“十三五”期间惠州市大气环境质量改善及其成因分析_曾张福.pdf

文章栏目：大气污染防治DOI10.12030/j.cjee.202209057中图分类号X502文献标识码A曾张福,郑雄枫,王晓峰,等.“十三五”期间惠州市大气环境质量改善及其成因分析J.环境工程学报，2023,17(6):1897-1906.ZENGZhangfu,ZHENGXiongfeng,WANGXiaofeng,etal.AnalysisofthecausesofairqualityimprovementinHuizhouCityduringthe13thfive-yearplanJ.ChineseJournalofEnvironmentalEngineering,2023,17(6):1897-1906.“十三五”期间惠州市大气环境质量改善及其成因分析曾张福1，郑雄枫2，王晓峰1，张林11.惠州大亚湾经济技术开发区石化区环境监控中心，惠州516086；2.惠州大亚湾经济技术开发区环境监测站，惠州516081摘要2020 年惠州大气环境质量综合指数、优良率分别为 2.77、97.8%，均达到“十三五”期间最佳水平；与2016 年相比，2020 年惠州市 NO2、PM2.5和 PM10质量浓度分别降低了 18.1%、7.3%和 20%，这是惠州市本地及其周边城市污染源减排、新冠疫情和气象条件改善等因素共同作用的结果。为提升区域大气环境质量精细化管理水平，利用大气环境质量模型模拟分析这些因素对改善惠州市大气环境质量的贡献。基于 2016 年大气污染源排放清单，模拟结果显示 2020 年整体气象条件较 2016 年更有利于大气污染物的控制，可使 NO2、PM2.5、PM10和O3质量浓度分别降低 2.6%、4.4%、1.7%和 0.9%；惠州本地污染源减排措施对降低 NO2、PM2.5和 PM10质量浓度的贡献最大，分别为 10.1%、12.8%和 4.6%；新冠疫情对 NO2和 PM2.5质量浓度的降低贡献率分别为 2.6%和2.0%；周边城市污染源排放措施对降低惠州市各项污染物质量浓度也有一定的贡献，尤其有利于降低 NO2和PM2.5的质量浓度(可分别降低 1.8%和 0.9%)。本研究可为同类城市大气污染防治提供参考。关键词大气污染；减排措施；大气环境质量影响；减排贡献；空气质量模拟广东省出台广东省环境保护“十三五”规划明确了珠三角区域大气污染防治攻坚战的任务目标。作为珠三角区域重要城市，惠州市政府在印发实施惠州市大气污染防治行动方案(20142017 年)、惠州市环境保护和生态建设“十三五”规划的基础上，先后颁布实施了惠州市大气污染防治强化措施及分工方案、惠州市蓝天保卫战目标任务及分工方案(20192020 年)等，并在全市范围内有序开展了电厂超低排放改造、黄标车辆淘汰、扬尘治理、泄漏检测与修复(LeakDetectionandRepair，LDAR)技术推广、公交车电动化等工作。城市大气环境质量状况与气象条件、当地产业发展状况、污染物减排及外来污染物传输等多种因素密切相关，分析多因素共同作用下的大气环境质量改善路径成为热点。房鑫坤1采用在线监测数据和统计方法，对 20162020 年间广州市大气环境质量变化情况进行了分析，探讨了气象条件、污染物之间的相互作用及本地政策措施对大气环境质量的影响。徐光仪等2采用 Models-3/CMAQ 模型(third-GenerationAirQualityModelingSystem/CommunityMulti-scaleAirQuality，即美国环保署研制的第三代空气质量预报和评估系统模型)，对“十二五”期间深圳市二十余条政策措施的大气环境质量改善效果进行评估，发现不利气象条件会在一定程度上抵消污染控制措施对大气环境质量的改善效果。周君蕊等3对武汉市大气环境保护措施的成效进行了全面评估，提出未来阶段的空气管理应更加侧重污染物协同治理，从多个方面统筹制定政策措施。