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污染物排放源清单的准确性是大气环境数值模拟当中一个基本但是非常关键的因素。由于污染源排放种类繁多,时空分布具有很强的非均匀性,并且受到很多因素的影响,因此具有很强的不确定性。污染源清单的制作也成为大气环境研究当中最困难和最复杂的部分。 本文制作了南京市2005年污染源清单,北部湾和北美地区现状及未来不同情景污染源清单;针对中国和东亚地区的源清单,对不同种类的源和每种污染物制作了高分辨率的时间分裂方案和垂直分布廓线;使用NJU-CAQPS,WRF-Chem以及CMAQ模式模拟不同区域现状及未来大气环境的变化,系统分析污染源时空分布以及未来排放情景的不确定性对不同尺度和区域空气质量模拟的影响。主要研究内容如下: (1)制作南京市2005年污染源清单并分析其逐年变化,结果表明NOx、 SO2、PM10的排放源总量稳中有升,毗邻主城区的城北工业区源排放增长最快,对主城区空气质量影响最大。NJU-CAQPS模式对冬季典型天气条件下的空气质量模拟表明,当风速较小,市区出现气流辐合及长时间贴地逆温时,南京市相对封闭的地形导致城北和城南工业区高架点源排放的污染物向主城区迁移并在市区滞留、累积,造成主城区的重污染。对四个季节的空气质量模拟表明,城北工业区的排放源在各个季节对主城区的空气质量有显著影响,春、夏(秋、冬)季城南(江北)工业区排放源对主城区影响较大。要改善南京市空气质量,必须调整工业区布局,将城北工业区的重污染企业搬迁到对市区影响较小的江北或者城南工业区,同时需要减少市区机动车流量来控制主城区NO2污染。 (2)针对TRACE-P源清单中的不同类型排放源以及每种污染物,制定了高分辨率的时间分裂(月变化,一周七天,以及日变化)和垂直分布廓线。使用WRF-Chem模式分析排放源时空分辨率对东亚地区空气质量模拟的影响。对NO2和SO2来说,排放源的日变化和垂直分布起关键作用,一周七天变化的作用较小。同时考虑这三个因素时,NO2和SO2的模拟结果最好,反之最差。排放源越大的地区,NO2和SO2的模拟对排放源的时空分辨率更敏感。所有数值方案都可以较好的模拟日本地面O3浓度的时空分布,以及北京地区max1-h O3浓度的逐日变化,但是排放源采用更高的时空分辨率时,模拟结果更好。排放源的日变化比一周七天的变化和垂直分布对O3的模拟更重要。四个季节的模拟表明,模式低估了中国秋、冬季NO2以及SO2的浓度,表明排放源垂直分布及季节变化廓线仍然存在很大的不确定性。其次,污染源清单空间分辨率的不足导致模式低估(高估)了城市地区(郊区)的浓度。 (3)制作北部湾地区2007年人为排放源清单,以及中期/远期参比情景(REF15/REF20)和远期调控情景(SCEi20)下的排放源清单。采用WRF-Chem模式“在线”计算排放源的时间分裂和垂直分布,模拟北部湾地区空气质量现状及未来变化。2007年SO2,NO2,PM10等污染物浓度模拟值的时空分布都与观测值较为接近。广东、广西(海南)地区污染物浓度较高(低)。跨界污染特征表明,污染物浓度受局地排放源的影响较大,外来排放源的贡献相对较小。未来情景下污染物浓度的变化主要受排放源变化的影响。REF15情景下茂名市SO2排放源减小,因此SO2浓度降低。其他城市由于排放源增大,SO2,NOx,PM10和PM2.5的浓度均升高,O3由于化学反应比较复杂,因此不同城市浓度有升也有降。REF20情景下各城市排放源大幅增加,因此SO2,NOx,PM10和PM2.5的浓度均大幅上升,O3浓度升幅较小。SCEi20情景下污染物浓度的增幅略小于REF20情景。北部湾地区夏、秋季的硫沉降明显大于冬、春季。未来三种情景下硫沉降均有不同程度的增大,其变化规律与5O2相同。 (4)采用SMOKE模式制作北美地区现状(1995-1999)排放源清单,根据IPCC SRES2007的排放因子制作未来(2048-2052)同时考虑气候变化与人为源变化的AlFi和AlB情景、以及仅考虑气候变化的ClmxAlFi和ClmxA lB情景的排放源清单。采用CMAQ模式模拟北美地区空气质量现状及未来变化。模式较好的模拟了现状MDA8 O3,铵盐、硝酸盐、硫酸盐浓度及其湿沉降的时空分布。人为排放源的变化比气候变化对未来空气质量的影响更重要。美国AlFi情景下MDA8 O3和硝酸盐浓度升高,硫酸盐、铵盐以及PM2.5的浓度降低。AlB情景下所有污染物的浓度均降低。墨西哥AlFi和AlB情景下所有污染物浓度都升高。仅考虑气候变化时,ClmxAl Fi和ClmxA lB情景下北美地区MDA8 O3和硫酸盐浓度升高,硝酸盐和铵盐浓度降低。PM2.5浓度在ClmxA lFi(ClmxAlB)情景下升高(降低)。四种情景下铵盐、硝酸盐、硫酸盐干、湿沉降与其气溶胶浓度的变化趋势和空间分布特征基本相同。 本文的研究表明,不同类型污染源的空间分布对城市地区污染物浓度的贡献不同。污染源的时空分辨率对空气质量模拟的准确性具有重要的影响。不同经济发展速度和和人类活动程度对未来空气质量变化的影响程度有显著差异。只有制作更加精确的污染源排放清单,减小其不确定性,才能更加准确的模拟不同区域空气质量及其未来变化,为政府制定合理的经济发展及环境保护政策提供依据。