留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于敏感源分析的动态大气污染排放方案模拟

徐敬 张小玲 蔡旭晖 赵秀娟 苏捷 张自银 温维

徐敬, 张小玲, 蔡旭晖, 等. 基于敏感源分析的动态大气污染排放方案模拟. 应用气象学报, 2016, 27(6): 654-665. DOI: 10.11898/1001-7313.20160602..
引用本文: 徐敬, 张小玲, 蔡旭晖, 等. 基于敏感源分析的动态大气污染排放方案模拟. 应用气象学报, 2016, 27(6): 654-665. DOI: 10.11898/1001-7313.20160602.
Xu Jing, Zhang Xiaoling, Cai Xuhui, et al. Model assessment of dynamical atmospheric pollution control schemes based on sensitive source zone analysis. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(6): 654-665. DOI:  10.11898/1001-7313.20160602.
Citation: Xu Jing, Zhang Xiaoling, Cai Xuhui, et al. Model assessment of dynamical atmospheric pollution control schemes based on sensitive source zone analysis. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(6): 654-665. DOI:  10.11898/1001-7313.20160602.

基于敏感源分析的动态大气污染排放方案模拟

DOI: 10.11898/1001-7313.20160602
资助项目: 

北京市自然基金项目 8132025

国家科技支撑计划课题 2014BAC23B03

北京市科委首都蓝天行动培育专项 Z141100001014013

国家自然科学基金项目 41305130

国家自然科学基金项目 41505110

详细信息
    通信作者:

    张小玲, E-mail:xlzhang@ium.cn

Model Assessment of Dynamical Atmospheric Pollution Control Schemes Based on Sensitive Source Zone Analysis

  • 摘要: 选取2014年11月6—11日一次典型污染过程,以北京城区为重点关注的目标区域,基于印痕分析技术判别对该区域影响较大的敏感源区,设计重点区域减排试验和敏感源区逐日动态减排试验,利用区域化学传输模式WRF-Chem进行模拟对比。结果显示:上述两种方案对源强较高的减排当地PM2.5浓度降低均有明显的改善作用,且在传输作用下会辐射影响到下游地区;但仅就目标区域而言,敏感源区减排方案的减排效率要远远高于重点区域减排方案。为了验证基于敏感源分析的动态减排方法的适用性,进一步开展了不同季节以及不同背景浓度的个例模拟。结果表明:基于敏感源区分析结果制定动态逐日减排措施,可降低削减成本、提高减排效率,以达到最具经济环境效益的减排效果。
  • 图  1  2014年10月1—11月13日北京地区AQI观测与模拟对比

    (a) 相对误差, (b) AQI

    Fig. 1  Variation of simulated and observed air quality index of Beijing area from 1 Otc to 13 Nov in 2014

    (a) relative deviation, (b) AQI

    图  2  2014年11月7—10日20:00地面PM2.5浓度模拟结果与观测对比

    (色阶底图为模拟结果,实心圆点代表观测结果)

    Fig. 2  Comparison of the surface PM2.5 concentration between the simulated and the observed

    (simulated and observed values are indicated by shaded base graphics and shaded circles, respectively)

    图  3  2014年11月7—10日逐日印痕分析结果

    Fig. 3  Footprint from 7 Nov to 10 Nov in 2014

    图  4  华北区域PM2.5排放强度分布

    (单位:t·km-2·d-1)

    Fig. 4  The distribution of PM2.5 emission intensity of Huabei region

    (unit:t·km-2·d-1)

    图  5  各减排方案PM2.5日排放量的削减量及削减比例

    (柱状图:削减量; 点线图:削减比例)

    Fig. 5  Reduction quantity and reduction ratio of daily PM2.5 emissions for different emission-cut schemes

    (bar:reduction quantity; line:reduction ratio)

    图  6  基础情景下2014年11月7—10日北京及周边地区地面PM2.5浓度空间分布

    Fig. 6  Spatial distribution of surface PM2.5 concentration in Beijing and around areas from 7 Nov to 10 Nov in 2014 of base case

    图  7  重点区域减排2014年11月7—10日北京及周边地区地面PM2.5浓度削减量空间分布

    Fig. 7  Spatial distribution of surface PM2.5 concentration in Beijing and around areas from 7 Nov to 10 Nov in 2014 of focus source zones emission-cut case

    图  8  敏感源区减排2014年11月7—10日北京及周边地区地面PM2.5浓度削减量空间分布

    Fig. 8  Spatial distribution of surface PM2.5 concentration in Beijing and around areas from 7 Nov to 10 Nov in 2014 of sensitive source zone emission-cut case

    图  9  各减排方案目标区域PM2.5日平均浓度削减量

    Fig. 9  Reduction quantity of PM2.5 daily concentration for target area simulated by different emission-cut schemes

