京津冀民用散煤燃烧对该地区冬季PM2.5污染贡献模拟研究

摘要

随着经济社会的飞速发展、城市化进程的不断加快，京津冀地区遭受的大气污染也日益严重。2015年全国污染最严重的十个城市中有七个出现在此区域范围，尤其在冬季采暖期，重污染事件频发。作为该地区主要能源物质的民用散煤，覆盖范围广，排放因子高，是采暖季节高PM2.5浓度的重要来源之一，逐渐为社会各界尤其科研工作者所关注。为了量化京津冀地区民用散煤燃烧对该地区冬季PM2.5浓度的贡献，本文选用WRF-CMAQ空气质量模型系统模拟分析了2015年12月京津冀冬季重霾污染过程。首先，通过对比分析四种WRF气象参数配置方案，选取最优方案，为模拟提供最佳气象场。在此基础上，结合强力消源法设计了多种排放情景，针对区域及城市的状况，探究民用散煤燃烧对冬季PM2.5浓度的贡献情况，得到主要结论如下:
　　针对2015年12月份重霾过程的模拟，采用欧洲气象中心开发的ERA-Interim再分析资料，搭配ACM2边界层方案，得出的气象模拟结果与实际观测结果最为贴近。WRF-CMAQ模型结果能够准确地再现河北南部平原——燕山山脉以南、太行山山脉以东地区的PM2.5高浓度分布以及京津冀各城市绝大部分重污染事件。
　　就京津冀而言，民用散煤燃烧对该区域PM2.5月均浓度的贡献为46％，其中北京市、天津市和河北省各分摊3％，3％与40％。就各城市而言，京津冀民用散煤燃烧贡献了北京PM2.5月均浓度的49％（北京本地贡献29％，河北贡献18％，天津贡献2％），天津PM2.5月均浓度的48％（河北贡献可达24％，天津本地贡献20％，北京贡献4％）。对河北省各个城市PM2.5月均浓度的贡献从22％到58％不等，其中对南部平原城市的贡献普遍高于北部山地及高原城市。所有城市中廊坊市受到的影响最为显著。
　　在重污染时期，京津冀民用散煤燃烧对整个区域的PM2.5月均浓度贡献在30％到57％之间，对各城市的贡献在15％到65％之间。值得一提的是，低、中、高三种不同强度削减方案结果的对比表明，民用散煤燃烧量的削减虽对重污染日PM2.5浓度午后低值的影响不大，但可以有效地抑制夜间爬升，并能减小其浓度峰值。
　　河北省民用散煤燃烧对北京、天津地区PM2.5浓度的高贡献表明，联防联控是解决北京、天津两城市空气污染问题的必由之路。
　　基于本工作的模式研究结论，结合京津冀民用散煤应用现状的分析，提出近期可从优质燃煤替代、推广节能环保型炉具、集中供暖、建筑节能等方面进行民用散煤治理，长远看以清洁能源完全代替散煤燃烧才能实现真正的无煤化。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．3 空气质量模型概述

1．3．1 空气质量模型发展过程

1．3．2 WRF／SMOKE／CMAQ模式系统简介

1．4 研究目的与技术路线

第二章 京津冀区域排放源清单和民用散煤燃烧排放

第三章 京津翼区域空气质量模拟分析

3．1 模拟网格与模拟时间段

3．2 气象模拟配置

3．3 化学传输模型配置

第四章 模型模拟验证

4．1 气象模型模拟验证

4．2 化学传输模型模拟验证

4．3 本章小结

第五章 京津冀民用散煤污染贡献研究

5．1 PM2．5浓度时空分布

5．2 京津冀民用散煤燃烧贡献分析

5．2．1 京津冀民用散煤燃烧对京津冀整体贡献

5．2．2 京津冀民用散煤燃烧对京津冀各城市贡献

5．3 减排政策研究

5．4 本章小结

6．1 主要结论

6．2 创新点

6．3 存在问题及展望

附录

参考文献

致谢

硕士期间发表论文