CMAQ模型在乌鲁木齐大气污染治理中的应用潜力

CMAQ是美国环保署(EPA)开发的区域多尺度空气质量模型,已被广泛用于研究多种空气污染物形成、运输及评估。本文综述了CMAQ模型在雾霾污染、臭氧污染、核泄漏等事故模拟中的应用,同时介绍了基于CMAQ模型而研发的空气质量预报系统和大气环境容量计算方法,以期提出解决乌鲁木齐大气污染问题的有效方法,为相关领域的科技工作者提供一定的借鉴。     

区域环评中大气环境容量估算的研究进展

目前,在大气环境影响评价中,区域大气环境容量的研究是实施大气污染物总量控制的前提.文章综述了大气污染物区域环境容量的主要影响因素、用于其计算的空气质量模型以及大气环境容量研究的一般步骤.现阶段应用较广泛的大气环境容量的预测模型有A-P值法模型、箱模型、线性优化模型、ADMS模型及多种模型相结合的复合模式等,通过研究分析,提出了现阶段大气环境容量研究存在的主要问题及其有效的解决途径.     

基于CMAQ与前馈神经网络的区域大气污染物浓度快速响应模型

建立大气污染可控源排放-复合污染水平的函数关系,实现给定排放情景下环境污染物浓度的实时响应,是大气污染物浓度预测与减排效果评估等的重要技术前提.本研究对污染物浓度影响因子变化空间进行拉丁超立方采样,使用CMAQ区域多尺度空气质量模型的预测值作为输入数据,通过前馈神经网络模型构建基于统计机器学习的长三角区域污染物浓度快速响应模型.结果表明经过模型结构选择与参数调整,基于前馈神经网络的快速响应模型能够快速准确还原出不同减排情景下长三角区域PM_(2.5)浓度的预测值.外部验证情景下相关系数CORR达到0.999以上,MB与ME均值达到了-0.046μg·m~(-3)和0.6162μg·m~(-3),实现了比RSM更加快速与准确的预测,不同时段与不同污染物浓度的准确预测则验证了其普适性.     

基于WRF-Chem模拟的玉溪市大气环境容量精细估算

云南高原的清洁大气环境及其潜在变化是一个值得深入研究的大气环境问题.本文选择云南高原重要工业城市—玉溪作为研究区域,基于中尺度空气质量模式WRF-Chem,开展玉溪市的大气环境容量模拟估算.同时,以2015年冬、春、夏、秋季主要大气污染物模拟为基础,采用以我国环境空气质量标准(GB3095—2012)为约束目标的WRF-Chem模拟迭代大气环境容量算法,设置3 km的精细分辨率,计算得到2015年玉溪市一次PM_(10)、一次PM_(2.5)、SO_2、NO_x和CO的大气环境容量分别为1.284×10~4、0.854×10~4、1.917×10~4、1.796×10~4和51.556×10~4t·a~(-1).最后,研究了整个玉溪市区域和城区大气环境容量的季节变化特征,结果发现,各污染物冬季大气环境容量最小,除PM_(2.5)外的污染物均在春季大气环境容量最大.玉溪市城区剩余容量占全市的比例均在40%左右,反映了工业发展和城市化带来的大气环境的城乡差异及可能的环境变化效应.     

区域大气污染物总量控制技术与示范研究

分析了我国的大气环境问题和特征,剖析了大气污染的成因;重点介绍了区域大气污染物总量控制技术研究中,大气污染物排放清单的编制技术,多尺度的空气质量模拟技术,基于现代控制理论的大气环境容量优化技术,基于环境容量和排放绩效的总量分配技术,多种总量监控方法,科学有效的总量控制管理机制和规则等的关键技术、技术突破、主要研究与理论创新及成果的应用与示范;紧密结合国家空气环境质量管理和大气污染控制的需要,提出了我国大气环境管理、政策和大气环境科学研究的建议.      

