区域空气质量模拟中查表法的应用研究

在自行开发完善的区域空气质量模式系统RegSRRMS中应用查表法,模拟中国典型城市群对流层大气主要污染物的浓度变化,评估该方法在大气复合污染事件预测和控制中的有效性.首先,利用具有国际先进水平的空气质量模式WRF-CHEM中的化学模块建立了包含完善气相化学、气溶胶过程的箱模式WRFBOX.其次,利用WRFBOX进行化学反应敏感性分析,基于影响污染物的重要因子分别建立了臭氧(O3)及其前体物、无机盐气溶胶和二次有机气溶胶(SOA)查算表数据库,并检验其有效性.最后,将此查算表数据库引入RegSRRMS,建立简化的查表算法.利用直接耦合机制法和查表法对2000年3月珠三角地区污染个例中主要大气污染物浓度进行模拟.通过比较2种方法的模拟结果,显示查表法计算效率提高了57%,能够反映大气光化学反应的非线性特征、气溶胶及其前体物的平衡关系,具有高分辨率、高时效性,能够方便快捷地给出源和受体之间的响应关系,结果可靠.在区域空气质量模式中应用查表法有利于大气污染事件的快速预测以及大气污染控制的快速决策.     

城市能源碳排放估算方法探究

作为目前世界上最大的碳排放国家,中国在2015年巴黎气候变化大会上做出承诺,到2030年碳排放量要达到峰值并且单位GDP排放要在2005年水平上下降60%～65%.但现阶段中国碳排放数据主要集中在省级和国家层面,城市作为碳减排措施实施的主要区域,由于基础数据缺乏,长久以来没有完整的碳排放清单.为解决这一问题,本文构建了一套城市级CO_2排放估算方法.该方法从各省能源平衡表(EBT)出发,采取从省级到市级的比例分配方法,选取最为贴近城市碳排放的指标数据,对42个地级市2012年的能源消费型碳排放情况进行估算,并与中国高分辨率碳排放数据(CHRED)进行对比,发现差异均在10%以内,验证了该方法的准确性.同时揭示了此类自上而下的估算方法所带来的区域性差异,并且进一步分析了采用不同来源的化石燃料的排放因子所可能导致的不确定性,建议之后的研究在进行中国城市碳排放核算时采取最恰当的本地化化石燃料排放因子.本文为获得在时间尺度和空间尺度上均连续的中国城市碳排放数据提供了参考方法和合理思路,也能为在城市层面制定科学的碳减排措施提供可靠的数据支撑.     

自上而下的城市能源消耗碳排放估算方法

快速的城镇化进程带来城市碳排放的快速增长,准确的城市水平碳排放数据对于制定科学合理的碳减排政策极为关键,明确碳排放源的关键类别可以做到有的放矢和精准管控.但是目前中国碳排放数据的研究主要集中在国家、地区和省级层面,城市水平由于所需基础数据的不透明和不准确,长久以来缺乏完整的碳排放清单.为解决该问题,在以前相关研究的基础上,通过省级能源平衡表,尝试利用合理的分配指标从省级碳排放数据估算出下属城市的碳排放,构建了一套自上而下的城市能源消耗碳排放估算方法.通过与现有可获得的城市水平数据进行对比,发现估算差距均在10%以内,证明了该方法的可行性和准确性,并尝试在时间尺度进行了扩展.为获取在时间和空间上均连续的中国城市能源消耗碳排放数据提供了科学的方法和合理的思路,也能为各城市分配减排任务和城市间进行减排协商提供可靠的数据支撑.     

水泥行业SO2和NOX排放总量核算方法选取

就水泥企业SO₂和NO_X排放总量核算方法的选取问题,以3家不同类型水泥企业为例,以监测数据法核算结果为依据,对排污系数法和物料衡算法的核算结果进行统计学描述和差异性检验。结果表明:排污系数法能基本反映各类企业SO₂、NO_X实际排放状况;物料衡算法不适合各类企业NO_χ的总量核算;对含熟料生产线的水泥企业,物料衡算法核算得出的SO₂排放量偏小,实际工作中不建议采用;对粉磨站水泥企业,物料衡算法与排污系数法均能反映实际SO₂排放情况,建议以"取大值"原则选取。     

