基于AIS数据的动态化船舶排放清单建立方法与应用研究

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近年来,伴随我国航运业的发展,船舶排放日益成为重要的排放贡献源,船舶排放废气中的氮氧化物(NOX)、硫氧化物(SOX)和颗粒物(PM)等关键组分,加剧了港口及沿海地区的空气污染,危害沿海及内地居民的健康生活和生态环境的可持续发展,是我国沿海城市大气污染防治的重点和难点之一。对船舶大气污染防治的重点工作,主要在于船舶排放源清单的建立。船舶排放建立方法主要分为自上而下与自下而上的方法,其中主流方法是结合船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据与动力法进行船舶排放表征。当前船舶排放清单研究主要局限在于,多数研究停留在静态清单层面,未能实现动态化船舶排放表征,造成一定滞后性;同时,AIS船舶轨迹数据的错误与缺失,导致船舶活动特征识别错误和动态化船舶排放表征错误。围绕上述研究局限,本研究通过构建集数据库集成补充、AIS数据动态处理、动态化动力法排放表征、回溯性修正及排放校验于一体的动态化船舶排放清单建立方法,分析回溯性修正对船舶排放表征的影响,并通过与传统船舶排放清单在船舶排放特征与组成、时空分布特征以及特殊气象条件船舶排放特征等三方面对动态船舶排放清单进行对比校验后,将本研究方法应用于2017年全国动态化船舶排放清单建立与分析,提高船舶排放表征准确度与精细度。研究结果表明:(1)基于AIS数据的动态化船舶排放清单建立方法能在2分钟内完成一时间步长10分钟(2万行)的AIS数据排放表征,具有较高时效性,与高精度传统方法清单误差在10%~20%方法可靠,能准确表征船舶排放时空差异性,对不同研究尺度具有较高自适应性;(2)对AIS轨迹进行回溯性修正可有效提高船舶排放表征的准确度与精细度,补充小区域AIS船舶轨迹点数10余倍以及船舶排放3倍以上,去除因AIS轨迹缺失导致的排放时间分布误差;(3)2017年全国动态化船舶排放SO2 90.66万吨,NOX146.67万吨,PM10 12.28万吨,PM2.5 11.26万吨,VOCs5.93万吨,CO14.59万吨,其中环渤海控制区、珠三角控制区和长三角控制区分别约占15%、9%和21%;(4)节假日对船舶排放影响一般在10%至20%左右,特殊气象条件的排放影响约为10%至50%,台风“天鸽”与台风“帕卡”导致全国海域船舶排放降低23%和15%,珠三角控制区船舶排放降低74%和67%,香港船舶排放降低75%和68%,动态化船舶排放清单建立方法可有效量化节假日和特殊气象条件对船舶排放的影响。
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