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基于WRF-Chem的长三角地区PM_(2.5)和O_(3)污染协同控制研究

环境科学学报 2022年第7期42卷 32-42页

作者：王君悦刘朝顺华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室上海200241

以PM_(2.5)和O_(3)浓度超标为表征的区域性大气复合污染已成为当前我国大气污染的主要问题,严重影响到经济的发展和社会的和谐,探究PM_(2.5)与O_(3)的协同控制近年来成为大气污染防控的热点.本文基于WRF-Chem模式,结合气象、大气污染物... 详细信息

以PM_(2.5)和O_(3)浓度超标为表征的区域性大气复合污染已成为当前我国大气污染的主要问题,严重影响到经济的发展和社会的和谐,探究PM_(2.5)与O_(3)的协同控制近年来成为大气污染防控的热点.本文基于WRF-Chem模式,结合气象、大气污染物观测数据及MEIC排放清单等数据,依据不同比例的NO_(x)和vocs减排量,设计了36组减排情景,模拟了长三角地区PM_(2.5)和O_(3)复合污染时段的空气质量状况.同时,利用综合经验动力学(CEKMA)方法,综合考虑NO_(x)和vocs减排的边际效益成本和环境健康效益,评估了长三角地区NO_(x)及vocs减排对PM_(2.5)和O_(3)大气污染控制的影响.最后,定性并定量地研究两者的协同关系及协同减排效果,给出了该区域在复合污染情景下的先侧重vocs、后侧重NO_(x)减排的协同优化路径,采取先减少NO_(x)排放约70%(或60%)且减少vocs排放约10%(或20%),再削减剩余vocs及NO_(x)排放量的方案,减排的环境空气质量改善效率可以分别达到最优路径的90%(或80%)以上,而等比例同时减排NO_(x)和vocs对区域空气质量的改善反而是效果不佳的减排方案之一.研究方法和结论对区域大气环境的综合治理具有重要的应用价值,对我国其他地区的大气污染防治及相关研究也具有借鉴意义.

关键词： PM_(2.5) O_(3) WRF-Chem模式 nox和vocs协同减排长三角地区大气污染防治

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长三角地区O3和PM2.5污染协同控制研究

长三角地区O3和PM2.5污染协同控制研究

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作者：王君悦华东师范大学

学位级别：硕士

随着社会经济的发展,以O和PM浓度超标为表征的区域性大气污染已成为当前我国大气污染的主要问题,探究PM与O的协同控制近年来成为大气污染防控的热点。长三角地区是我国重要的城市群区域,是我国的一大重要的人口聚集区域,也是我国环保建... 详细信息

随着社会经济的发展,以O和PM浓度超标为表征的区域性大气污染已成为当前我国大气污染的主要问题,探究PM与O的协同控制近年来成为大气污染防控的热点。长三角地区是我国重要的城市群区域,是我国的一大重要的人口聚集区域,也是我国环保建设的先锋示范区域,制定针对长三角地区O与PM的复合污染的协同减排措施对长三角的大气环境改善有重要作用。一致的共识表明共同前体物氮氧化物(NO)和挥发性有机物(vocs)的协同减排是实现PM和O协同治理的关键,了解和掌握NO及vocs排放特征及其对PM和O大气污染的影响对于政府相关部门进一步的大气污染防治政策决策具有重要意义。本文对长三角地区空气质量实测数据和MEIC排放清单数据进行统计分析和可视化分析,在掌握长三角地区的污染时空特征和排放特征的基础上,基于WRF-Chem模式,结合气象、大气污染物观测数据以及MEIC(Multi-resolution Emission Inventory for China)排放清单等数据,依据不同比例的NO和vocs减排量,设计了36组减排情景,模拟了长三角地区PM和O复合污染时段的空气质量状况。利用综合经验动力学(CEKMA)方法,综合考虑NO和vocs减排的边际效益成本和环境健康效益,评估了长三角地区NO及vocs减排对PM和O大气污染控制的影响。主要研究结果如下:(1)由长三角地区的污染时空特征和排放特征分析得到:长三角地区近年来PM月均浓度有明显下降趋势,而O浓度基本持平,没有明显的上升下降趋势。大气污染最为严重的苏南、上海和浙北地区,人为源PM、NO和vocs的排放也是相对较多的,人为源PM排放逐年大幅减少的趋势也解释了PM浓度的逐年降低,而人为源NO排放略有下降至近年持平,以及人为源vocs排放逐年有上升之势。长三角地区O和PM复合污染日只发生在3-10月,2014年5月至2020年12月期间共出现了96个复合污染日,月累计峰值出现在6月(24天),呈单峰型分布。大约每5次O污染中就会出现1次是伴随PM污染的复合污染。(2)在对WRF-Chem模式进行敏感性实验,确定了模式使用CBM-Z化学机制加MOSAIC气溶胶方案的化学参数化机制搭配,模拟效果较好且对vocs和NO减排的响应情况较好。后续研究使用WRF-Chem模式对2014年6月这一时间段进行长三角地区主要气象参数、O和PM的模拟,气象参数如温度、湿度、风速等在整个模拟期间模拟效果总体较好,稳定程度高。模式对O浓度的波动模拟的较好,PM模拟有部分偏高偏低,但是误差与同类研究相当,皆在可接受范围内。(3)结合综合EKMA曲线(CEKMA)和Dijkstra最短路径算法,综合成本效应、环境效应、健康效益和空间效应,长三角地区NO和vocs协同减排的最优路径分析显示:PM和O对前体物NO和vocs具备不同的敏感性,长三角地区NO和vocs减排对O的影响大于对PM的影响。先侧重NO减排、后侧重vocs减排的策略是综合考虑区域环境健康效益与减排控制方案成本前提下长三角地区整体的最优路径。在考虑实际减排操作的情况下,采取先减少NO排放约70%(或60%)且减少vocs排放约10%(或20%),再削减剩余vocs及NO排放量的方案是较优的协同减排方案。(4)长三角典型城市站和郊区站的最优路径不同,典型城市站点的最优路径是先侧重于vocs减排,再侧重于NO减排——这对于典型郊区站而言是最差减排路径。典型郊区站点的最优路径是先侧重于NO减排,再侧重于vocs减排。分开讨论上海、浙江和江苏的最优路径情况:对上海而言先侧重NO,再侧重vocs减排和先侧重vocs,再侧重NO减排都有着较高的路径效率;浙江和江苏的最优减排路径都是先侧重于NO减排,再侧重于vocs减排。

关键词： PM2.5 O3 WRF-Chem模式 nox和vocs协同减排

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