京津冀地区典型城市秋冬季PM2.5输送特征研究

运用潜在源贡献分析（PSCF）方法,识别了2018年秋冬季京津冀地区典型城市北京,唐山和石家庄PM_2.5的潜在污染源区;基于气象-空气质量模式（WRF-CAMx）和传输通量计算方法定量评估了与其周边省市之间PM_2.5的传输贡献,识别了三个典型城市PM_2.5的传输路径,揭示了PM_2.5传输净通量的垂直分布特征.结果表明,三个城市秋冬季PSCF高值主要集中在河北南部,河南东北部和山西中东部地区;秋冬季PM_2.5均以本地贡献影响为主（51.78%~68.40%）,外来贡献为辅（31.60%~48.22%）,不同季节贡献率有所波动.整个观测期间,近地面主要表现为毗邻城市向北京和石家庄输送PM_2.5,而唐山主要表现为向外输送PM_2.5,净通量最大值出现在海拔0~50m,其净通量为-99.47t/d.同时鉴别出了一条主要的传输路径,即西南-东北方向.     

区域间大气污染物相互影响研究的新方法探讨

以气象模型输出的气象场和空气质量模型输出的污染物浓度场为基础,建立了"四维通量法",该方法采用微元法求解大气污染物的输送通量,首次提出了"闭合绘线法"来解决输送过程中最关键的方向问题. 四维通量法在时空维度上都可以进行伸缩,具有普遍适用性. 将该方法应用于研究广州周边地区 PM10和 O3对广州空气质量的影响,并与已有的工作进行对比分析,结果发现: 1、4、7、10 月份输进广州市的 PM10最大值分别是来自东面的 6. 9 t.h -1、南面的 5. 6 t.h -1、南面的 10. 6 t.h -1和北面的 7. 7 t.h -1; 1、4、7、10 月份输进广州市的 O3最大值分别是来自北面的 166.6 t.h -1、南面的 64. 1 t.h -1、南面的 105.6 t.h -1和东面的 256. 2 t.h -1; 在计算简化边界的情况下,四维通量法的计算结果无论从量级上还是从数值上都与前人的研究成果接近,可以预见在计算真实边界的情况下,四维通量法的计算结果将更加精确.     

基于微气象学方法的麦田CO2和O3通量的观测与模拟

利用涡度相关技术对长江三角洲地区冬小麦麦田白天时段CO₂和O₃通量进行连续观测,分析其变化特征.引入并参数化Jarvis乘法模型,预测冬小麦冠层尺度CO₂和O₃通量.结果表明:整个观测期间,麦田CO₂浓度和通量的范围分别为372.3～487.1μL/L和-0.4～-40.3μmol/(m²·s),均值分别为402.6μL/L和-13.4μmol/(m²·s).O₃浓度和通量的范围分别为4.6～116.6nL/L和-0.2～-20.7nmol/(m²·s),均值分别为50.9nL/L和-6.8nmol/(m²·s).CO₂和O₃通量最高值出现在冬小麦的孕穗期和开花期,该时期冬小麦光合能力最强,对CO₂与O₃的吸收最大.冬小麦CO₂和O₃通量总...     

广东省交通碳排放核算及影响因素分析

交通领域是二氧化碳排放的重要领域,为研究广东省的交通碳排放及影响因素,利用IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）在温室气体清单指南中提供的方法估算了广东交通碳排放量,并应用LMDI分解法（对数平均指数法）对广东交通碳排放进行因素分解分析.结果表明:① 2001-2010年广东交通碳排放量从1 950.98×104 t增至6 068.41×104 t,其中交通运输业碳排放是广东交通碳排放的主体,私人交通碳排放已成为广东交通碳排放不可忽视的组成部分.② 交通运输业中的公路碳排放量占比最大,占56%~64%;铁路的碳排放量占比最小,占0.6%~1.6%;水运具有较大的节能优势;民航单位周转量碳排放量最高.③ 交通运输业发展水平、运输结构、私人汽车数量规模对广东交通碳排放增加的贡献率分别为68.79%、36.14%、18.66%,是拉动广东交通碳排放增长的主要因素;运输强度与能源强度的贡献率分别为-18.1%、-6.46%,是抑制交通碳排放增长的因素.广东可以通过采取优化交通运输结构、使用替代清洁能源等措施减少交通碳排放.      