2020 年，新冠肺炎疫情爆发，社会生产活动一度停摆，对大气环境质量也起到了一定影响。陈楠收稿日期：2022-09-09；录用日期：2023-03-27第一作者：曾张福(1987)，男，硕士，高级工程师，；通信作者环境工程学报Chinese Journal ofEnvironmental Engineering第 17 卷 第 6 期 2023 年 6 月Vol.17,No.6Jun.2023http:/E-mail:(010)62941074等4研究了 2020 年疫情管控期间武汉市的大气环境质量变化及改善措施影响研究，发现管控期间机动车排放大幅削减，而工业活动等其他人为源的减排幅度有限。为探讨“十三五”期间惠州市大气环境质量改善成因，基于大气污染源排放清单、国控大气环境质量自动监测站点数据，利用 WRF-CMAQ 模型，即气象研究和预测(WeatherResearchandForecasting)和通用多尺度空气质量(CommunityMulti-scaleAirQuality)模型，以及实测监测数据融合技术，分析气象、疫情及污染物减排对大气环境质量的影响，可为该地区进一步优化大气污染防治策略提供参考。1研究方法1.1数据来源及评价方法惠州市环境空气污染物监测数据来源于广东省空气质量状况(https:/ PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2和 O3等污染物的年均质量浓度、月均质量浓度实况统计数据，并计算了各污染物的单项指数(参考环境空气质量评价技术规范(试行)(HJ663-2013)C.1 公式计算)，分析大气环境质量状况和主要大气污染物浓度的变化趋势，以及影响其变化的可能要素。1.2模拟计算技术路线本研究包含排放清单编制、模型设置与情景模拟、污染贡献分析 3 个部分，按图 1 所示技术路线开展。珠三角 2016 和 2020 年排放清单由华南理工大学研究团队提供。CMAQ(CommunityMulti-scaleAirQuality，即通用多尺度空气质量)模拟体系中的不同情景方案源于“十三五”期间惠州市大气环境质量改善的主要影响因素设计，用以评估各影响因素对惠州市大气环境质量改善的贡献。为验证模型的可靠性，利用模拟区域内国控站点监测数据进行校验。模型结果经与实际监测数据校 验 满 足 误 差 要 求 后，采 用 SMAT-CE(Software for Model Attainment Test-CommunityEdition，即达标评估软件)工具5将模型-监测数据融合处理，以进一步利用监测值减小模拟误差。最后，通过比较不同排放情景与基准情景模拟结果的浓度差异，分析了惠州市大气污染治理措施对大气环境质量改善的影响。1.3WRF-CMAQ 模拟体系使用 WRF-CMAQ 三层嵌套模拟体系，模拟区域如图 2 所示。三层嵌套网格分辨率从外至内分别为 27km27km、9km9km 和 33 km。各 层 网 格 行 列 数 分 别 为 175124、133133、106130，模 拟 域 垂 直 方 向 分 为14 层。最 外 层 初 始 文 件 和 边 界 文 件 为CMAQ 的默认配置文件；第 2 层和第 3 层的初始文件和边界文件均来自上层网格的模拟结果；第 3 层网格区域是研究区域，经纬度为114.281E114.782E，22.582N22.910N，分2016年气象2020年气象2016年惠州&周边城市清单2020年惠州&周边城市清单WRFCMAQ本地管控措施减排本地疫情减排量本地其他减排量周边城市减排量2016年气象评估惠州市大气污染治理措施对空气质量改善贡献本地管控措施影响本地疫情影响周边城市影响气象影响图1研究技术路线Fig.1Technicalrouteoftheresearch!()(*+,图例 惠州市国控站点 比例尺 1640000注：本图来源于惠州市自然资源局网站图2模型模拟区域Fig.2Domainofthemodellingarea1898环境工程学报第17卷为惠州市、周边城市和域内其他城市(不包含在排放情景内)3 类。