新疆南缘地区。目前亟需定量研究风蚀对新疆南缘地区空气质量的影响,构建该地区空气颗粒物风蚀源排放清单就显得尤为重要。本文通过“自下而上”的方法,以2016年为例,建立了新疆南缘地区空气颗粒物风蚀源排放清单,并将该结果与风蚀监测系统仪器实际监测数据进行对比验证:(1)本文基于已有的研究成果,以 Visual Studio 2010、Intel.Visual.Fortran.Composer.XE.2011 和 JetBrains PyCharm Community Edition 2017.2 为开发平台,以 C#4.0、Fortran 95 和Python3.5 为编程语言,并选取了其中的 pandas、pyinstaller、pyshp、xml.etree.ElementTree、datetime和multiprocessing等工具包,依据风蚀原理构建新疆南缘地区空气颗粒物风蚀源排放清单构建模型(PMEI-WES),包括对数据管理模块的构建、业务信息处理模块的构建以及人机交互界面的构建,实现空间分析、并行计算、结果显示等功能。(2)在排放清单构建过程中,对所需的参数数据进行本地化,包括土壤数据(土壤碳酸钙含量、有机质含量、土壤PH和土壤阳离子交换量)、气象数据(风速、风向、降水、降水历时、最大降雨历时、最高和最低气温、太阳辐射以及露点温度)、地块信息数据(地块海拔、经纬度、研究区边界等)及地表植被信息。并且对风、气象、土壤和管理数据库文件进行了本地化。研究中将新疆南缘地区划分为分辨率为10km×10km的地块,并去掉水体等不起尘地块,最终筛选出9757个起尘地块网格。基于PMEI-WES模型建立了新疆南缘地区空气颗粒物风蚀源排放清单,时间分辨率为月,空间分辨率为10km×1Okm,最终得到2016年风蚀导致的单位面积PM1Q平均排放量和PM2.5平均排放量,并将结果与风蚀监测系统仪器的结果进行了对比验证。(3)经过对2016年新疆南缘地区模拟的PM10排放量和PM2.5排放量结果的分析,可知PM10单位面积排放量为克州喀什和田阿克苏巴州,PM2.5排放量最多的在喀什,其次为阿克苏与和田,巴州最少。PM10总排放量最大的地区在巴州,PM2.5总排放量最大的为和田地区。不同季节新疆南缘地区风蚀总排放量以及单位面积的排放量均是春季夏季冬季秋季。南缘地区在2016年起尘高峰出现在分别在5月,其次为3月、4月、7月、6月,另外12月排放量最小。新疆南缘地区2016年PM10与PM2.5在单位面积风蚀排放量与总风蚀排放量均是非采暖期高于采暖期。
【图文】：
２．１模型原理介绍逡逑风蚀起尘主要受到水文、管理、作物、分解、气象和土壤这六类要素的影响，这六大逡逑要素相互关联，相互影响，它们的关系如图２．１所示。其中，土壤中的水文要素包括土壤逡逑的水分与温湿度，田间管理是指管理者通过一系列行为方式改变土壤地表状态，，这会影响逡逑到田间水文状况，作物生长以及生物量分解，作物在生长过程中又会影响土壤性质，以及逡逑后续残留物的分解。上述几个要素都在不同程度上直接或间接的影响土壤的性质，反过来逡逑土壤也影响着它们，此外，气象要素影响着除管理要素以外的所有要素。逡逑逦分解邋逦Ｎ逡逑管理作物＾逦风蚀逡逑逦ｉ逡逑图２．１影响风蚀起尘的要素关系逡逑在给定的土壤和生物量条件下，风蚀量的计算主要由地表摩阻速度与摩阻速度的阈值逡逑之间的关系决定。如果地表摩阻速度小于摩阻速度的阈值（最小起尘速度），则不排尘；逡逑如果地表摩阻速度大于摩阻速度的阈值（最小起尘速度），则土壤排尘。土壤的微地形、逡逑表面生物覆盖和风障会影响摩阻速度的计算
