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目前,我国的大气污染已经从煤烟型污染演变为区域性的复合污染。大气复合污染在现象上表现为大气氧化性物种和细颗粒物浓度增高、大气能见度显著下降和环境恶化趋势向整个区域蔓延;在污染本质上表现为物种之间的交互作用及污染的跨区域输送。城市污染与各类输送路径带来的周边地区污染源输送密切相关,区域大气污染输送及敏感污染源识别研究对区域污染成因诊断及防治对策的制定具有重要意义。
本文分别以华北和珠三角地区为研究区域,以北京和广州为研究中心,利用观测数据与模拟结果相结合的方法,运用轨迹聚类分析和颗粒物来源识别技术,研究跨区域输送对目标城市的颗粒物浓度贡献。利用追踪气团轨迹的方法识别影响目标城市的区域PM10输送路径,运用NOAA的HYSPLIT轨迹模式分别计算北京市和广州市基准年四季代表月的后向轨迹,由MM5为其提供气象背景场。利用K均值聚类算法将所有轨迹按输送类型分为若干类,并基于常规污染物监测和气象观测数据,计算了每类轨迹对应的目标城市颗粒物平均浓度以及风速、温度、湿度等气象特征,分析污染及气象因素对目标城市颗粒物污染的影响,确定导致目标城市空气污染的主要输送路径。在轨迹聚类分析的基础上,建立了MM5-CAMx模型系统,模拟目标区域的PM10浓度分布。运用CAMx内嵌的颗粒物来源识别技术(PSAT)计算周边区域对目标城市的空气质量浓度贡献,分析各城市对目标城市空气质量影响的敏感程度。
研究结果表明,区域污染输送对北京市及广州市都有明显贡献。北京上空气流轨迹聚类结果表明西南输送对应着PM10污染最严重的时段,华北地区西南输送路径与北京市PM10的上升过程密切相关。数值模拟结果显示:伴随着高压天气型和逆温的太行山前输送汇,是造成污染的主要原因。由地形动力和热力作用形成的减压是输送汇形成的主要原因。珠江三角洲地区低层大气输送具有明显的季节性变化特征,受季风影响,来自海上的西南气流和来自内陆的东北气流是珠江三角洲两种典型的输送类型,近海出发沿海岸由珠江口入侵的东南气流和由东向西的内陆输送也是比较重要的输送途径,分析源自周边城市的轨迹与广州的高颗粒物浓度密切相关,广州市污染较重时段主要受珠三角区域周边城市排放源影响,在特殊气象条件的影响下,本地源排放与周边城市污染物输送的叠加使污染加重。
本文分别利用传统的敏感源计算方法和颗粒物来源识别技术进行影响广州的敏感源计算。基于MM5-CMAQ分析了各输送路径上增加单位污染物排放对广州市空气质量的影响。在轨迹聚类分析的基础上,又建立了MM5-CAMx模型系统模拟目标区域的PM10浓度分布。运用CAMx内嵌的颗粒物来源识别技术(PSAT)计算重点污染企业及周边城市对目标城市的空气质量浓度贡献,分析各城市对目标城市空气质量的敏感程度。在敏感点源的计算中,引入区域敏感指数,研究各种污染物对目标城市的综合影响,实现了点源的敏感排序。各城市对广州市空气质量影响的敏感程度计算结果表明:跨区域输送对广州市PM10污染的影响很大,平均贡献率接近50%。其中,佛山、东莞和惠州的贡献之和占到20.53%。