基于CMAQ模型的邯郸市霾污染来源的模拟研究

程丹丹，王丽涛，潘雪梅，魏 巍，苏 捷

(河北工程大学城市建设学院，河北邯郸056038)

霾是指大量的极细微干尘粒等均匀地浮游在空中，使得水平能见度小于10.0 km的空气普遍浑浊现象［1]。近年来随着人类活动的影响，城市化进程的加快，使得霾出现的频率愈来愈高，当霾出现时，能见度降低，空气质量恶化，霾已经成为一种新的灾害性天气［2]。目前对霾的研究仅是利用长期的气象观测数据进行统计，如魏文秀等［3]利用全省81个气象台站1961－2008年的气象数据分析了河北霾分布与地形和风速的关系。本研究以MM5－Models－3/CMAQ为核心工具，通过对周边省市污染物排放贡献的模拟研究，对邯郸市PM2.5及其主要成分、光散射系数的来源进行模拟计算，分析邯郸市霾污染的主要来源。

1 研究方法

1.1 霾日的识别

霾日的确定依据以下4个条件［4－6]:

(1)以当天北京时间14:00(世界时6:00)的气象数据为准，主要原因在于清晨的能见度往往受到局地辐射雾和高湿度的影响，这些天气现象往往在中午即可消散。

(2)依据天气代码，排除降水、降雪、沙尘、大风、扬沙、沙尘暴等其他影响能见度的天气现象。

(3)能见度低于10 km。

(4)相对湿度小于90%，以便将雾中被误报的霾识别出来，同时将霾中被误报的雾清除出去。

通过对2001－2010年间所有的霾日进行了识别，得到2007年12月是10年中霾污染最严重的一个月，因此以该月为研究对象模拟邯郸市霾污染来源。

1.2 模拟域的选取

模拟域如图1所示，采用两层网格嵌套［7－8]。整个模拟区域采用 Lambert投影坐标系［9－10]，其中两条真纬度分别是北纬25°和北纬40°，坐标原点处在北纬34°和东经110°。第一层网格的网格数为164×97，网格间距为36 km，覆盖了中国大部分地区;第二层网格的网格数为93×111，网格间距为12 km，覆盖了北京、天津、河北、山西、河南和山东六省市及相邻省市的部分地区。选取污染最严重的2007年12月进行模拟，为了消除初始条件的影响，从2007年11月26日开始模拟计算。

1.3 模拟情景设定

为估算周边地区的影响，本研究模拟了基准情景，京津零排放，河北零排放，河南零排放，山东零排放和山西零排放6个情景，通过各个情景与基准情景的比较，计算各个地区对污染的贡献率。模拟结果的验证，另文研究。

2 分析与讨论

2.1 PM2.5的来源

如图2所示，河北省对邯郸市污染贡献最大，达到67.9%。其次为山西省，其贡献率为 7.38%。河南省的贡献率为6.95%，山东省的贡献率为5.48%，京津地区对邯郸市的污染贡献率最小，仅为 1.09%。

2.2 各污染成分的来源

本研究计算了PM2.5各主要成分的来源，包括硫酸盐)、硝酸盐有机碳(OC)和元素碳(EC)。

由图3可以看出各省市对邯郸市污染物5种主要成分的贡献率，均是河北省最大，邯郸市的霾污染主要来源于河北省。硫酸盐来自于河北省的占67.1%，硝酸盐 31.9%，铵盐 54.1%，有机碳77.1%，元素碳76.9%。此外，山西省和山东省是邯郸市污染的第二来源，尤其是硝酸盐，有9.82%来源于山西，8.08%来源于山东。京津地区对邯郸市的污染贡献最小，各成分均不足1.5%。

2.3 消光系数的来源

能见度可以通过大气消光系数来计算，大气消光系数Bext(mm－1)可以通过颗粒物的质量浓度进行估算，其估算公式为［11]:

通过计算得出:在模拟时段内，各地区对邯郸市的贡献分别为:河北64.7%、山西11.2%、山东3.5%、河南 4.8%、京津 1.1%。

3 结论

1)基于CMAQ模型的模拟结果显示，对邯郸市PM2.5污染贡献最大的是河北省，达到67.9%;其次为山西省，其贡献率为7.38%;河南省和山东省的贡献率分别为6.95%和5.48%;京津地区对邯郸市的污染贡献率最小，仅为1.09%。

2)邯郸市PM2.5主要成分的来源如下:硫酸盐主要来自于河北(67.1%)，河南(8.64%)，山西(7.19%);硝酸盐主要来自于河北(31.9%)，山西(9.82%)，山东(8.08%);铵盐主要来自于河北(54.1%)，山西(8.26%)，山东(6.73%)，河南(6.59%);有机碳来源于河北(77.1%)，河南(7.25%)，山西(6.48%);元素碳来源于河北(76.9%)，山西(8.76%)，河南(7.29%)。

3)邯郸市消光系数的区域贡献率如下:河北64.7%、山西 11.2%、山东 3.5%、河南 4.8%、京津 1.1%。

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