基于CMAQ模型的随机响应曲面不确定性传递分析方法实现与评价

针对蒙特卡洛法在复杂环境模型进行不确定性传递分析时对计算机和时间资源需求巨大的缺点,本文引进快速高效的随机响应曲面法,并将其成功应用于CMAQ区域空气质量模型的不确定性传递分析,建立了基于CMAQ区域空气质量模型的不确定性分析概念框架.采用2阶和3阶随机响应曲面法,研究了排放清单不确定性对臭氧模拟结果的影响,并与1000次蒙特卡洛模拟结果进行对比.结果表明:3种模拟情景下臭氧浓度的均值几乎相同,模拟结果的概率分布曲线也基本一致,而采用随机响应曲面法可以极大节省模拟所需时间,提高计算效率,显示随机响应曲面法具有在复杂大气环境模型中进行不确定性传递分析的潜在价值.     

空气质量模型CMAQ的国内外研究现状

空气质量模型是支撑环境管理与决策的重要工具。文章系统地回顾了空气质量模型的发展历程,重点介绍了多尺度空气质量模型CMAQ(Community Multiscale Air Quality Modeling System)在模拟预测臭氧、氮氧化物、硫氧化物和颗粒物等方面的国内外应用研究现状,同时指出CMAQ模型存在的问题、在我国环境管理中的应用以及未来空气质量模型的发展方向。研究表明,国内外对CMAQ模型的应用研究主要体现在3个方面:评价模型的模拟性能、模拟预测空气中污染物浓度以及研究各污染物的来源、产生机理及传输扩散过程。     

大气环境容量理论的再思考和总量控制

大气环境容量理论在我国的空气污染控制政策研究和管理实践中一直作为重要的基础理论之一,但长期以来其概念定义和理论模型一直存在模糊之处,也未能建立公认的数学规划模型和算法.基于大气环境容量理论发展和应用回顾,对大气环境容量的定义和内涵进行了探讨,并对其理论和计算方法的实用性与局限性进行了分析.该研究基于不同的大气环境容量定义,提出了绝对大气容量、广义大气容量和狭义大气容量3种概念的区分,提出大气环境容量规划的主要理论困难是大气规划空间的开放性以及由此带来的空间边界定义和规划区外约束缺失问题,指出除一次空气污染物在局地尺度夜间边界层或山谷特殊地形等条件下可获得广义大气容量解以外,其他大部分情形往往并不能获得确定的广义大气环境容量解;指出因臭氧、二次细粒子复合污染存在二次污染物与前体物排放的非一一对应及非线性关系,传统的单物种大气环境容量理论和单目标线性优化规划方法不再适用.空气质量问题,特别是区域尺度空气污染问题并不一定是排放量超出大气容量所致,大气环境容量理论并不是一个普适理论.针对区域性复合空气污染控制问题,建议在全国或大区域尺度,基于排放状况与经济、技术可行性,采用空气质量模式情景分析与影响评估的规划方法,优化确定区域排放总量;长远可探讨建立包含技术、经济、社会变量的多物种和多目标规划方法.      

福建省三明市大气环境容量研究

利用CALPUFF空气质量扩散模型模拟了三明市2011年气象场和二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物浓度场,利用监测值对模拟结果进行验证表明了模型的适用性;并基于三明市现状污染源,建立大气污染物传递系数矩阵,结合线性优化模型分别测算了三明市现状环境空气质量标准和新标准下的大气环境容量,并进行比较。研究结果表明,目前三明市主要大气污染物尚有较大的环境容量,但是需要严格控制大气污染物特别是工业和机动车尾气产生的氮氧化物的排放。     

