城市含碳气溶胶排放清单建立与污染特征模拟(2)

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1引言1

11研究背景1

12含碳气溶胶排放清单研究2

13空气质量模式4

14研究意义及主要内容5

2南京市含碳气溶胶排放清单的建立7

21方法7

22活动水平8

23排放因子10

24污染物控制技术分布12

252014年南京市BC、OC排放清单12

26与其他研究的比较14

27排放的时空分布15

3基于WRF-CMAQ的含碳气溶胶污染特征模拟18

31模拟区域和模拟时段的选取18

32WRF气象模式19

33CMAQ模式对污染特征的模拟20

结论22

致谢23

参考文献24
1 引言
1.1 研究背景随着现代社会城市化进程的不断加快，导致能源消耗量逐年增长，我国的能源消耗以煤炭为主，这直接导致了大量 SO2、NOx与颗粒物的排放。同时，国民生活水平的改善使得机动车保有量迅速增加，造成了大量尾气的排放，更加加剧了我国的大气污染现状。目前我国正面临着复合型、区域型的大气污染。大气复合型的空气污染在表象上为臭氧与细颗粒物等二次污染物浓度的增加与大气能见度下降。由于大气污染的控制手段相较于社会经济的发展速度而言相对滞后，我国一些发达地区，如京津冀、长三角、珠三角地区及其他部分城市群已表现出明显的区域大气污染特征，即本地的大气污染物浓度还与区域间的输送密切相关[2]。目前，随着各地雾霾事件的频发，对大气污染的研究已经不局限于常规污染物，众多研究者开始普遍关注含碳气溶胶的排放水平与污染时空分布特征。含碳气溶胶是指在燃料燃烧过程中产生的含碳颗粒，主要包含两大类：黑碳（Black Carbon， BC）或元素碳（Elemental Carbon， EC）、有机碳（Organic Carbon， OC），两者对气候、环境空气质量和人类健康都有显著的影响。 BC 和OC 的物理和化学性质不同，来源也有差异。BC 主要来源于化石燃料或生物质燃料的不完全燃烧，属于由污染源排放的一次污染物。而OC 主要是由一次有机污染物和经过化学反应生成的二次有机污染物构成。 BC 被认为是大气中太阳辐射的重要吸收体之一，与 CO2、CH4、CFCs 等温室气体相比，具有相对较宽的吸收波段，可以通过吸收太阳、地球大气的辐射从而影响地-气系统的能力收支进而来影响气候。 BC 能参与到大气物理、大气化学和大气光学过程中，在大气传输过程中作为一种活性载体，使得有些特定的污染物能够吸附在其表面，从而使它们在BC 催化作用下，能更迅速地进行非均相与气-粒之间的转化[2]。除此之外，BC还会对人体健康产生危害，可以进入人的呼吸系统，减弱肺的清理功能，危害人体健康。OC 一般包括芳香族类、脂肪类、酸类等上百种有毒有害的有机化合物[3]，有文献[3]指出，OC 具有较强的吸光效应，是仅次于 CO2 的一种污染物，且 OC 与 BC 一样，能够进入人的肺部，导致许多呼吸性疾病的同时，其中很多的有机成分是潜在的致癌物质，严重者会危及生命。
1.2 含碳气溶胶排放清单研究含碳气溶胶排放清单的建立相当复杂与细致，相比较于其他的大气常规污染物而言，其不确定性最高[15]。然而，在空气质量模式中，输入的排放清单的准确程度起着至关重要的作用，及时、精确的排放清单能产生与观测值更为接近的模拟值，有助于更好的了解含碳气溶胶的排放特征与规律，为决策部门制定相应的减排措施提供科学依据。目前，研究者一般使用以下几种方法建立污染源的排放清单：实测法、排放因子法、物料衡算法以及模型法等。实测法中的排放信息主要是通过对排放气体的流量、浓度等基础数据进行监测获得。排放系数法主要用于缺乏详尽的监测数据的情况下，用消耗单位能源所能排放的污染物量的统计平均值来估算污染物的排放量[2]。物料衡算法是基于物质守衡的原理，把排放源的排放量、生产工艺和污染物的治理结合起来，全面系统地研究排放源生产过程中污染物的产生与排放量。模型法是在已开发的排放模型中，输入当地的相关参数，从而可以模拟出污染物的最终排放量，如在估算交通源的排放量时常常采用 IVE、COPERT、MOBILE等模式。国内外研究者大多在一些大尺度范围内建立了较为完善的含碳气溶胶的排放清单，如国家清单[5]-[7]、局部地区清单[8]-[10]和全球清单[11]-[13]。较少涉及到小尺度区域，因为有些地区的相关统计数据无法获知，仅可获得一些常规的排放源资料，这给区域和城市开展含碳气溶胶清单估算工作带来极大困难。也有一些研究者研究含碳气溶胶排放趋势[6], [9]。Lei 等[14] 在研究中国 1990-2005 年期间一次人为源气溶胶排放趋势中，将排放源分为固定燃烧源、工业过程源和移动源三类，并着重考虑了水泥、焦炭和钢铁源的排放。他指出在2000~2005年期间，由于生物燃料的消耗量增加直接导致了BC 和OC 排放量显著上升。民用源是含碳气溶胶的最大贡献源，分别占中国BC排放总量的47-69 %和OC排放总量的81-92 %。Street 等[8]在建立的亚洲 2000年一次气溶胶排放清单过程中发现，亚洲共排放了2.54 Tg BC，其中，民用部门为主要来源，占了 64 %，其次是生物质燃烧源，占18 %，这一现象在东南亚地区尤为显著。同时，亚洲排放了10.4 Tg OC，其中民用部门和生物质燃烧源所占比例均较大，分别占65 %和32 %，其他来源相对较少