海陆风环流背景下港口船舶排放大气污染影响特征研究

Ship emission is one of significant air pollutant sources for port cities. Its impacts on air quality tend to be more severe when the land-sea breeze circulation prevails. However, the quantitative impact of ship emissions and its spatial and temporal characteristics are far from being understood. This project choose the Tianjin Port, one of top10 biggest ports in the world, as the targeting study area. Firstly, a detailed ship emission inventory of high spatial and temporal resolution will be developed to match with the changing cycle of the land-sea breeze. Secondly, data assimilation techniques will be applied to both meteorological and air quality modeling to improve the accuracy of small scale circulation simulations. Thirdly, source apportionment technique based on observations and simulations will be used simultaneously to identify the contributions from ship emissions. Besides, 3-D wind fields and aerosol concentrations were provided by the wind profiler, MPL Lidar, as well as the air quality models. The promising output of this project will provide new knowledge to the understanding of ship emissions’ impacts on the air quality. In addition, this study will contribute to the development of ship management policies and the identification of ship emission control area in China.

船舶排放是港口城市重要的大气污染物来源。在海陆风环流背景下，船舶排放对港口城市大气污染影响更为显著，但其定量化的影响水平、时空变化规律和影响特征尚不明确。本项目立足我国复合污染问题最为严重的京津冀地区，选取世界十大港口之一的天津港作为典型港口，通过建立与海陆风环流半日转换周期相匹配的高时空分辨率船舶排放清单，充分利用数据同化技术以提高局地小尺度环流和空气质量模拟的精准度；同时采用源解析和污染物来源追踪方法，对比确定在海陆风环流背景下港口船舶排放对PM2.5污染的影响水平；综合运用雷达立体观测和数值计算手段，科学分析海陆风环流背景下船舶排放污染物对大气PM2.5的影响特征和时空演变规律。项目成果将对研究海陆风环流背景下船舶排放对大气PM2.5影响特征具有重要的科学意义，同时对环境管理部门制定港口船舶环境管理政策法规，确定我国港口船舶排放控制区等环境管理工作具有重要意义和明确的应用前景。

船舶排放是港口城市重要的大气污染物来源。在海陆风环流背景下，船舶排放对港口城市大气污染影响更为显著，但其定量化的影响水平、时空变化规律和影响特征尚不明确。本项目立足我国复合污染问题最为严重的京津冀地区，选取世界十大港口之一的天津港及其周边地区作为典型港口研究区域，通过建立与海陆风环流半日转换周期相匹配的高时空分辨率船舶排放清单，充分利用数据同化技术以提高局地小尺度环流和空气质量模拟的精准度；综合运用雷达立体观测和数值模拟方法，选取海风显著时段，科学分析了海风环流对船舶排放污染物传输特征的影响和时空演变规律，同时采用源解析和污染物来源追踪方法，确定了在此海风时段下船舶排放对大气污染物的影响水平，定量评估了各季节海风日和非海风日下船舶排放污染物对大气PM2.5的贡献，并比较了两种天气条件下的贡献差异。研究结果表明：海风环流的形成和发展有助于港口地区船舶排放污染物向陆地区域传输，加剧了港口及周边地区的空气污染。受海风环流的影响，船舶排放对陆地区域PM2.5的贡献呈现明显的季节特征，在夏季贡献率最高。从空间上看，距海岸线越近的区域，在海风环流背景下，受船舶排放的影响越大。海风和非海风天气条件下，船舶排放对港口城市大气污染物的贡献有明显差异，海风日下的船舶排放对港口城市空气质量的影响大于非海风日。项目成果为研究海陆风环流背景下船舶排放对大气污染物影响特征提供了一种思路，为进一步了解海风期间船舶排放对空气质量的影响提供新的认识和参考，同时对环境管理部门制定有效的港口船舶排放控制环境管理政策法规和标准，确定我国港口船舶排放控制区等环境管理工作具有重要意义和明确的应用前景。