模拟研究京津冀和关中地区大气重污染期间各污染源排放对空气质量的贡献

发布时间：2020-07-18 14:54

【摘要】：自改革开放以来,随着工业化、城市化和现代化进程的不断加快,我国社会经济迅猛发展,这种以能源消耗为主的粗放型经济增长模式使得大气污染物的排放量不断增加,大气污染问题日益突出。进入21世纪以后,我国的大气污染由传统的煤烟型污染转变为以PM_(2.5)和O_3污染为主的区域复合型污染,特别是2011年末以来,我国大范围重霾事件频发,尤其是在京津冀、长三角、珠三角等经济快速发展区域。因此,研究大气中PM_(2.5)的主要来源及其形成过程成为当前我国社会经济及生态健康可持续发展亟待解决的问题。本文主要基于WRF-Chem模式模拟研究京津冀地区冬季大气重污染期间家用燃煤排放对空气质量的影响,为京津冀地区大气污染防治策略和污染减排措施的制定提供合理的依据。同时本文还利用WRF-Chem模式模拟研究了关中地区秋冬季大气重污染期间PM_(2.5)污染过程及相关污染源的相对贡献,为当地有关部门采取大气污染控制措施提供依据。本文的研究内容主要包括:(1)京津冀地区冬季大气重污染期间家用燃煤排放对当地空气质量的影响;(2)关中地区秋冬季大气重污染期间咸阳市渭城区本地排放及关中地区主要污染源对当地空气质量的影响。与观测数据相比,WRF-Chem模式能够合理地模拟研究时段内主要大气污染物的质量浓度的时间变化和空间分布以及气溶胶组分的质量浓度的时间变化。通过WRF-Chem模式的敏感性试验分析得到的主要结果如下:(1)基于WRF-Chem模式模拟研究2014年1月京津冀地区一次持续的大气重污染事件中家用燃煤排放对当地大气质量的影响。敏感性试验结果表明家用燃煤排放在京津冀地区雾霾形成过程中起重要作用。模拟期间,京津冀地区家用燃煤排放对当地PM_(2.5)质量浓度的贡献为23.1%。有机气溶胶是京津冀地区家用燃煤排放的PM_(2.5)的主要成分,其贡献为42.8%,其次是硫酸盐(17.1%)。当在模式模拟中去除京津冀地区的家用燃煤排放时,北京PM_(2.5)质量浓度下降约30%;但是如果仅去除北京本地的家用燃煤排放时,北京PM_(2.5)质量浓度下降约18.0%。上述研究结果表明,在京津冀地区实施清洁能源替代家用燃煤项目有利于改善当地空气质量。(2)基于WRF-Chem模式模拟研究2016年11、12月关中地区两次大气重污染事件中咸阳市渭城区本地排放对当地PM_(2.5)污染水平的贡献以及关中地区主要污染源对咸阳市渭城区PM_(2.5)污染的影响。敏感性试验结果表明:秋冬季重污染期间咸阳市渭城区的本地排放对当地PM_(2.5)的贡献约为30%,除去背景贡献,外源输送对当地PM_(2.5)的贡献高达60%。在关中地区的主要污染源中,居民源是秋冬季咸阳市渭城区最主要的PM_(2.5)来源。秋季大气重污染期间,关中地区居民源对渭城区PM_(2.5)污染水平的贡献约为37.4%;工业源和交通源对渭城区PM_(2.5)的贡献分别为22.1%和11.2%;电厂源的贡献仅占2.0%。冬季大气重污染期间,关中地区居民源对咸阳市渭城区PM_(2.5)浓度的贡献高达60.6%;工业源和交通源对PM_(2.5)浓度的贡献也不容忽视,分别为15.6%和9.8%;电厂源对PM_(2.5)浓度的贡献和秋季相当。上述研究结果可以为当地环保部门制定大气污染防治策略和污染减排措施提供合理的依据。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院地球环境研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X51
【图文】：

气候系统,温室气体,溶胶,气溶胶

患癌症的几率。另外，PM2.5不仅可以通过吸收和散射太阳辐射直接影响气候变化，也可做为云凝结核（CCN）或冰核（IN）改变云辐射特性、云微物理过程以及云的寿命等，并通过气溶胶－云相互作用影响降水及气候变化（曹军骥, 2014;Seinfeld and Pandis, 2006）。图 1.1 显示了温室气体（GHGs）和气溶胶对地球气候系统的影响，主要包括温室气体－辐射、气溶胶－辐射和气溶胶－云相互作用及其反馈过程对地球气候系统中的状态变量（如温度、湿度和风等）的影响（IPCC,2013）。

区域图,模式模拟,地理位置,区域

图 1.2 京津冀地区地理位置及模式模拟区域。图中红色圆点代表城市大气污染物观测站点，点的大小表示城市观测站点的数目，蓝色矩形代表气溶胶组分的监测站点，黑色圆点代表北京、天津和石家庄的气象观测站点。Figure 1.2 The location of Beijing-Tianjin-Hebei (BTH) region and the WRF-Chem modelsimulation domain with topography. The filled red circles represent centers of cities with ambientmonitoring sites and the size of the circle denotes the number of ambient monitoring sites of cities.The filled blue rectangle denotes the deployment location of the HR-ToF-AMS in Beijing. Thethree filled black circles represent the location of the meteorological observation stations inBeijing, Tianjin, and Shijiazhuang, respectively.1.3.2 大气污染状况改革开放以来，在工业化和城市化快速发展的背景下，我国大气污染物的排放量急剧增加，京津唐地区作为我国工业发展重点区域，大气污染物的排放量尤其显著。夏季华北平原内盛行季风，气温较高，易发生光化学污染，本地排放加

排放清单,排放量,东亚

图 1.3 2006 年东亚排放清单中 SO2、NOx、CO 和 NMVOC 的排放量（Zhang 等, 2009）Figure 1.3 The emissions of (a) SO2, (b) NOx, (c) CO, and (d) NMVOC in 2006 Asian emissioinventory (Zhang et al., 2009).

【参考文献】