量的计算逡逑种风蚀源：松散土壤排放的ＰＭ１Ｑ静垂直量、土块和地壳磨损而和跃移破裂而产生的ＰＭ１Ｑ静垂直量。逡逑５（Ｍｉ0／／ｉ0）逦ｄ邋（＾Ａｉｑ＾ｘ邋ｄ＾ＡｉＱ＾ｙ邋ｖｎ邋ｉ邋ｈａ邋ｃ邋ｉ邋ｎ邋ｉａｔ邋—邋－邋—邋－ｒｘ逦＾ｒ邋＋邋ＺＰｔ0邋＋邋ＭＳｗ邋＋邋ＰＬ１０ｙ＝平行于模拟区域边界垂直方向的水平距离（ｍ），ｔ＝时间（ｓ）），Ｍ１（）＝ＰＭｋ）颗粒物平均浓度（ｍｇ／ｍ３），邋Ｈ１ｑ＝模拟区内ＰＭ１（）能排放的ＰＭ１Ｑ静垂直量（ｋｇ／ｍｌｓ），ＭＳｆ邋土块和地壳磨损而产生邋ＰＬ１Ｑ＝蠕移和跃移破裂而产生的ＰＭ１Ｑ静垂直量（ｋｇ／ｍ２＿ｓ）。逡逑量的计算逡逑ＰＭｉｏ排放量结果按比例计算出ＰＭ２．５的排放量。该比例参考监测中ＰＭ１Ｑ与邋ＰＭ２．５浓度数据的比例。逡逑．？中国环境科学研宄院２０１７年在南缘地区四个季节分别进行节的样品汇总到一起，纳入ＰＭＦ模型进行计算，得到２０１７不同地区ＰＭ１Ｑ与ＰＭ２．５中沙尘源占比，将ＰＭ１（）与ＰＭ２．５实际尘源的解析结果，得到ＰＭ１（３与ＰＭ２５沙尘源对应的浓度，最终
【学位授予单位】：天津师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X513
【图文】：
２．１模型原理介绍逡逑风蚀起尘主要受到水文、管理、作物、分解、气象和土壤这六类要素的影响，这六大逡逑要素相互关联，相互影响，它们的关系如图２．１所示。其中，土壤中的水文要素包括土壤逡逑的水分与温湿度，田间管理是指管理者通过一系列行为方式改变土壤地表状态，，这会影响逡逑到田间水文状况，作物生长以及生物量分解，作物在生长过程中又会影响土壤性质，以及逡逑后续残留物的分解。上述几个要素都在不同程度上直接或间接的影响土壤的性质，反过来逡逑土壤也影响着它们，此外，气象要素影响着除管理要素以外的所有要素。逡逑逦分解邋逦Ｎ逡逑管理作物＾逦风蚀逡逑逦ｉ逡逑图２．１影响风蚀起尘的要素关系逡逑在给定的土壤和生物量条件下，风蚀量的计算主要由地表摩阻速度与摩阻速度的阈值逡逑之间的关系决定。如果地表摩阻速度小于摩阻速度的阈值（最小起尘速度），则不排尘；逡逑如果地表摩阻速度大于摩阻速度的阈值（最小起尘速度），则土壤排尘。土壤的微地形、逡逑表面生物覆盖和风障会影响摩阻速度的计算
量的计算逡逑种风蚀源：松散土壤排放的ＰＭ１Ｑ静垂直量、土块和地壳磨损而和跃移破裂而产生的ＰＭ１Ｑ静垂直量。逡逑５（Ｍｉ0／／ｉ0）逦ｄ邋（＾Ａｉｑ＾ｘ邋ｄ＾ＡｉＱ＾ｙ邋ｖｎ邋ｉ邋ｈａ邋ｃ邋ｉ邋ｎ邋ｉａｔ邋—邋－邋—邋－ｒｘ逦＾ｒ邋＋邋ＺＰｔ0邋＋邋ＭＳｗ邋＋邋ＰＬ１０ｙ＝平行于模拟区域边界垂直方向的水平距离（ｍ），ｔ＝时间（ｓ）），Ｍ１（）＝ＰＭｋ）颗粒物平均浓度（ｍｇ／ｍ３），邋Ｈ１ｑ＝模拟区内ＰＭ１（）能排放的ＰＭ１Ｑ静垂直量（ｋｇ／ｍｌｓ），ＭＳｆ邋土块和地壳磨损而产生邋ＰＬ１Ｑ＝蠕移和跃移破裂而产生的ＰＭ１Ｑ静垂直量（ｋｇ／ｍ２＿ｓ）。逡逑量的计算逡逑ＰＭｉｏ排放量结果按比例计算出ＰＭ２．５的排放量。该比例参考监测中ＰＭ１Ｑ与邋ＰＭ２．５浓度数据的比例。逡逑．？中国环境科学研宄院２０１７年在南缘地区四个季节分别进行节的样品汇总到一起，纳入ＰＭＦ模型进行计算，得到２０１７不同地区ＰＭ１Ｑ与ＰＭ２．５中沙尘源占比，将ＰＭ１（）与ＰＭ２．５实际尘源的解析结果，得到ＰＭ１（３与ＰＭ２５沙尘源对应的浓度，最终
【学位授予单位】：天津师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X513
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1 王媛;李s
本文编号：2704403
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