基于P3-T3方法的飞机LTO阶段氮氧化物排放量计算与分析

飞机起飞着陆循环(LTO)阶段包含高推力的起飞和爬升阶段,具有排放强度高、排放特性不稳定的特点.同时,该阶段飞行高度低,尾气排放会直接影响机场周边人群.因此,本文依据机载快速存取记录器(QAR)数据中的低压转子转速等特征参数,对LTO进行精确的阶段划分.同时,建立发动机排放特性参数与推力关系模型,并使用P_3-T_3方法对国际民航组织公布的发动机各阶段排放指数进行修正,最终计算GE90-115B发动机某次LTO阶段的实际氮氧化物排放量.结果表明,该方法与国际民航组织推荐的标准LTO估算方法相比,总量相差约40%,与原有的BM2方法相比也存在一定差异.分析认为,这种依据QAR实际飞行数据并结合发动机排放特性参数的发动机排放量计算方法,可以更加真实地反映发动机性能对排放特性的影响,可很好地适用于具体航班氮氧化物排放量的精确估算,为近地面飞机排放评估乃至机场排放清单的编制提供更加准确的依据.     

基于CMAQ模式和自适应偏最小二乘回归法的中国地区PM2.5浓度动力-统计预报方法研究

采用CMAQ模式和自适应偏最小二乘回归法相结合的动力-统计预报方法,对2014年1—12月全国252个环境监测站的PM_(2.5)浓度逐时预报值进行了滚动订正,分析了订正前后PM_(2.5)浓度的时空变化特征,重点研究该方法在中国不同地区不同季节的适用性.结果表明:CMAQ模式预报的PM_(2.5)浓度年平均和秋冬季季节平均偏差表现为非均匀空间分布特征,即辽宁、山东部分地区、川渝地区及华中、华东、华南大部分地区预报偏高,京津冀和西部大部分地区预报偏低;订正后PM_(2.5)浓度与实测值的空间分布较一致,上述偏高和偏低地区的PM_(2.5)浓度预报误差显著减小;秋冬季PM_(2.5)浓度预报和订正偏差均大于年平均值.全国区域平均PM_(2.5)浓度实测值存在明显的季节变化特征,1—3月和11—12月较大,其他月份较小;PM_(2.5)浓度预报误差较大,多数时刻预报偏低,尤其是1—3月和11—12月偏低较明显;订正后PM_(2.5)浓度与实测值较接近,而且时间变化趋势较一致,秋冬季PM_(2.5)浓度预报和订正偏差亦明显大于春夏季.秋冬季4个重点污染区域中,京津冀地区PM_(2.5)实测浓度的区域平均值较大,川渝地区次之,长三角和珠三角地区较小;珠三角地区PM_(2.5)浓度预报和订正效果较好,川渝和长三角地区次之,京津冀地区相对较差;经滚动订正后,全年和秋冬季时段PM_(2.5)浓度订正值与实测值的相关系数均显著增加,误差显著减小,尤其是秋冬季订正效果较好.川渝地区的订正改进幅度最大,长三角和京津冀地区次之,珠三角地区较小.本文方法均适用于非污染日和污染日全国范围的PM_(2.5)预报浓度订正,两种天气过程PM_(2.5)浓度的订正效果均较好;该方法对于改进京津冀地区污染日的PM_(2.5)浓度预报更有效,其他3个地区非污染日的订正改进效果优于污染日.本文研究结果可为改进空气质量预报、重霾污染天气预警和防治提供新技术途径和科学依据.     

大孔隙对纳米CeO2在多孔介质中迁移行为的影响

研究了不同类型大孔隙对纳米CeO_2在石英砂柱中迁移的影响,并运用两区物理化学非平衡模型对纳米CeO_2流出曲线进行拟合和参数估算.结果表明,含横孔(垂直水流运动方向)石英砂柱中纳米CeO_2的流出曲线与均匀石英砂柱十分接近,横孔对于纳米CeO_2在石英砂介质中的迁移影响较弱.与均匀石英砂柱相比,含竖孔(平行水流运动方向)石英砂柱中纳米CeO_2流出曲线明显不同于均匀石英砂柱,其初始穿透时间明显提前,初始穿透浓度和初始回收率显著增加,竖孔对于纳米CeO_2在石英砂介质中的迁移起促进作用,特别是贯通竖孔.两区物理化学非平衡模型可以很好地拟合纳米CeO_2在含有大孔隙石英砂柱中的迁移.通过分析模型参数质量交换系数(ωph、αch)和分配系数(Kd)得出,含横孔石英砂柱中纳米CeO_2在两区间的质量交换能力和吸附作用较强,而含有竖孔石英砂柱中纳米CeO_2在两区间的质量交换能力和吸附作用较弱.