[发明专利]多污染物跨界传输通量量化集成技术及传输通道识别方法

说明书

本发明公开了一种多污染物跨界传输通量量化集成技术及传输通道识别方法；本发明采用立体观测和模型模拟相互印证的方法，针对不同的情形（定点、走航、跨边界等），定量揭示多种大气污染物的跨界传输规律，并实现传输量化模拟与观测结果的直接对比验证；进一步基于大气污染物跨界传输通量量化结果，识别目标区域大气污染的主要传输通道。本发明的有益效果在于，其能定量揭示城市与城市、区县与区县之间污染跨界传输规律，解决大气污染责任划分的难题。

技术领域

本发明涉及立体观测、模型模拟、多种污染物跨界传输通量量化计算以及大气污染传输通道识别等技术领域，更为具体来说，涉及多污染物跨界传输通量量化集成技术及传输通道识别方法。

背景技术

近年来，大气环境污染整体上呈现出“多污染问题共存、多污染源叠加、多尺度关联、多过程耦合、多介质影响”的复合型特征。以PM_2.5和O₃污染为特征的区域复合型大气污染问题日益突出，引起了国内外研究学者的广泛关注。在大气环流的影响下，PM_2.5传输距离远、影响范围广、跨界输送特征显著，会导致连片区域PM_2.5浓度升高、灰霾及光化学污染频繁发生等重污染现象，对大气环境质量和能见度、气候变化、人体健康以及国民经济发展造成极大的威胁。多项研究表明，当前城市大气污染具有多尺度复合型污染特征，即先由单个污染源排放引起小尺度和局地污染，其次经过城市的点、线、面混合、污染扩散及化学转化过程，演变成城市尺度污染；在特定的地理环境下和一定的大气环流背景下，再通过跨城市、跨省份、跨区域等中远距离输送影响其他地区，最终演变成区域复合型污染。因此，如何解决各城市之间、省之间、区域之间存在的大气污染物跨界输送问题，定量识别污染物跨界传输规律，是有效改善区域空气质量、实现区域大气污染联防联控的当务之急。

目前，广泛用于开展污染物空间来源解析研究的技术方法主要分为以下几种：后向轨迹模型、大气污染观测与数学统计法、空气质量模型法等。后向轨迹模型(HYSPLIT-4)能较为完整的模拟多种污染物输送扩散和沉降过程，被广泛应用于大气污染输送的研究当中。然而，后向轨迹模型没有考虑传输过程中污染物的化学反应过程，在模拟轨迹运行时对于传输距离的估算有较为明显的偏差，不能定量识别不同地区对目标地区的传输贡献。潜在源贡献因子法(PSCF)和浓度轨迹加权法(CWT)需要长期连续的观测，观测站点不能代表整个城市或区域，并且设定的临界值会带有明显的主观性。采用各种污染物监测设备，对区域多尺度大气污染物开展空间立体实时在线观测，利用观测资料获取污染物的空间分布和传输路径，可有效识别污染物在不同区域之间相互传输的规律与特征。常用的观测设备包括激光雷达立体观测、激光雷达走航观测、多轴差分吸收光谱在线监测系统 (MAX-DOAS)等。空气质量模型法综合利用大气污染源排放清单数据和模拟气象背景场数据，用三维数值法对气体、气溶胶等大气污染物在大气中的传输、化学转化、扩散以及沉降等过程进行模拟，可以定量估算不同区域污染源和多个排放源对受体点各种污染物浓度的贡献情况，是目前国内外学者研究多尺度污染传输问题应用最广泛、最重要的手段之一。目前，主流的空气质量模型有CMAQ、CAMx、WRF-Chem、NAQPMS等，基于上述模型，可模拟获取不同源区对受体点位、受体城市的污染贡献，建立近地面污染物跨区域、跨城市的传输贡献矩阵。然而，针对垂直方向上不同高度相邻区域与区域之间、相邻城市与城市之间、相邻区县与区县之间以及相邻道路与道路之间各类污染物的输送情况，如何定量计算相邻边界的跨界输送量，目前仍有待深入研究。同时，当前基于模型获取的各类污染物(如：空气动力学当量直径小于或等于2.5μm的大气颗粒物PM_2.5、O₃等)的传输贡献矩阵，可以定量模拟解析某一城市、某一区域对某一受体点位、某一城市、某一区域的污染传输贡献。但是，模型模拟具有一定的不确定性，与实际观测值会产生一定的偏差，当前传输量化方法多是针对模拟的污染物浓度进行验证，从而间接证明模拟获取的污染传输量化结果的准确性；而并不能通过传输监测数据直接对传输模拟数据进行直接验证。并且，基于污染物跨界传输通量识别污染传输通道的技术方法还尚未成熟。

发明内容