典型石化企业排放空气质量影响模拟研究

基于惠州市大亚湾区2017年大气污染源排放清单,利用WRF-CMAQ模型系统量化评估了大亚湾区某典型石化企业在关停和增产排放情景下对周边空气质量的影响.清单结果显示该企业2017年SO₂、NO_x、PM₁₀、PM_2.5、CO和VOCs的排放量分别为212 、1744 、455 、359 、1458 和6446 t,在严格落实等量替代及减排措施后,该石化企业虽然产能翻倍,但VOCs排放量同比2017年显著减少了30%,其它污染物排放量增加了6%~19%.模拟结果显示2017年该石化企业排放对大亚湾区NO₂、PM₁₀、PM_2.5和O₃的浓度贡献分别为0.91、0.64、0.54和-0.08 μg·m^-3,完全关闭该企业排放后对周边站点NO₂改善效果最大（可使邻近管委会子站NO₂浓度下降1.24 μg·m^-3,下降百分比为5.10%）,但由于NO的滴定效应,该企业NO_x减排对周边管委会子站和霞涌子站的O₃浓度均有轻微负贡献;该石化企业的增产改造对周边O₃浓度降低影响明显,周边站点中O₃浓度最高可下降2.45 μg·m^-3（下降幅度为1.72%）,大亚湾区O₃浓度整体也可下降1.45 μg·m^-3.此外,受秋冬季不利扩散条件以及主导上风向污染传输影响,该企业在1月和10月对管委会子站NO₂、PM₁₀和PM_2.5的浓度贡献较大,由于冬季低温导致光化学反应自由基活性降低,该企业在1月对管委会子站O₃浓度负贡献显著.     

周边污染对北京大气PM_(10)的影响研究

文章基于Models3/CMAQ空气质量模式,利用北京及周边省市详细调查的污染源数据,采取双层网格嵌套技术建立起适用于我国华北区域的大气PM10数值模拟系统。在此基础上,文章设计了5种污染源情景方案,并对各种情景分别进行数值模拟,定量计算周边各省市对北京大气PM10的具体影响情况,得到2002年采暖季(1月份)和非采暖季(7月份)周边省市对北京大气PM10逐时浓度贡献情况。结果表明,外来污染物输送对北京大气PM10浓度影响较大,在采暖季和非采暖季外来影响分别为23.4%和40.0%。在周边各省市中,河北、天津、山西等地污染源排放对北京市大气PM10均具有不同程度的影响。     

长距离污染传输对珠江三角洲区域空气质量影响的数值模拟研究

采用CMAQ模型系统对珠江三角洲(以下简称珠三角)区域2006年主要大气污染物浓度进行模拟,获得该区域主要污染物浓度时空分布和大气传输季节变化特征,并结合其它相关研究方法分析长距离传输对珠三角区域空气质量的影响.模型模拟结果揭示了珠三角NO2、SO2、PM10、PM2.5浓度具有秋冬季高、春夏季低的季节变化特征,而珠三角O3浓度的高值出现在秋季.零排放扰动法表明长距离传输对珠三角15个区域监测子站NO2、SO2、PM10和PM2.5浓度平均贡献分别为2.6%、13.9%、24.2%和28.1%,并且秋冬季长距离传输贡献大于春夏季.反向轨迹聚类方法显示珠三角区域代表性站点万顷沙72 h反向控制气团依据其来向可分为沿岸气团、大陆气团、区域环流和海洋气团.万顷沙站点主要污染物小时观测浓度大于150μg·m-3的时段与短距离沿岸气团、短距离大陆气团以及区域环流主导下的污染物传输密切相关.四维传输通量分析结果证实,NO2污染传输通道无法由广东省外延伸至珠三角地区,因此珠三角大气NO2浓度主要来源于广东省内的排放.珠三角在受沿岸气团或大陆气团控制时存在从福建省或江西省一直延伸至珠三角的SO2和PM2.5高通量污染传输通道.因此控制珠三角区域大气污染需考虑区域背景气象条件差异,针对不同污染物采取不同的区域联防联控措施.     

