秦思達(dá)

摘要：本研究基于Matlab對撫順市大氣污染物排放量進(jìn)行空間分配、時(shí)間分配、物種分配，建立可用于空氣質(zhì)量數(shù)值模擬的城市高分辨率網(wǎng)格化清單。該網(wǎng)格化清單的建立可以作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐撫順市開展空氣質(zhì)量數(shù)值模擬、重污染天氣預(yù)報(bào)預(yù)警、污染物來源解析等研究工作，對撫順市制定空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)、改善方案，評估大氣治理措施實(shí)施效果有重要意義。

關(guān)鍵詞：Matlab；網(wǎng)格化；污染源清單；撫順市

伴隨我國社會(huì)高速發(fā)展，大氣環(huán)境問題越發(fā)受到人們關(guān)注。應(yīng)用排放源處理模式，建立區(qū)域全口徑的大氣污染源清單，并實(shí)現(xiàn)其網(wǎng)格化，對開展大氣污染研究有重要意義。目前，排放源模式的主要作用是將以年為時(shí)間單位、以行政區(qū)為空間單位的排放清單進(jìn)行空間和時(shí)間上的分配，根據(jù)模型選用的化學(xué)機(jī)制，對排放清單中的初始污染物進(jìn)行化學(xué)物質(zhì)種類和質(zhì)量比例分配，以滿足空氣質(zhì)量模型對于排放清單在時(shí)空分辨率和化學(xué)物種方面的高精度要求。配合第三代空氣質(zhì)量模式應(yīng)用最廣的是由美國北卡羅來納微電子中心開發(fā)的SMOKE（Sparse Matrix Operator Kernel Emissions Modeling System）模式[1]。SMOKE模式是基于美國國家排放清單（NEI）設(shè)計(jì)的，在我國并不適用。首先，SMOKE模式空間分辨率精確到縣，但我國尚未建立覆蓋全國范圍，精確到縣市一級完整的一次污染物排放清單，在城市尺度上也只有少數(shù)幾個(gè)工作基礎(chǔ)較好的城市具有較為完善的排放清單[2]。SMOKE模式中的排放源以美國SCC code分類，精確到各種設(shè)備，而我國排放源分類體系與SCC code存在較大差異，且由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏，我國區(qū)域排放清單估算時(shí)源分類很難如此精確。本研究應(yīng)用Matlab編譯建模，搭建污染源清單處理模型，可以實(shí)現(xiàn)多維清單、多物種的嵌套、融合，建立可用于第三代空氣質(zhì)量模式，且符合我國實(shí)際情況的網(wǎng)格化污染源清單，并將其應(yīng)用在撫順市的網(wǎng)格化清單建立中。

一、空間分配

污染源空間分配總體可以分為點(diǎn)源與面源兩種，點(diǎn)源可以按照經(jīng)緯度坐標(biāo)分配到對應(yīng)的網(wǎng)格上，而面源的分配較為復(fù)雜，采用代用參數(shù)權(quán)重法進(jìn)行分配，不同的面源分配權(quán)重不同。撫順市的點(diǎn)源主要為工業(yè)源，包含供暖源、電力源、建材源、石化源、鋼鐵源等源類，可以直接使用修正后的經(jīng)緯度坐標(biāo)分配。移動(dòng)源、居民源、農(nóng)業(yè)源屬于面源，其中移動(dòng)源按照單位網(wǎng)格路網(wǎng)所占面積的大小分配權(quán)重值；居民源（散煤燃燒）使用農(nóng)村人口進(jìn)行分配；居民源（溶劑使用、餐飲油煙）使用全口徑人口數(shù)據(jù)進(jìn)行分配；居民源（秸稈焚燒）、農(nóng)業(yè)源使用土地利用類型中的耕地分布進(jìn)行分配。

二、時(shí)間分配

污染物的時(shí)間分配是將污染源的年排放量分配到小時(shí)，制作成以小時(shí)為單位的清單輸入模型。分配基于月分配系數(shù)、周分配系數(shù)、日分配系數(shù)處理完成。工業(yè)源與電力源排放受國家政策和市場調(diào)控影響，下半年的污染物排放略高于上半年。供暖源排放集中在11月至次年3月期間，居民源中的散煤燃燒主要在冬季供暖，部分用于日常生活，因此采暖期污染物排放量大于非采暖期。移動(dòng)源的污染物排放季節(jié)性變化較小，但日變化特征顯著，早晚高峰期的排放量較大。

三、物質(zhì)分配機(jī)制

CBM、SAPRC、MCM以及RADM、RACM機(jī)理已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在很多的空氣質(zhì)量模式以及氣象模式中。CBM機(jī)理在空氣質(zhì)量模式、城市氣質(zhì)模式、區(qū)域氧化物模式中的應(yīng)用，SAPRC機(jī)理在空氣質(zhì)量模式和城市尺度的歐拉網(wǎng)格模式，MCM機(jī)理在光化學(xué)軌跡模式，RADM在EPA區(qū)域酸沉降模擬中的應(yīng)用。CMAQ模型可選用cb05、saprc99、saprc07等多種化學(xué)反應(yīng)機(jī)制，本研究考慮了海鹽氣溶膠排放、水/云化學(xué)的氣相化學(xué)反應(yīng)，選用cb05_ae6_aq作為模式化學(xué)反應(yīng)機(jī)制。

cb05反應(yīng)機(jī)制廣泛應(yīng)用于國內(nèi)的空氣質(zhì)量數(shù)值模擬值，在對PM2.5與O3模擬方面具有良好的性能。Cb05是美國EPA于2005年發(fā)布的版本，共包括51個(gè)物種和156個(gè)反應(yīng)。CB05根據(jù)國際純粹與應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)（International Union of Pure and Applied Chemistry，IUPAC）和NASA提供的最新反應(yīng)速率常數(shù)對機(jī)理進(jìn)行了更新。無機(jī)反應(yīng)方面CB05的主要修改內(nèi)容包括：1）增加了涉及H2的化學(xué)反應(yīng)以適應(yīng)較高的對流層環(huán)境；2）增加了奇氧原子的反應(yīng)；3）增加了反映夜間化學(xué)過程的NO3反應(yīng)；4）增加了NOx的反應(yīng)來表現(xiàn)NOx的多天變化情況。有機(jī)反應(yīng)方面CB05給出了甲烷和乙烷的詳細(xì)化學(xué)機(jī)理，將高階醛類細(xì)分為乙醛（ALD2） 和更高的醛 （ALDx） 并加入了幾種萜烯物種（TERP）等。

四、撫順市網(wǎng)格化清單

研究基于Matlab，對撫順市大氣污染物排放量進(jìn)行了空間分配、時(shí)間分配、物種分配機(jī)制選擇，最終建立了撫順市空分辨率的大氣污染源網(wǎng)格化清單，如下圖1所示。

五、結(jié)論

本研究網(wǎng)格化清單的建立可以作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐撫順市開展空氣質(zhì)量數(shù)值模擬、重污染天氣預(yù)報(bào)預(yù)警、污染物來源解析等研究工作，對撫順市制定空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)、改善方案，評估大氣治理措施實(shí)施效果有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]CLEVE B M，張志涌編譯.MATLAB數(shù)值計(jì)算[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013：1-50.

[2]張禮俊.基于Model-3/CMAQ的珠江三角洲區(qū)域空氣質(zhì)量模擬與校驗(yàn)研究[D].華南理工大學(xué)，2010.