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城市中心区是城市的政治经济核心,同时也是城市空气污染问题最为突出、污染负荷最重的区域之一。对城市中心区的大气污染物浓度分布进行模拟,并以此评估和控制城市中心区的空气污染,对改善人民的居住环境、实现城市的可持续发展有十分重要的意义。
本文研究了城市中心区的空气污染数值模拟方法,同时对数值模拟方法在空气污染整治评估中的应用进行了研究,构建城市中心区空气污染整治评估框架,并依据框架开展佛山市中心区空气污染研究。
首先,城市中心区空气污染数值模拟方法研究。以中尺度气象模式MM5(Mesoscale Model5)模拟得到非均匀的三维逐时气象背景场,并将MM5模拟结果作为空气污染扩散模型CALPUFF的气象模块CALMET的初猜场,实现气象模式与空气污染扩散模式的耦合。针对城市中心区传统工业发达,而机动车排放污染所造成的影响也日益显著的特点,重点研究了基于高斯烟团模式的工业点源和交通线源在非均匀气象场下的扩散模拟方法。
第二,研究数值模拟方法的应用。基于数值模拟方法,构建城市中心区空气污染整治评估框架,将空气污染数值模拟技术应用于解决实际空气污染问题。城市中心区空气污染整治和评估框架主要包括三个部分:空气污染背景分析、空气污染数值模拟方法、提出空气污染整治对策。
第三,依据城市中心区空气污染整治评估框架,开展佛山市中心区空气污染研究。首先对佛山市中心区的空气污染背景进行分析。分析结果发现,城市中心区SO2和PM10污染比较严重,NO2污染相对轻微。各种污染物浓度变化都具有季节性的特征,春季、秋季、冬季较高。从气象背景场分析发现,城市中心区具有两种典型的气象条件:第一种为夏季时段(主要为4月~9月),主导风向为南风,风速和气温较高,雨量充沛,此时段内各种污染物浓度都相对偏低;第二种为非夏季时段(主要为10月~次年3月),主导风向为北风,风速和气温相对较低,降雨量少,此时空气污染较为严重。其次,应用空气污染数值模拟方法研究空气污染。选取了一个具有非夏季典型气象条件的代表日2007年2月1日,对佛山市中心区工业源排放SO2、NOx、PM10以及交通源排放NOx的逐时浓度分布进行模拟研究。污染物模拟值的变化趋势与实测值的变化趋势有较好的一致性,说明方法能较好地模拟工业源和交通源排放污染物的时空分布特征。最后,根据模拟结果提出空气污染整治对策。分析模拟结果发现:工业源排放与分布特征是影响佛山市中心区污染物浓度时空分布的重要因素之一;而交通源分布及排放高度特点,使得交通源排放的主要影响区域也集中在中心区内部,但从其扩散分布也发现,在特定气象条件下,其远距离输送的影响也比较突出;气象环境是影响佛山市中心区各种污染物浓度分布的又一重要因素,而地形对污染物扩散影响较小。加强内部污染源的整治,制定极端污染时期大气污染防治措施对佛山市中心区空气污染改善有重要意义。同时,通过对工业改用清洁能源和机动车实施I/M制度的减排效果进行情景分析发现,合理的大气污染整治措施对空气污染改善有明显的效用。