应用CMAQ模型解析河北南部城市的霾污染来源

河北南部地区是霾污染最为严重的地区之一,本文应用MM5-Models-3/CMAQ空气质量模拟系统对河北及周边省市进行了区域尺度的模拟,并通过情景计算的方法估算了河北南部(包括石家庄、邢台、邯郸3市)、河北北部、京津2市、山西、河南、山东6个区域的人为源排放对石家庄、邢台细微颗粒物(PM2.5)及其主要成分和消光系数(Bext)的贡献率.结果表明,模拟时段内,石家庄市PM2.5的来源为河北南部65.3%、山西13.8%、河北北部7.3%、山东1.6%、河南1.1%、京津0.9%;邢台市PM2.5的来源为河北南部64.7%、山西10.4%、河北北部5.2%、河南3.7%、山东3.6%、京津1.1%.周边地区对石家庄市Bext的贡献率分别为:河北南部59.4%、山西13.8%、河北北部6.8%、山东1.7%、河南1.3%、京津0.9%;对邢台市Bext的贡献率则为:河北南部58.2%、山西10.1%、河北北部5.0%、山东3.7%、河南3.9%、京津1.0%.对2007年12月8—12日重污染过程的分析表明,重污染过程中河北北部、山东和河南的贡献率有所上升,山西的贡献率则有所下降.由于该地区霾污染的复杂性,进一步的观测和模拟工作仍然十分必要.     

2016年秋季新乡市空气质量模式预报效果评估

基于新乡市空气质量数值预报平台,采用相关系数（r）、标准化平均偏差（NMB）等统计指标,系统评估2016年秋季新乡市嵌套网格空气质量预报模式（NAQPMS）和通用多尺度空气质量模式（CMAQ）的预报效果,对比分析2套模式不同预报时效和不同水平分辨率的空气质量等级预报准确率。结果显示：2套模式均较好地表征了各主要污染物的浓度变化特征,2套模式的等级预报准确率高于60%,其中CMAQ对中度及重度的预报等级准确率达到70%。对比模式24、48、72 h 3种预报时效效果,24 h预报时效的统计数据最优,说明24 h预报时效模拟结果可作为业务预报重要的支撑。     

兰州市CMAQ近地面臭氧模拟结果的订正方法——基于机器学习方法

为能更加准确地模拟出兰州市近地面臭氧浓度,在CMAQ(社区多尺度空气质量建模系统)的基础上,利用机器学习方法中的XGBoost(极限梯度提升)模型及LSTM(长短期记忆)神经网络模型建立近地面臭氧模拟结果的订正模型,并以两种方法为基础,利用误差变权倒数组合方法构建LSTM-XGBoost组合模型,以期进一步提高订正效果.本文选取兰州市4个国控站点(兰炼宾馆,铁路设计院,榆中校区,生物制品所)2019年7、8月环境空气质量监测数据及兰州市气象站同期气象数据,对CMAQ模拟的同时段兰州市近地面臭氧浓度进行订正.结果表明,CMAQ能够模拟出兰州市近地面臭氧浓度的空间及时间分布特征,但整体上对浓度有所低估.利用上述方法构建的订正模型中,LSTM-XGBoost组合模型的订正效果最好,臭氧相关性由CMAQ模拟的0.61～0.76提升至0.89～0.95,臭氧8h平均相关性由0.65～0.79提升至0.81～0.88,臭氧RMSE由44.83～70.17μg/m³提升至15.21～26.53μg/m³,臭氧8h平均RMSE由40.07～67.57μg/m...     

不同季节人为氯排放对二次气溶胶影响的数值模拟

利用WRF-CMAQ模式对比有无人为氯排放的模拟试验,定量分析了不同季节人为氯排放对二次无机气溶胶和二次有机气溶胶的影响.结果表明,人为氯排放对硫酸盐的影响较小,而硝酸盐对人为氯排放较为敏感,Cl-颗粒物与HNO₃、N₂O₅、NO₃和NO₂均可发生反应生成硝酸盐,同时NH₃也会转化为铵盐.人为氯排放使冬、春、夏、秋季硝酸盐月均浓度分别最高增加9.8μg/m³(34.3%)、1.5μg/m3(11.4%)、1.3μg/m³(9.1%)和2.6μg/m³(10.3%),铵盐月均浓度分别最高增加3.0μg/m³(30.7%)、0.6μg/m³(10.3%)、0.5μg/m3(6.5%)和1.1μg/m³(8.0%),冬季影响最大,夏季影响最小.人为氯排放增强了Cl原子和OH自由基对VOCs的降解作用,不同种类的SOA浓度略有上升,人...     

