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跨域传输视角下工业污染排放对城市大气环境系统韧性影响研究

跨域传输视角下工业污染排放对城市大气环境系统韧性影响研究

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作者：武茜西安建筑科技大学

学位级别：硕士

目前我国大气环境污染形势依然严峻,尤其是工业生产过程中产生的有害气体的无节制排放是导致当前大气环境污染问题日益加剧的最主要因素之一。由于工业排放导致的空气污染的特殊性及跨域传输的复杂性成为了城市之间高效联动机制制定的... 详细信息

目前我国大气环境污染形势依然严峻,尤其是工业生产过程中产生的有害气体的无节制排放是导致当前大气环境污染问题日益加剧的最主要因素之一。由于工业排放导致的空气污染的特殊性及跨域传输的复杂性成为了城市之间高效联动机制制定的极大挑战。所以,研究在以跨域传输为视角工业污染排放情况下如何最大限度保证大气环境系统稳定运行的同时降低其带来的损失具有必要性和紧迫性。本文的研究工作如下:首先,为了增加对污染物跨域传输机制的认识和理解,明确了研究区域内工业污染物跨域流动特征。通过分析研究区域内工业污染源的区域分布特征及排放特征,明确了城市大气环境系统的扰动因素。使用来源于GDAS的气象数据,基于HYSPLIT前向轨迹模式,采用欧拉方法对各工业污染源进行日浓度扩散和污染物沉积的模拟,明确了工业污染物的时空分布特征;采用拉格朗日方法跟踪气流所携带粒子的移动方向,模拟污染物扩散轨迹,构造污染物跨域流动区域,明确污染物在各城市大气环境子系统间的传输过程,分析工业污染物跨域流动的传输特征,为下文分析城市大气环境系统韧性水平提供数据支撑。其次,通过构建城市大气环境系统韧性评价指标体系,提出工业污染排放下城市大气环境系统韧性评价模型。该模型基于PSR模型,将其与城市大气环境系统受扰动的过程相契合,从扰动因子导致的压力,扰动过程中系统的状态及做出的反应,再到扰动发生后系统的恢复及对整个系统韧性提升的建设各个层面动态选取韧性评价指标,同时,综合运用博弈论、熵值法和变异系数法确定不同维度、不同指标的权重;最后,基于风险矩阵理论及PSR模型构造出RMA-PSR模型,并以时空分析为手段,来衡量城市大气环境系统在研究期内的韧性水平,实现了理论模型到实证模型的过渡。最后,通过对系统面临持续扰动事件作出的一系列反应这一动态过程进行建模,提出工业污染物跨域流动对城市大气环境系统韧性的交互影响模型,克服了已有模型只能描述一次突发扰动情况下系统性能变化过程的缺陷。该模型基于城市大气环境系统特性重新划分并描述了韧性特征,给出了在面临持续扰动情况时系统性能在时间序列上的变化情况。然后基于工业污染物跨域流动的传输特征、传统Petri网的基本理论及研究区域元素,构造了时延函数Petri网模型。在此基础上,向Petri网模型引入库所属性与方法的概念,使其现实含义清晰,具备对扩散路径上城市大气环境系统之间产生的流动关系进行描述和分析的能力。接着,对城市大气环境系统性能及系统在各个阶段的能力进行定量描述,最后,为了全面度量整个过程,提出一个综合评价指标,来衡量污染物跨域传输情况下城市大气环境系统的综合韧性水平,为保护和维持城市大气环境系统处于健康和稳定状态及制定城市间的联防联控方案提供必要参考。目前,现有研究在城市大气环境系统评价方面做出了一定的贡献,但将韧性理念引入城市大气环境系统评价方面的研究还比较少,特别是从污染源出发,以污染物跨域传输为视角对城市大气环境系统进行韧性评价的建模方法和研究尚处于探索阶段。针对以上研究问题的不足,本文分析了研究区域内工业污染物跨域流动特征,构建了工业污染排放下城市大气环境系统韧性评价模型,提出了时延函数Petri网的建模方法,建立了工业污染物跨域流动对城市大气环境系统韧性的交互影响模型。不仅扩展了城市大气环境系统韧性评估的理论与方法,而且具有一定的应用价值。

关键词：跨域传输工业污染物城市大气环境系统韧性评价时延函数Petri网

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