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前言
随着我国经济快速发展和城市化的快速推进,特别是以重化工为特征的产业发展模式、煤炭为主的能源结构以及快速的机动车增长,我国主要污染物排放量均已升居世界第一,结果造成了严重的空气污染和公众健康威胁。中国大气污染呈现出多污染源多污染物叠加、城市与区域污染复合、污染与气候变化交叉等显著特征,其治理难度远大于发达国家,是一项长期艰巨的任务。尤其是2013年1月的灰霾污染,其持续时间之长、覆盖范围之广、污染程度之高、影响人群之多在全球均属罕见,引起了国内外的高度关注。为了改善空气质量和保护公众健康,新一届政府采取了史上最严格的大气污染治理措施,于2013年9月12日正式发布了第一个《国家大气污染防治行动计划(2013-2017)》,要求到2017年,全国地级及以上城市PM10浓度比2012年下降10%以上,京津冀、长三角、珠三角等区域2017年PM2.5浓度分别比2012年下降25%、20%、15%以上,其中北京市PM2.5年均浓度控制在60μg/m3。本研究结合《大气污染防治行动计划》(以下简称《计划》)研究工作,模拟分析了《计划》实施的污染减排潜力、基于减排的空气质量改善效果。
1、数据与方法
首先基于2010年全国污染源普查数据,结合清华大学MEIC排放清单,建立了覆盖全国、涵盖SO2、NOx、PM、VOCs及NH3等多种污染物的高时空分辨率排放清单,并在全国多污染物高时空分辨率排放清单基础之上,结合WRF-CMAQ空气质量模型,建立了国家“大气污染减排”与“空气质量改善”响应模拟平台;其次基于2012年环境统计数据对2010年排放清单进行更新,建立2012年排放源清单,2017年排放清单依据大气污染防治行动计划SO2、NOx、烟粉尘和VOCs减排潜力测算。最后利用国家“大气污染减排”与“空气质量改善”响应模拟平台分别模拟了2012年及2017年全国、各省及各城市的PM2.5污染状况,分析了《计划》实施后全国、重点区域及各省PM2.5年均浓度相比2012年的下降幅度。
1.1污染减排潜力测算
(1)削减量分析
《计划》实施后,预计到2017年通过工业企业综合治理将减排315万吨SO2、437万吨NOx、247万吨颗粒物、460万吨VOCs,移动源污染治理将减排303万吨NOx、38万吨颗粒物、167万吨VOCs,以上综合治理措施将累计实现减排315万吨SO2、740万吨NOx、285万吨颗粒物、627万吨VOCs;通过淘汰落后产能,全国电力、钢铁、水泥、焦炭、电解铝等重点行业将累计减排138万吨SO2、71万吨NOx、127万吨颗粒物;通过调整能源结构,使用清洁能源(天然气)替代燃煤将减排99万吨SO2、43万吨NOx、35万吨颗粒物,煤炭清洁利用将减排41万吨SO2、62万吨颗粒物,实行集中供热将减排48万吨SO2、15万吨NOx、38万吨颗粒物,能源结构调整措施累计实现减排188万吨SO2、58万吨NOx、135万吨颗粒物。综上所述,《计划》中多污染源综合治理、落后产能淘汰与能源结构调整等主要措施合计将产生SO2减排量641万吨、NOx减排量859万吨、颗粒物减排量547万吨(不含扬尘污染控制)、VOCs减排量627万吨。
(2)新增量预测
预计2013-2015年,全国GDP仍将保持7.5%的年均增长速率,燃煤消耗总量将在2012年基础上增加7亿吨,汽车保有量增加1亿辆,煤电装机容量增加2.5亿千瓦,原油加工能力增加2亿吨,水泥熟料增加1亿吨。在此情景下,到2017年底全国将新增SO2排放量253万吨、NOx排放量247万吨、颗粒物排放量175万吨、VOCs排放量413万吨。
(3)净削减潜力分析
综合减排量与新增量预测两个方面的结果,预计2017年SO2、NOx、烟粉尘和VOCs排放量分别为1730万吨、1727万吨、906万吨、2486万吨,分别比2012年分别下降18.3%、26.6%、29.1%和7.9%。
1.2空气质量模拟方法
(1)空气质量模型系统
本研究采用的国家“大气污染减排”与“空气质量改善”响应模拟平台主要由空气质量模型CMAQ和中尺度气象模型WRF组成。CMAQ模型主要由边界条件模块(BCON)、初始条件模块(ICON)、光分解速率模块(JPROC)、气象-化学预处理模块(MCIP)和化学输送模块(CCTM)构成。化学输送模块(CCTM)是CMAQ的核心,污染物在大气中的扩散和输送过程、气象化学过程、气溶胶化学过程、液相化学过程、云化学过程以及动力学过程均由CCTM完成,其它模块的主要功能是为CCTM提供输入数据和相关参数。CCTM模块可输出多种气态污染物和气溶胶组分的逐时浓度以及逐时的能见度和干湿沉降。CMAQ模型所需气象数据由WRF模型模拟,WRF模型输出结果经气象-化学预处理模块(MCIP)处理后作为CMAQ模式的输入气象场。
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