城市大气中臭氧浓度控制的困难与挑战——以成都市为例

研究城市化、工业化和区域经济一体化进程的不断加快,对城市大气环境的影响是当前大气环境领域研究的热点问题。在此过程中,利用空气质量模型模拟系统研究大气环境污染问题成为大气环境研究中不可缺少的组成部分。在当前空气污染复杂的形势下,针对城市大气环境中臭氧的浓度尚未有效的控制措施。研究主要利用Models-3/CMAQ空气质量模式对成都市臭氧浓度数值通过不同的控制情景进行模拟,揭示城市大气中臭氧浓度控制的困难与挑战,并尝试性提出今后的研究方向,以期为控制城市大气中臭氧浓度提供建议。     

经济开放区大气环境容量规划研究——以东莞市为例

本文探讨了沿海经济开放区大气环境容量和规划研究的方法。在大气污染源调查、污染物监测、污染气象特征分析、区域容量计算、污染控制规划和大气排污许可证制度的实施等方面作了调查研究。并通过实例研究为东莞市大气环境管理提供了行之有效的对策和建议。      

大气环境容量理论与核算方法演变历程与展望

大气环境容量在我国一直被作为环境管控措施制订和空气质量精细化管理的重要依据,相关研究是当前的热点.通过研究大气环境容量的相关文献,结合国家、区域及城市的相关实践工作,对国内外环境容量理论和核算方法的发展特征进行了系统的总结和评述.在综述大气环境容量概念的基础上,分析了其具备的自然属性、社会属性及资源属性三重特征.结合我国大气环境问题和大气污染管理模式的演变历程,分析了大气环境容量理论和实践在引入与探索期、发展与实践期、停滞期和快速发展期等4个不同阶段的发展特点.针对我国先后出现的以煤烟型污染、酸雨型污染和复合型污染为主要特征的3种大气环境问题,分析了大气环境容量的内涵及核定思路.以A值法、线性优化法、模型模拟法为重点,总结了不同核算方法的优点和不足,发现了模型模拟法可以兼顾气象、地形等自然因素和污染源等人为因素对于大气环境容量的影响,并可以反映复杂的大气物理化学过程,更适合以PM_2.5、O₃等复合污染为约束的环境容量的核算.最后,结合环境管理的要求,建议在以下三方面加强研究:①以多种污染指标达标为约束的大气环境容量核算方法;②典型重污染时段的大气环境容量核算方法;③改进模型模拟和多目标优化耦合技术,探讨在空气质量、健康损害、生态破坏、气候变化等多种因素约束下的大气环境容量核算方法.      

大气环境科学综合数据采集共享平台建设及应用研究

为实现大气重污染成因与治理攻关项目数据的统一管理和数据共享,基于美国电子政务共享框架（Federal Enterprise Architecture Framework,FEA）方法论和数据中台思想,采用JAVA平台和SOA框架,以大气重污染成因与治理攻关项目科研数据为主,整合全社会大气科学数据资源,面向京津冀、汾渭平原大气污染成因与治理改善分析的核心业务需求,建设集多源异构数据采集、治理、共享、分析、发布于一体的大气环境科学数据采集与共享平台;建立完善的线上数据治理流程,采用多种算法实现大气业务数据集的实时质控;采用分级、分权限的数据共享机制和共享接口动态编辑技术,建立一站式数据枢纽.结果表明:①建立大气科学数据规范分类体系,提供从原始数据、二次数据产品、大气攻关信息发布等多种类型的数据共享服务.②建立海量多源异构综合数据集,包括空气质量、组分、污染源、气象、健康等11类,数据总量4.3 TB,包括7.5亿条数据和66万个文件.③开发交互式GIS服务和线上评估分析工具,实现环境空气质量评估、气象影响分析、组分变化、污染源统计四类主题数据服务.④向大气重污染成因与治理攻关项目各课题组、七省（市）提供多种形式共享,开放104个数据接口,实现21亿条数据、2万份文件、15个专题共享,有力地支撑了大气重污染成因与治理攻关项目的各项研究.      