Simulation of aerosol direct radiative forcing with RAMS-CMAQ in East Asia

The air quality modeling system RAMS-CMAQ is developed to assess aerosol direct radiative forcing by linking simulated meteorological parameters and aerosol mass concentration with the aerosol optical properties/radiative transfer module in this study. The module is capable of accounting for important factors that affect aerosol optical properties and radiative effect, such as incident wave length, aerosol size distribution, water uptake, and internal mixture. Subsequently, the modeling system is applied to simulate the temporal and spatial variations in mass burden, optical properties, and direct radiative forcing of diverse aerosols, including sulfate, nitrate, ammonium, black carbon, organic carbon, dust, and sea salt over East Asia throughout 2005. Model performance is fully evaluated using various observational data, including satellite monitoring of MODIS and surface measurements of EANET (Acid Deposition Monitoring Network), AERONET (Aerosol Robotic Network), and CSHNET (Chinese Sun Hazemeter Network). The correlation coefficients of the comparisons of daily average mass concentrations of sulfate, PM2.5, and PM10 between simulations and EANET measurements are 0.70, 0.61, and 0.64, respectively. It is also determined that the modeled aerosol optical depth (AOD) is in congruence with the observed results from the AERONET, the CSHNET, and the MODIS. The model results suggest that the high AOD values ranging from 0.8 to 1.2 are mainly distributed over the Sichuan Basin as well as over central and southeastern China, in East Asia. The aerosol direct radiative forcing patterns generally followed the AOD patterns. The strongest forcing effect ranging from −12 to −8 W m⁻² was mainly distributed over the Sichuan Basin and the eastern China’s coastal regions in the all-sky case at TOA, and the forcing effect ranging from −8 to −4 W m⁻² could be found over entire eastern China, Korea, Japan, East China Sea, and the sea areas of Japan     

基于Models-3的自修正空气质量预报系统及其效果检验

本文介绍了一个以Models-3为基础的自动化空气质量数值预报系统,该系统通过Gambas、Yabasic和R语言等工具进行开发,集成WRF-SMOKE-CMAQ三个模式,可通过监测数据进行自动修正,完成空气质量业务数值预报,并将结果发布到Web服务器上进行呈现。该系统对硬件的要求较低,将部署于一台DELL Optiplex 9010工作站上,设置6km—2km双层嵌套,进行成都市空气质量数值预报。本文分析了成都市2014年1月1日至2014年12月31日的空气质量数值预报结果,评价系统对成都市NO_2、SO_2、PM_(10)、PM_(2.5)、O_3、CO以及空气质量指数(AQI)的预报效果。结果显示,系统对于成都市2014年空气质量变化情况趋势的预报效果较好,302天有效预报中,24小时直接预报的空气质量等级准确率为58.27%,AQI预报相关系数0.71,观测值自动修正预报对24小时空气质量预报具有明显改善效果,使其等级预报准确率达到64.9%,相关系数提高到0.89。     

河北城市霾污染来源的模拟研究

选取2007年12月作为模拟时段,以MM5-Models-3/CMAQ为核心工具,对河北地区4个主要城市(石家庄、邢台、邯郸、保定)的霾污染来源进行了模拟研究,结果表明:工业源和民用燃烧源对河北4城市PM2.5浓度贡献率最大,分别为28.1%³5.4%,29.1%35.4%,29.1%³1.8%。河北4市受工业源排放影响最大的为保定市(35.4%),其余为石家庄(31.7%)、邢台(28.3%)、邯郸(28.1%)。受民用燃烧源影响最大的依然为保定市(31.8%),其余为邯郸(30.0%)、邢台(29.1%)、石家庄(27.5%)。电厂源、民用非燃烧源和交通源的贡献率较小,分别为0.5%31.8%。河北4市受工业源排放影响最大的为保定市(35.4%),其余为石家庄(31.7%)、邢台(28.3%)、邯郸(28.1%)。受民用燃烧源影响最大的依然为保定市(31.8%),其余为邯郸(30.0%)、邢台(29.1%)、石家庄(27.5%)。电厂源、民用非燃烧源和交通源的贡献率较小,分别为0.5%².5%,0.4%2.5%,0.4%⁰.9%,2.0%0.9%,2.0%².3%。对于消光系数的部门来源,最大的依然是工业源和民用燃烧源,民用燃烧源对河北地区消光系数平均贡献率分别为石家庄20.7%,邢台29.1%,邯郸30.7%,保定30.6%;工业源的贡献率分别为石家庄18.2%,邢台15.9%,邯郸16.8%以及保定22.4%。