船舶排放烟羽对沿海城市大气环境影响的动态过程：数值模拟与在线观测

As special mobile polluted sources over water, ship emissions mainly involving SOx, NOx, HC and PM constituted by OC/EC, sulfates and metal, have an important influence on coastal atmospheric environment. At present, seven of the world`s largest ten ports are located in eastern coast of china. Ship emissions of ports and routes have undoubtedly worsen current severe air pollution situation. The contribution of ship emission to air pollution in coastal cities and the diffusion process of ship plume as well as the chemical evolution process along the transmission path are to be studied. The current research difficulty exists in realistic dynamic ships emissions and the capability of capture and analyzing instantaneous ship plume diffusion by measurement and simulation. This project is planned to take Yangtze River Delta port cluster as example, based on developed ship emission model in former research to establish the realistic and dynamic ship mobile sources inventory and develop dynamic ship plume module integrated into regional meteorology-atmospheric chemistry model system. Also, online field measurement will be done by the aerosol time-of-flight mass spectrometer analysis of particulate products (ATOFMS) to improve the model system. The comprehensive study will be held to explore the dynamic influence of ship emissions on coastal aerosol and make quantitative estimation of the contribution of ship emissions to air pollution in YRD and eastern coastal cities. The research result will provide an imperative scientific basis for regional haze pollution control and further delineation of the China Marine Emission Control Area.

船舶交通作为特殊的大气污染源，烟囱废气中涉及SOx、NOx、HC及由OC/EC、硫酸盐和金属构成的PM，对沿海大气环境造成重要影响。目前中国东部沿海拥有全球10大港口中的7个，港口及航线的船舶排放无疑对我国严峻的大气污染形势是雪上加霜。船舶排放对沿海城市大气污染的贡献是多少，船舶烟羽的扩散过程和传输路径上污染物的化学演化如何，这些科学问题亟待研究 。而船舶自身的动态排放及瞬时烟羽扩散的捕捉与解析则是当前研究中的难点。本项目拟以长三角港口群为例，在前期成功开发的船舶排放模型基础上，建立满足烟羽扩散模块的实时船舶源清单，联接区域大气化学模式系统，采用气溶胶飞行时间质谱仪的在线监测校验和改进模型，综合探讨船舶排放烟羽对沿海城市气溶胶的动态影响，定量估算船舶排放对长三角乃至中国东部沿海地区空气污染的贡献。该研究成果将为区域雾霾污染的来源解析及中国水域船舶排放控制区的进一步划定提供重要的科学依据。

船舶交通作为特殊的大气污染源，烟囱废气排放对沿海大气环境造成重要影响。本项目开展旨在回答如何从观测和模拟角度捕捉与解析船舶的动态排放，船舶烟羽如何扩散和演化以及船舶排放对沿海城市和区域大气污染的贡献多少这三个关键的科学问题。鉴于此，研究建立了从外场观测中识别船舶烟羽影响的方法，从实测的角度证实了船舶烟羽对城市地区及近海大气的影响，并基于长期的船舶烟羽外场数据，研究对比了不同阶段DECA政策对空气质量和大气化学组分的影响；研究建立了小时分辨率的实时船舶排放模型，并模拟计算了船舶大气污染物动态排放清单；在航运繁忙的沿海地区，应用在线测量来评估了采用高时空分辨率船舶排放清单对模拟结果的影响，验证了在船运交通密集地区高分辨率（如小时）排放清单较平均（如月）排放清单对模拟空气质量的重要性；采用改进的CALPUFF模型模拟单艘船舶烟羽的扩散，尝试耦合气态污染物化学模式和颗粒物物理演化箱模式，初步形成可以研究船舶单烟羽尺度的物理化学特性箱模式，并研究确定影响船舶排放颗粒物的关键因子；最后，结合前期外场观测的数据和高精度的船舶排放清单以及空气质量模式，从区域至单个港口尺度系统地研究了不同离岸距离（12-100海里等）范围内的船舶排放对长三角地区空气质量影响的时空分布特征，并从船舶排放高影响区和人口分布密集区的PM2.5人口加权浓度角度评估了船舶排放潜在的人体健康效应；同时在现状模拟的基础上，对2030年进行了不同船舶排放控制情景政策模拟，评估了不同情景下船舶的贡献。本研究对于城市空气污染中船舶源的识别和贡献解析具有重要的科学意义，为沿江沿海地区观测和模拟船舶源的影响提供技术支持，研究结果将为环境管理部门和交通部门进一步升级船舶排放控制区政策提供重要的科学参考。