城市街道峡谷内细颗粒物污染扩散机理与人群暴露研究

The population exposure to fine particulate matters leads to adverse health effects in urban street canyons, so it has practical significance of developing the research method of population exposure to fine particulate matters in urban street canyons. It integrates the measurements in site, the CFD simulation and population exposure method, in order to analyze the problems and identify the key effect factors of fine particulate matters pollution, reveal quantitatively the characterization of pollution distribution and diffusion law of fine particulate matters in street canyons. The reliable simplified and accurate empirical basis for the pollutant diffusion model in urban street canyon can be provided by the field measured data. The model of fine particulate matters for different streets structure, meteorological condition and pollution sources can explore the mechanism of fine particulate matters transportation and diffusion in urban street canyons. The dynamic simulation of population exposure can be processed in the condition of fine particulate matters concentration distribution, the environment space distribution, time-activity patterns of different exposure population to reveal the exposure characteristics and mechanism of fine particulate matters in urban street canyons. It can obtain the microenvironments exposure intake fraction and population exposure index, and exposure distribution map of different microenvironment in urban street canyons. It can offer the guides of assessment and prediction of population exposure to fine particulate matters in urban street canyons.

街道峡谷内细颗粒物污染暴露严重影响人类健康，因此开展街道峡谷内细颗粒物污染的人群暴露研究有重要意义。本研究选择以现场实测、CFD 数值仿真模拟、人群暴露量化作为研究手段，以街道峡谷内细颗粒物污染的暴露人群为研究对象，分析街道峡谷内细颗粒物污染对人群暴露影响的问题，识别影响街道峡谷内细颗粒物污染扩散和人群暴露的关键因素，定量表征街道峡谷内细颗粒物污染分布及其扩散规律。利用实测数据得到的验证模型，对于不同街道结构型式、气象条件、污染源强等条件模拟并探究街道峡谷内细颗粒物传输与扩散的机理。通过模拟获得的细颗粒物污染浓度分布、区域微环境空间位置分布、不同暴露人群的时间-活动模式，进行人群暴露的动态模拟，获得街道峡谷内不同微环境中的人群暴露吸入因子和人群暴露指数，揭示街道峡谷内细颗粒物污染对不同微环境人群暴露特征及影响机制。研究可为我国城市街道峡谷内的细颗粒物污染人群暴露的评价和预测提供理论依据。

基于现场实测、CFD 数值模拟、人群暴露量化研究街道峡谷内细颗粒物污染扩散及人群暴露。重点集中在细颗粒物污染扩散及人群暴露量化两方面。. 在细颗粒物污染扩散方面，选取天津市南京路与卫津路、南门外大街为中心，面积为1km2的区域为研究的街道峡谷，利用四面体网格建立网格模型。确定模型边界条件和排放源强，利用模拟与测试结果，得出标准Standard k-ε模型适用研究区域的风场和细颗粒物浓度场的模拟。利用确定的CFD模型模拟街道峡谷内细颗粒物污染扩散与气象条件、街道峡谷几何结构、污染排放源强的关系， 探究不同影响因素条件下的细颗粒物污染扩散分布，为街道峡谷内人群暴露分布提供数据基础。. 在人群暴露量化方面。街道峡谷内的不同微环境包括道路、车辆、街道周边室内环境，而这些微环境中会有大量人群，因此研究通过人群暴露吸入因子和暴露分布图谱获得不同微环境的人群暴露分布。研究结果表明，居民楼、办公室、学校、公交车和小汽车的室内细颗粒物来源于室外细颗粒物的比例分别是0.47、0.50、0.51、0.77和0.61；不同年龄段的人群，室外的细颗粒物污染的吸入因子最大，其次是公共交通环境，最后是室内环境。对研究区域内通过调查获得人口数据处理模块，通过CFD模拟获得细颗粒物浓度处理模块，得到街道峡谷内小时人群暴露指数分布。不同网格的人群暴露指数大小可以用来分析不同网格的人口数据和人群暴露浓度的影响。. 项目执行期间共发表学术论文8篇，其中SCI论文6篇，中文核心期刊论文2篇。培养硕士3名。项目研究丰富了街道峡谷内污染物扩散内容，为城市街道交通污染管理和人群暴露控制提供基础数据和理论支撑。