兰州市石化生产行业对主城区近地面臭氧污染的数值模拟研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:renzha2hao
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兰州市西固区是目前兰州市最大的石化生产行业聚集区,其排放的大量氮氧化物和VOCS等,都是臭氧的重要前体物,对西固区乃至兰州市主城区近地面臭氧的生成及其敏感性均会造成影响。因此,研究兰州市西固区石化生产行业对兰州市主城区近地面臭氧浓度的贡献及臭氧敏感性的影响,对了解兰州市本地臭氧污染的形成以及提出相应的控制措施具有重要的意义。本次研究首先实地调查统计兰州市西固区石化生产行业重点工业源的相关信息,得到兰州市西固区石化生产行业污染源排放清单,并与处理后的MEIC清单进行耦合,得到研究区域内高精度的网格化污染源排放清单。然后在此排放清单和WRF模拟的气象数据基础上,利用CMAQ模式,设置排放源保持不变的标准情景和关闭兰州市西固区石化生产行业排放源的限制情景分别对兰州市主城区一次臭氧污染过程进行模拟。论文主要结论如下:(1)根据实地调查的兰州市西固区石化生产行业重点工业源的排放信息,依据国家生态环境部及中国环境监测总站等发布的《城市大气污染源排放清单编制技术手册》、《石化行业VOCs污染源排查工作指南》等相关“指南”核算兰州市西固区石化生产行业污染源排放清单,并与精细化处理后的MEIC清单耦合,最后利用SMKOE模式处理后得到CMAQ模式可用的高精度污染源排放清单。(2)对兰州市国控监测站点2018年的监测数据进行分析。筛选出一次臭氧污染严重的时间(6月8日13日)作为本次研究时段;对近地面臭氧浓度与温度和相对湿度的相关性进行分析,结果表明:较高的温度和较低的相对湿度是近地面臭氧浓度积累的有利气象条件。(3)对模拟结果进行评估。结果表明:WRF模式模拟值的平均相对偏差在-3.79%18.28%之间,相关系数在0.860.90之间,模拟结果可以作为气象场输入CMAQ模式,模拟期间没有明显的冷空气活动,天气晴朗且日照时数较长,地面有较弱的辐散和下沉运动,有利于近地面臭氧污染的形成;CMAQ模式模拟值的标准化平均偏差在-68.77%-35.99%之间,相关系数在0.640.81之间,白天(918时)模拟值的标准化平均偏差在-52.58%-5.00%之间;夜间(198时)模拟值的标准化平均偏差在-96.69%-68.58%之间,CMAQ模式较好地模拟了研究区域近地面臭氧浓度的变化特征,并在白天模拟的效果更好。(4)根据标准情景的模拟结果,分析兰州市主城区近地面臭氧的污染特征。结果表明:近地面臭氧浓度的高值区主要集中在西固区的中部及主城区的周边地区,城关区中部的近地面臭氧浓度往往较低;各国控监测站点的平均p(H2O2)/p(HNO3)均小于0.35,其中兰炼宾馆的p(H2O2)/p(HNO3)在0.00120.1364之间,兰州教育港的p(H2O2)/p(HNO3)在0.00010.0059之间,生物制品所的p(H2O2)/p(HNO3)在0.00000.0019之间,铁路设计研究院的p(H2O2)/p(HNO3)在0.00010.0074之间,因此均处于VOCs的控制区;兰州市主城区大部分地区为VOCs的控制区,主城区的边缘部分在13时15时转变为过渡区或NOx的控制区,并在15时18时转变回VOCs的控制区;垂直输送过程和垂直扩散过程是近地面臭氧浓度的主要源过程,垂直输送过程的正贡献率在27.26%91.99%之间,垂直扩散过程的正贡献率在0.29%59.15%之间;水平输送过程和气相化学反应过程是主要的汇过程,水平输送过程的负贡献率在24.89%91.92%之间,气相化学反应过程的负贡献率在5.51%62.54%之间。(5)根据限制情景的模拟结果,分析兰州市西固区石化生产行业对兰州市主城区近地面臭氧浓度的贡献及臭氧敏感性的影响。结果表明:兰州市西固区石化生产行业对西固区近地面臭氧浓度的影响较大,对城关区、安宁区和七里河区的近地面臭氧浓度影响较小;兰州市西固区石化生产行业对兰炼宾馆、兰州教育港、生物制品所和铁路设计研究院的期间平均近地面臭氧浓度的贡献值分别为27.15μg/m3、11.43μg/m3、9.94μg/m3和10.11μg/m3,贡献率分别为48.74%、21.05%、为23.98%和25.89%,因此,兰州市西固区石化生产行业对兰炼宾馆(西固区)近地面臭氧浓度的贡献较大,对其它站点的贡献稍小;兰州市西固区石化生产行业对兰炼宾馆(西固区)的敏感性的影响较大,使兰炼宾馆(西固区)更容易转变为过渡区或NOx的控制区;兰州市西固区石化生产行业对安宁区北部、城关区北部和七里河区南部的近地面臭氧敏感性影响较大,使这些地区更容易转变为过渡区或NOx的控制区。
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