    表  1  减排方案设计

    Table  1  Scheme design of different emission-cut regions

    方案名称 方案设计 分析时段 减排物种
    重点区域减排(C1) 北京及周边地区减排,减排区域为37.0°~42.0°N,
    113.0°~119.0°E; 减排力度:人为源排放削减
    50%
    敏感区域减排1(C2) 根据逐日印痕分析结果,全部敏感源区人为源排
    放削减50%
    2014-11-06—11 SO2,NOx,
    PM10,PM2.5,
    VOCs,NH3
    敏感区域减排1(C3) 根据逐日印痕分析结果,重要敏感源区人为源排
    放削减50%,比较重要敏感源区削减40%,一般
    敏感源区削减30%
    下载: 导出CSV

    表  2  各减排方案对不同个例PM2.5浓度削减效率的对比

    Table  2  Comparison of reduction efficiency of PM2.5 concentration for different scheme in three cases

    统计项目 2012-08-24—26
    (基础浓度:156 μg·m-3)
    2013-10-31—11-02
    (基础浓度:207 μg·m-3)
    2014-11-06—11
    (基础浓度:97 μg·m-3)
    方案C1 方案C2 比例/% 方案C1 方案C2 比例/% 方案C1 方案C2 比例/%
    平均日排放削减量/(t·d-1) 2300 360 16 2325 1120 48 2650 650 25
    平均浓度削减量/(μg·m-3) 29 21 72 98 84 88 36 25 70
    平均浓度削减比例/% 19 14 72 47 41 88 37 26 70
    下载: 导出CSV
  • [1] 北京市环保局.北京市环境状况公报.2006—2012.
    [2] 杨欣, 陈义珍, 刘厚风.北京2013年1月连续强霾过程的污染特征及成因分析.中国环境科学, 2014, 34 (2):282-288. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGHJ201402002.htm
    [3] Shao M, Tang X, Zhang Y, et al.City clusters in China:Air and surface water pollution.Frontiers in Ecology and the Environment, 2006, 4 (7):353-361. doi:  10.1890/1540-9295(2006)004[0353:CCICAA]2.0.CO;2
    [4] 徐祥德, 丁国安, 卞林根.北京城市大气环境污染机理与调控原理.应用气象学报, 2006, 17 (6):815-828. doi:  10.11898/1001-7313.20060618
    [5] 黄健, 吴兑, 黄敏辉.1954—2004年珠江三角洲大气能见度变化趋势.应用气象学报, 2008, 19 (1):61-70. doi:  10.11898/1001-7313.20080111
    [6] 徐祥德, 周丽, 周秀骥, 等.城市环境大气重污染过程周边源影响域.中国科学:地球科学, 2004, 34 (10):958-966. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JDXK200410009.htm
    [7] 颜鹏, 黄健, Draxler R.周边地区对北京地面SO2影响的初步研究.应用气象学报, 2002, 13 (特刊):144-152. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CJFQ&dbname=CJFD2002&filename=YYQX2002S1015&v=MzA2MjNMdXhZUzdEaDFUM3FUcldNMUZyQ1VSTDJmWStkcUZ5L2tWN3JQUERUYWRyRzRIdE92cm85RVlZUjhlWDE=
    [8] 孟伟, 高庆先, 张志刚, 等.北京及周边地区大气污染数值模拟研究.环境科学研究, 2006, 19 (5):11-18. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10300-2007127703.htm
    [9] An X, Zhu T, Wang Z, et al.A modeling analysis of a heavy air pollution episode occurred in Beijing.Atmos Chem and Phys, 2006, 12:3103-3114.
    [10] 马锋敏.北京及周边地区典型大气污染过程的数值模拟研究.南京:南京信息工程大学, 2007.
    [11] 靳军莉, 颜鹏, 马志强, 等.北京及周边地区2014年1—3月PM2.5变化特征.应用气象学报, 2014, 25 (6):690-700. doi:  10.11898/1001-7313.20140605
    [12] 蒲维维, 赵秀娟, 张小玲.北京夏末秋初气象要素对PM2.5污染的影响.应用气象学报, 2011, 22 (6):716-723. doi:  10.11898/1001-7313.20110609
    [13] 安峻岭, 李健, 张伟, 等.京津冀污染物跨界输送通量模拟.环境科学学报, 2012, 32 (11):2684-2692. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJXX201211008.htm
    [14] 王威, 王自发, 吴其重, 等.奥运会开幕前后北京PM10输送通量变化及情景分析.气候与环境研究, 2010, 15 (5):652-661. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CJFQ&dbname=CJFD2010&filename=QHYH201005014&v=MTYwNzh2S05DWFNackc0SDlITXFvOUVZSVI4ZVgxTHV4WVM3RGgxVDNxVHJXTTFGckNVUkwyZlkrZHFGeS9rVWI=
    [15] 薛文博, 付飞, 王金南, 等.中国PM2.5跨区域传输特征数值模拟研究.中国环境科学, 2014, 34 (6):1361-1368. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CJFQ&dbname=CJFD2014&filename=ZGHJ201406001&v=MTkxNDBQeXJEWkxHNEg5WE1xWTlGWllSOGVYMUx1eFlTN0RoMVQzcVRyV00xRnJDVVJMMmZZK2RxRnkva1ZyL00=
