城市灰霾三維模擬及應(yīng)對(duì)重灰霾的精準(zhǔn)大氣污染控制方法.pdf

1、我國(guó)許多城市面臨著嚴(yán)重而且持續(xù)的灰霾，而前所未有的高濃度細(xì)顆粒會(huì)對(duì)人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。雖然在灰霾爆發(fā)的城市及周邊大范圍內(nèi)進(jìn)行暫時(shí)高強(qiáng)度的管控，可以有效降低灰霾污染，但是往往伴有較大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。尤其在面對(duì)城市空氣污染為紅色預(yù)警強(qiáng)度的重度灰霾時(shí)，如何建立相應(yīng)的長(zhǎng)效響應(yīng)方法仍然是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。例如，2008年北京市奧運(yùn)會(huì)、2010年上海市世博會(huì)、2014年北京市亞太經(jīng)合組織峰會(huì)、2015年北京市閱兵、2016年杭州市G20峰會(huì)等大型國(guó)際活

2、動(dòng)期間的良好空氣質(zhì)量均是城市及周邊區(qū)域內(nèi)嚴(yán)格聯(lián)合聯(lián)控的結(jié)果。這表明短時(shí)大范圍的嚴(yán)格減排措施一定程度上解決了某一地區(qū)的灰霾問(wèn)題，但同時(shí)付出了較大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。另一方面，2015年12月7日北京市環(huán)保局第一次發(fā)布了空氣污染最高級(jí)別的紅色預(yù)警。然而，由于北京政府于2015年12月7日發(fā)布的空氣污染紅色預(yù)警所使用的強(qiáng)制性應(yīng)急措施只使PM25濃度降低了10％。這個(gè)短時(shí)大范圍的嚴(yán)格減排措施未能有效降低灰霾污染，主要原因是上述措施未精準(zhǔn)控制產(chǎn)生城市重灰

3、霾的真正主要污染來(lái)源。因此政府部門(mén)亟需新的大氣污染管控方法，以有效，可行以及經(jīng)濟(jì)的方式來(lái)應(yīng)對(duì)城市重灰霾。
　　在本研究的第一部分，我們論證了長(zhǎng)三角區(qū)域嚴(yán)格的空氣質(zhì)量管控方法對(duì)2016年G20峰會(huì)期間杭州市及周邊區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量影響。為籌備2016年9月3日至5日在杭州市舉行的G20峰會(huì)，杭州市及其周邊省份（上海市、江蘇省和安徽市）政府實(shí)施了一系列大氣污染物減排措施。本論文首先利用杭州市8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5和O3的觀測(cè)資料，對(duì)雙向耦合

4、WRF-CMAQ模式的模擬結(jié)果進(jìn)行了評(píng)估。然后論證了相應(yīng)的管控措施對(duì)杭州市及周邊區(qū)域空氣質(zhì)量的影響。研究結(jié)果表明，由于長(zhǎng)三角區(qū)域采取了嚴(yán)格的大氣污染物減排措施，使得2016年G20期間杭州的地面觀測(cè)空氣質(zhì)量有了很大改善。首先與無(wú)排放管控情景相比，在排放管控情景下，模式能更好地捕捉到杭州市PM2.5(R=0.67，NMB=-8.7％)和O3(R=0.73，NMB=4.6％)的監(jiān)測(cè)值。其次管控情景下，杭州市O3和PM2.5濃度分別降低了20

5、.1μg/m3(25.4％)和20.5μg/m3(56.1％)。這說(shuō)明杭州市及其周邊省份的減排策略有效改善了2016年G20峰會(huì)期間杭州的空氣質(zhì)量。另外說(shuō)明了雙向耦合WRF-CMAQ模式可以用于評(píng)估減排措施對(duì)于城市空氣質(zhì)量的影響。
　　在本研究的第二部分，我們建立并評(píng)估了一種新的精確大氣污染控制方法(PAPCA，Precision AirP ollution Control Approach)來(lái)應(yīng)對(duì)城市重灰霾。該方法主要包括3個(gè)部

6、分:高濃度的PM2.5監(jiān)測(cè)（或預(yù)測(cè)）數(shù)據(jù)，混合受體模式以及氣象-化學(xué)傳輸模式。主要目的是精準(zhǔn)識(shí)別城市重灰霾的主要來(lái)源并實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管控。PAPCA包括3個(gè)步驟:1）根據(jù)高濃度的PM2.5監(jiān)測(cè)（或預(yù)測(cè)）值來(lái)確定城市重灰霾案例。2）第二步是利用混合受體模式計(jì)算PM2.5的濃度加權(quán)軌跡(CWT)網(wǎng)格權(quán)重軌跡，以確定城市重灰霾的主要來(lái)源區(qū)域。3）第三步是利用氣象-化學(xué)傳輸模式（本研究使用雙向耦合WRF-CMAQ模式）來(lái)確定最優(yōu)管控方案。在我國(guó)5次

7、城市重灰霾案例中應(yīng)用該方法后發(fā)現(xiàn)，雙向耦合WRF-CMAQ模式可以捕捉上述案例中常規(guī)大氣污染物以及PM2.5化學(xué)組分的時(shí)空分布。另外該方法在上述案例中均可以有效降低目標(biāo)城市的PM2.5濃度，可以使PM25峰值小時(shí)濃度從高于300μg/m3的濃度降低60％以上至100μg/m3以下。同時(shí)與現(xiàn)有管控方法相比，該方法在顯著減低城市PM25濃度的前提下，可以節(jié)省約30％至70％的排放管控。因此可以說(shuō)PAPCA為應(yīng)對(duì)城市重灰霾提供了一種有效，可行

8、以及經(jīng)濟(jì)的科學(xué)方法。本論文是首次將以上3個(gè)部分聯(lián)合（高濃度的PM25監(jiān)測(cè)（或預(yù)測(cè)）數(shù)據(jù)，混合受體模式以及氣象-化學(xué)傳輸模式）建立PAPCA，以精準(zhǔn)確定城市重灰霾的主要來(lái)源并實(shí)現(xiàn)最優(yōu)管控。另外本章還證明了該方法的不確定性不會(huì)影響其有效性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。綜上所述，PAPCA有潛力用于城市重灰霾的應(yīng)急管控與長(zhǎng)期治理，并可以成為決策者和科學(xué)家的有力科學(xué)工具。另外本論文提出的PAPCA不僅可以應(yīng)用于應(yīng)對(duì)城市重灰霾，也可以用于應(yīng)對(duì)城市其他大氣重度