图 2 中五角星形是惠州市 5 个国控大气环境质量站点(河南岸金山湖子站、下埔横江三路子站、江北云山西路子站、惠阳区承修路船湖子站和大亚湾管委会子站)所在位置，其数据代表了惠州市大气环境质量状况。为减小初始条件误差影响，提前 5d 进行 WRF-CMAQ 模拟。WRF 模型版本为 v3.9.1，气象驱动数据来自美国国家环境预报中心(theNationalCenterforEnvironmentalForecasting，NCEP)提供的气象再分析资料(FinalOperationalGlobalAnalysis，FNL)，时间间隔为 6h，分辨率 1()1()，包含位势高度、海平面气压、地面气压、海面温度、温度、相对湿度、冰层覆盖、垂直运动和涡度等气象参数。此外，本研究还使用NCEP自动化数据处理(automateddataprocessing，ADP)全球地表观测数据和探空观测数据进行网格四维数据同化。WRF 主要物理过程参数见表 1，参数化方案与已有研究报道相同6，模拟区域与 CMAQ模型网格重合，但在其基础上各添加上下 3 行和左右 3 列。CMAQ是美国环保署开发的第 3 代模式，WRF 模型的输出结果为 CMAQ 模型提供气象场。使 用 CMAQv5.2(即 CMAQ 模 型 版 本 为v5.2)基于污染源排放清单、气象数据等输入资料，可得到模拟区域主要大气污染物浓度。参考上述已有研究和惠州市大气环境质量实测数据，选取 2016 和 2020 年 1、4、7、10 月作为典型模拟时段，以模拟结果均值代表惠州市 2016 和 2020 年大气污染物的年际浓度；模拟气相化学反应与气溶胶反应分别采用 CB6 和 AERO6 机理。1.4模拟情景为评估主要因素对惠州市大气环境质量改善影响，设置了 5 组模拟情景。表 2列出了各模拟场景细节。1)基准情景 2016-BASE 和 2020-BASE，分别表征惠州市 2016 年和 2020 年的大气环境质量实际情况。2)气象因素情景(MET)，基于同一份 2016-BASE 清单，输入不同年份(2016 和 2020 年)气象，评估气象变化的影响。3)疫情情景(COV)，基于 2020 年活动水平数据、各排放源相关参数及文献调研等资料，估算 2020 年疫情影响情况下各类人为源的排放水平作为输入，评估疫情对大表1WRF 模型主要物理过程参数Table1MainphysicalprocessparametersofWRFmodel物理过程参数化方案陆面过程方案Pleim-Xiu方案边界层方案ACM2PBL方案积云对流方案Kain-Fritsch方案微物理过程Morrison方案长波辐射RRTM长波辐射方案短波辐射RRTM短波辐射方案表2CMAQ 模拟系列情景设置Table2Descriptionofmodelingscenarios情景类型排放特征气象条件备注2016-BASE2016年所有源(包括人为源、自然源)、初始条件和边界条件排放量2016年气象基准场景2020-BASE2020年所有源(包括人为源、自然源)、初始条件和边界条件排放量2020年气象MET2016年所有源(包括人为源、自然源)、初始条件和边界条件排放量2020年气象HZC与2020-BASE相同，但只有惠州实施减排2020年气象气象影响SURC与2016-BASE相同，但只有周边城市实施减排2016年气象COV与2016-BASE相同，2020年较2016年增加了疫情影响清单输入2016年气象PSC除设置燃煤电厂减排外，与HZC情景相同2016年气象空气污染控制措施效果TRA除设置交通源减排外，与HZC情景相同2016年气象空气污染控制措施效果DSC除设置扬尘源减排外，与HZC情景相同2016年气象空气污染控制措施效果VOCs_PRC除设置VOCs相关源减排外，与HZC情景相同2016年气象空气污染控制措施效果注：2016