    [16] 程念亮, 李云婷, 张大伟, 等.2014年10月北京市4次典型空气重污染过程成因分析.环境科学研究, 2015, 28 (2):163-170. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJKX201502001.htm
    [17] Streets D G, Fu J S, Jang C J, et al.Air quality during the 2008 Beijing Olympic Games.Atmos Environ, 2007, 41 (3):480-492, doi: 10.1016/j.atmosenv.2006.08.046.
    [18] 吴其重, 王自发, 徐文帅, 等.多模式模拟评估奥运赛事期间可吸入颗粒物减排效果.环境科学学报, 2010, 30 (9):1739-1748. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJXX201009002.htm
    [19] 周颖, 程水源, 陈东升, 等.后奥运时期大气污染控制措施对北京PM10影响.北京工业大学学报, 2012, 38 (1):139-144. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CJFQ&dbname=CJFD2012&filename=BJGD201201028&v=MjgyMDBKeWZNYXJHNEg5UE1ybzlIYklSOGVYMUx1eFlTN0RoMVQzcVRyV00xRnJDVVJMMmZZK2RxRnkva1ZyM04=
    [20] 刘俊, 安兴琴, 朱彤, 等.京津冀及周边减排对北京市PM2.5浓度下降评估研究.中国环境科学, 2014, 34 (11):2726-2733. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CJFQ&dbname=CJFD2014&filename=ZGHJ201411002&v=MjQ0OTk4ZVgxTHV4WVM3RGgxVDNxVHJXTTFGckNVUkwyZlkrZHFGeS9rVnJ2TVB5ckRaTEc0SDlYTnJvOUZab1I=
    [21] 翟世贤, 安兴琴, 刘俊, 等.不同时刻污染减排对北京市PM2.5浓度的影响.中国环境科学, 2014, 34 (6):1369-1379. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CJFQ&dbname=CJFD2014&filename=ZGHJ201406002&v=MjcwNTFxRnkva1Y3L01QeXJEWkxHNEg5WE1xWTlGWm9SOGVYMUx1eFlTN0RoMVQzcVRyV00xRnJDVVJMMmZZK2Q=
    [22] Zhai Shixian, An Xingqin, Liu Zhao, et al.Model assessment of atmospheric pollution control schemes for critical emission regions.Atmos Environ, 2015, http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2015.08.093. doi:  10.1016/j.atmosenv.2015.08.093
    [23] Schmid H P.Footprint modeling for vegetation atmosphereexchange studies:A review and perspective.Agricultural and Forest Meteorology, 2002, 113:159-183. doi:  10.1016/S0168-1923(02)00107-7
    [24] Guo X F, Cai X H.Footprint characteristics of scalar concentration in the convective boundary layer.Adv Atmos Sci, 2005, 22 (6):821-830. doi:  10.1007/BF02918682
    [25] 蔡旭晖.湍流微气象观测的印痕分析方法及其应用拓展.大气科学, 2008, 31 (1):123-132. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK200801011.htm
    [26] 郭昱, 蔡旭晖, 刘辉志, 等.北京地区大气中尺度扩散模态和时间特征分析.北京大学学报:自然科学版, 2002, 38 (5):705-712. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BJDZ200205021.htm
    [27] 蔡旭晖, 陈家宜.沙尘重粒子在对流边界层中的扩散模拟.北京大学学报:自然科学版, 2004, 40 (6):939-949. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BJDZ200406012.htm
    [28] Cai Xuhui, Leclerc M Y.Forward-in-time and backward-intime dispersion in the convective boundary layer:Concentration footprint.Boundary-Layer Meteorol, 2007, 123:201-218. doi:  10.1007/s10546-006-9141-x
    [29] 徐敬, 马志强, 赵秀娟, 等.边界层方案对华北低层O3垂直分布模拟的影响.应用气象学报, 2015, 26 (5):567-577. doi:  10.11898/1001-7313.20150506
    [30] 赵秀娟, 徐敬, 张自银, 等.北京区域环境气象数值预报系统及PM2.5预报检验.应用气象学报, 2016, 27 (2):160-172. doi:  10.11898/1001-7313.20160204
    [31] Zhang Q, Streets D G, Carmichael G R, et al.Asian emissions in 2006 for the NASA INTEX-B emission.Atmos Chem Phys, 2009, 9:5131-5153. doi:  10.5194/acp-9-5131-2009
  • 加载中
图(9) / 表(2)
计量
  • 摘要浏览量:  3980
  • HTML全文浏览量:  1042
  • PDF下载量:  324
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-22
  • 修回日期:  2016-06-15
  • 刊出日期:  2016-11-30

目录

    /

    返回文章
    返回