区域点源排放对长三角城市群细颗粒物污染影响机制研究

Under the multiple effects of various emission sources and the interactions between city clusters and suburb regions, China's atmospheric pollution of particulate matters shows a distinguishing regional complex feature. In Yangtze River Delta (YRD) region where swift economic development and rapid increase of energy consumption occur, the atmospheric pollution of fine particulate matters (PM2.5) is getting more and more serious. The emissions of primary particulate matters and gaseous precursors from regional point sources, such as coal-fired power plants, cement and iron & steel plants, are identified as the important reasons for PM2.5 pollution in cities. Stressing that scientific issue, this study proposes to compile a detailed emission factor database for main point sources in China, containing uncertainty information for various emission factors expressed as probability distributions. Based on the emission factor database, the emission inventory for point sources in China and YRD region will be developed and its improvements on regional air quality modeling will be evaluated through validation by applying the data available from satellite and surface observation. Through air quality modeling, the contributions of different point sources to atmospheric pollution of PM2.5 and its chemical species in YRD city clusters will be analyzed. Through the simulations and comparisons of different scenarios on national emission control and energy structure improvement, the non-linear relationships between the PM2.5 concentrations in city clusters and precursor emissions from regional point sources will be evaluated. The mechanisms and benefits of emission control for point sources on PM2.5 abatement in YRD city clusters will be understood, to help the policy making of PM2.5 pollution control for Chinese cities.

在复杂排放源共同作用和城市群与郊区之间互相影响下，我国颗粒物污染逐渐呈现明显的区域复合污染特征。长三角地区经济发展和能源消耗增长迅速，城市群细微颗粒物污染问题日益突出。以燃煤电厂、水泥厂和钢铁厂为代表的区域点源的一次颗粒物与气态前体物排放是城市细微颗粒物的重要来源。本研究将针对这一科学问题，编制全国主要点源以概率密度函数表征不确定信息的排放因子库，进而建立全国和长三角区域点源主要污染物的详细排放清单，并通过卫星和地面观测数据的验证，分析点源排放清单对区域空气质量模拟的改善程度；通过空气质量模拟，分析各类点源对长三角城市群细微颗粒物及其主要化学组分的贡献；通过对不同污染控制和能源结构优化排放情景的模拟和比较，研究城市群细颗粒物浓度对区域点源前体物排放的非线性响应关系，分析我国点源排放控制对长三角城市群细颗粒物削减的机制和效果，从而为控制城市颗粒物污染提供科学依据。

极高的人为源大气污染物排放强度成为长三角乃至中国东部区域复合污染的重要原因。目前，我国形成了种类繁杂、技术水平多样的复杂排放源结构，其中以电厂、水泥和钢铁企业为代表的点源成为一次颗粒物和气态前体物的最主要来源。因此，开展典型点源污染排放特征和趋势，及其对城市群PM2.5 污染贡献的研究，具有重要科学和政策意义。.本项目编制了主要点源排放因子库，建立全国和长三角城市群大气污染物排放清单；通过对不同污染控制和能源情景的比较，探索大气污染物的排放趋势，以及控制措施的有效性。基于卫星和地面观测数据，在全国和局地尺度评估了主要大气污染物排放年际变化趋势：NO2柱浓度与NOX排放年际变化规律较为一致，表明全国及城市排放清单对NOX估算较为准确；在典型城市，气态污染物（SO2, NOX和CO）观测浓度和排放量之间的相关性较好，相关系数R分别达到0.58，0.46和0.61。.使用“自下而上”的方法建立了长三角苏南城市群高精度排放清单。通过详细现场调研，改善了主要点源（电力、水泥和钢铁）排放因子。针对典型城市进行了多尺度排放清单的对比评估，发现区域清单和城市清单关于电力SO2和交通NOX的估算一致性较高；而对工业PM2.5的排放估算差异较大。通过对比卫星观测的NO2柱浓度及排放分布，证实城市清单改善了排放空间分布表征。基于地面观测建立“自上而下”排放约束，评估城市和区域排放清单特定污染物的相关关系（包括BC/CO、OC/EC以及CO2/CO），证实城市排放清单与排放约束一致性较好。.使用WRF-CMAQ模拟再现苏南城市群2012年大气环境PM2.5浓度，并通过Brute-Force方法，评估典型排放源对PM2.5的贡献。结果表明重点源电厂、水泥、钢铁的对城市群PM2.5贡献率分别为20.0%、25.1%和8.2%。为有效控制PM2.5污染，应在长三角地区进一步提升对前体物（SO2和NOX等）排放量较大的企业，如电厂和钢铁厂的污染控制水平。.通过本项目实施，发展了基于卫星及地面观测对城市群关键大气污染物排放表征评估和验证的方法，评估“自下而上”排放清单的合理性和准确程度；结合空气质量模拟，定量分析了主要点源排放对城市群细颗粒物的浓度贡献，为控制城市和区域颗粒物污染提供科学依据。