程丹丹,王麗濤,潘雪梅,魏 巍,蘇 捷
(河北工程大學城市建設學院,河北邯鄲056038)
霾是指大量的極細微干塵粒等均勻地浮游在空中,使得水平能見度小于10.0 km的空氣普遍渾濁現(xiàn)象[1]。近年來隨著人類活動的影響,城市化進程的加快,使得霾出現(xiàn)的頻率愈來愈高,當霾出現(xiàn)時,能見度降低,空氣質量惡化,霾已經(jīng)成為一種新的災害性天氣[2]。目前對霾的研究僅是利用長期的氣象觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,如魏文秀等[3]利用全省81個氣象臺站1961-2008年的氣象數(shù)據(jù)分析了河北霾分布與地形和風速的關系。本研究以MM5-Models-3/CMAQ為核心工具,通過對周邊省市污染物排放貢獻的模擬研究,對邯鄲市PM2.5及其主要成分、光散射系數(shù)的來源進行模擬計算,分析邯鄲市霾污染的主要來源。
霾日的確定依據(jù)以下4個條件[4-6]:
(1)以當天北京時間14:00(世界時6:00)的氣象數(shù)據(jù)為準,主要原因在于清晨的能見度往往受到局地輻射霧和高濕度的影響,這些天氣現(xiàn)象往往在中午即可消散。
(2)依據(jù)天氣代碼,排除降水、降雪、沙塵、大風、揚沙、沙塵暴等其他影響能見度的天氣現(xiàn)象。
(3)能見度低于10 km。
(4)相對濕度小于90%,以便將霧中被誤報的霾識別出來,同時將霾中被誤報的霧清除出去。
通過對2001-2010年間所有的霾日進行了識別,得到2007年12月是10年中霾污染最嚴重的一個月,因此以該月為研究對象模擬邯鄲市霾污染來源。
模擬域如圖1所示,采用兩層網(wǎng)格嵌套[7-8]。整個模擬區(qū)域采用 Lambert投影坐標系[9-10],其中兩條真緯度分別是北緯25°和北緯40°,坐標原點處在北緯34°和東經(jīng)110°。第一層網(wǎng)格的網(wǎng)格數(shù)為164×97,網(wǎng)格間距為36 km,覆蓋了中國大部分地區(qū);第二層網(wǎng)格的網(wǎng)格數(shù)為93×111,網(wǎng)格間距為12 km,覆蓋了北京、天津、河北、山西、河南和山東六省市及相鄰省市的部分地區(qū)。選取污染最嚴重的2007年12月進行模擬,為了消除初始條件的影響,從2007年11月26日開始模擬計算。
為估算周邊地區(qū)的影響,本研究模擬了基準情景,京津零排放,河北零排放,河南零排放,山東零排放和山西零排放6個情景,通過各個情景與基準情景的比較,計算各個地區(qū)對污染的貢獻率。模擬結果的驗證,另文研究。
如圖2所示,河北省對邯鄲市污染貢獻最大,達到67.9%。其次為山西省,其貢獻率為 7.38%。河南省的貢獻率為6.95%,山東省的貢獻率為5.48%,京津地區(qū)對邯鄲市的污染貢獻率最小,僅為 1.09%。
本研究計算了PM2.5各主要成分的來源,包括硫酸鹽)、硝酸鹽有機碳(OC)和元素碳(EC)。
由圖3可以看出各省市對邯鄲市污染物5種主要成分的貢獻率,均是河北省最大,邯鄲市的霾污染主要來源于河北省。硫酸鹽來自于河北省的占67.1%,硝酸鹽 31.9%,銨鹽 54.1%,有機碳77.1%,元素碳76.9%。此外,山西省和山東省是邯鄲市污染的第二來源,尤其是硝酸鹽,有9.82%來源于山西,8.08%來源于山東。京津地區(qū)對邯鄲市的污染貢獻最小,各成分均不足1.5%。
能見度可以通過大氣消光系數(shù)來計算,大氣消光系數(shù)Bext(mm-1)可以通過顆粒物的質量濃度進行估算,其估算公式為[11]:
通過計算得出:在模擬時段內(nèi),各地區(qū)對邯鄲市的貢獻分別為:河北64.7%、山西11.2%、山東3.5%、河南 4.8%、京津 1.1%。
1)基于CMAQ模型的模擬結果顯示,對邯鄲市PM2.5污染貢獻最大的是河北省,達到67.9%;其次為山西省,其貢獻率為7.38%;河南省和山東省的貢獻率分別為6.95%和5.48%;京津地區(qū)對邯鄲市的污染貢獻率最小,僅為1.09%。
2)邯鄲市PM2.5主要成分的來源如下:硫酸鹽主要來自于河北(67.1%),河南(8.64%),山西(7.19%);硝酸鹽主要來自于河北(31.9%),山西(9.82%),山東(8.08%);銨鹽主要來自于河北(54.1%),山西(8.26%),山東(6.73%),河南(6.59%);有機碳來源于河北(77.1%),河南(7.25%),山西(6.48%);元素碳來源于河北(76.9%),山西(8.76%),河南(7.29%)。
3)邯鄲市消光系數(shù)的區(qū)域貢獻率如下:河北64.7%、山西 11.2%、山東 3.5%、河南 4.8%、京津 1.1%。
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