从大气环境规划单方面确定旅游环境容量的方法简介

本文提出了旅游环境容量的概念,阐明了如何用大气环境规划的方法来最优地利用大气环境容量,给出了大气质量最优控制模型和大气环境规划中的对策模型,并从大气环境容量这一单因子计算了旅游环境容量,可为旅游城市的旅游业发展提供一些参考依据。      

惠州市大气环境容量核定技术研究

利用惠州市环境监测站2002年的主要大气污染资料,以惠州市大气环境容量核定为例,通过污染气象调查、环境空气质量现状及污染源调查与评价、控制区确定等技术路线的实施,以A值法、ISC3模式预测法最终确定二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）和可吸入颗粒物（PM10）的环境容量。结果表明：惠州市现状大气环境容量分别为：SO25．544万t/a、NO210．842万t/a、PM1011．256万t/a。该研究成果可作为惠州市合理利用大气环境容量、实现经济建设与环境保护协调发展的技术依据。     

亚洲季风强弱年蒙自市大气环境容量差异估算

利用区域空气质量模式WRF-Chem,对亚洲季风气候变化背景下云南省蒙自市大气环境容量进行模拟评估.根据标准化南亚夏季风指数分别选取2005年和2015年为强、弱季风年.对2015年四季（以1月、4月、7月和10月为代表月）和2005年夏季（7月为代表月）的主要大气污染物浓度进行模拟.结果表明蒙自市2015年全年CO、NO₂、SO₂、PM_2.5、PM₁₀的大气环境容量分别为120.31、1.127、1.875、1.267、1.688（×10⁴t/a）,其中各污染物冬季大气环境容量最小,春季的最大（PM₁₀除外）,且PM_2.5在冬季排放量已饱和.强季风年相对弱季风年夏季CO、NO₂、SO₂、PM_2.5、PM₁₀的大气环境容量分别提升4.81%、3.86%、12.6%、18.4%、8.7%,其中PM_2.5的容量提升最高.亚洲季风年际变化对云南高原空气质量及大气环境容量具有重要的调制作用.     

基于CMAQ模式产品的福州市空气质量预报系统

利用CMAQ(Community Multiscale Air Quality Model)模式预报产品和福州市2007年1月至2010年6月大气污染物的观测资料以及常规地面气象观测资料,根据动力-统计相结合的预报方法,通过多元线性逐步回归,建立不同天气系统下CMAQ模式产品和多类预报因子相结合的日污染物浓度预报模型.结果表明,影响福州市的天气系统共分为大陆高压、副热带高压、切变、暖区辐合、高空槽、台风和热带辐合带7类天气型.在暖区辐合、高空槽和大陆高压控制下,福州市的空气质量较差,而副热带高压和台风系统影响时,福州市的空气质量最好.日污染物浓度预报方程置信度均为P=0.000,模型有统计学意义.利用模型对2010年7~12月福州市各污染物浓度进行预报效果回代检验,模型对PM10的污染指数等级预报正确率达到了71.3%,对SO2和NO2的级别预报正确率达到了100%,日预报综合评分平均达88.8分.     

城市环境空气污染预报研究进展

主要介绍了城市环境空气污染预报的方法,综述了城市环境空气污染预报的国内外研究现状,主要介绍了美国第三代Momdel-3 CMAQ模式系统和中国科学院大气所的嵌套网格空气质量预报系统(NAQPMS),以及最新的多模式污染预报技术,本文最后指出中国目前的大气环境形势比较严峻,城市环境空气污染预报模式还存在一些问题,并探讨了今后的发展方向。     

区域大气环境容量资源优化利用的博弈分析

大气环境容量是一种公共资源,合理利用和保护大气环境容量资源是大气环境改善的有效途径.从区域内各城市间的博弈行为出发,利用个人决策模型、整体决策模型、关系模型对区域内大气容量资源进行分析,揭示大气容量资源被过度使用的现象,针对城市监管不力、企业排污严重引起大气污染问题而提出帕累托改进模型,指出大气环境保护需要合作机制,联防联控.