基于天气分型和污染输送的北京持续污染成因和控制研究

The persistent air pollution has become a distinctive feature of Beijing and shows serious impacts. Its hazard to human health is much greater than the short-term pollution. How to control is the focus of attention. And it is also a scientific problem which is an urgent need to be solved. This study focuses on the causes and maintain mechanisms of persistent air pollution in Beijing. The synoptic diagnostic analysis and numerical simulation are employed in the research. The weather types which are easy to form persistent air pollution will be summarized. The role of air pollutants transport in persistent air pollution will be explored. By the numerical model, the atmosphere environment bearing capacity for typical persistent air pollution events in Beijing and the atmospheric environmental capacity in different seasons are calculated. On the basis, effective emission reduction plan will be given.

连续3天以上空气质量在三级以上的持续污染由于其持续时间长、污染物浓度高，对人体健康的危害比短期污染大得多。持续污染已成为北京空气污染的一个明显特征，如何有效应对和控制成为一个亟待解决的科学问题和公众关注的热点。本项目拟采用天气学诊断分析和数值模拟的相结合的方法从气象条件、污染排放和输送、以及大气环境容量等方面探讨北京空气持续污染的成因和维持机制。归纳北京各个季节易形成持续污染的天气类型；研究在不同天气型下污染排放和输送对北京空气持续污染形成和维持的作用；并基于数值模式计算北京四季的大气环境容量和各种典型持续污染气象条件下北京的大气环境承载力。在此基础上制定应对北京空气持续污染的有效减排方案。

污染物排放强度大是持续污染发生的物质基础和根本原因，大气环境容量已经或接近饱和，一旦出现不利的气象条件，持续污染就极易发生。这是近年来北京空气持续污染频发的主要原因之一。污染发生时，地面持续的小风速抑制了大气中污染物在水平方向上的扩散，高湿的环境则促进了颗粒物吸湿增长，强逆温层的发生发展阻止了污染物的垂直扩散，将导致北京的持续污染。.根据数值模拟结果进行的输送通量的计算显示，北京的空气持续污染有明显的外来输送效应。常常是因污染物的外来输送引发，之后不利污染扩散的气象条件导致污染物逐步累积，形成高污染浓度的持续污染。.针对北京大气环境容量系数(A值)的研究显示近年来北京的大气自净能力是在减弱的，而且北京冬季的大气自净能力下降的更多。近64年来，北京年均大气环境容量系数在1959年(A=4.681)和1990年(A=5.079)出现低值后，从2007年始到目前正在形成起伏向下的第三个低值区，2013年的年均A值(A=5.713)尚处于1950年以来的第三个低点，2014年的A值已经有所提升(A=5.774)。冬季的A值均值与全年趋势相同但变化幅度大。气象条件不利于污染物扩散，需要执行更为严格的污染物排放控制。用PIII曲线拟合北京的A值的累积频率曲线，从而可以得到不同重现期的A值序列，按1951~2014的气象数据计算的北京百年一遇的年均A值为4.47，而百日一遇的日均A值仅为0.23。据此按季节管理北京的污染源排放率密度，进行环境空气质量管理，则可保证空气质量达标。大气环境容量系数的频率分析或可成为大气环境管理中的一个重要工具。