城市环境空气质量限期达标规划培训

1、境规划院达标规划研讨空气质量限期达标规划编制工具:空气质量模型与排放清单薛文博环境保护部环境规划院2016年12月14日、空气质量模型概念及在规划中用途二、城市尺度污染源排放清单编制技术三、城市尺度复合型污染过程模拟技术 四、达标管理平台与规划案例空气质量模型概念及在规划中用途1v空气质量模型在达标规划中的定位2、空气质量模型在达标规划中的用途(1) 分析成因，对症施治：空间、行业、前体物三维来源 解析，明确控制优先序、侧重点；(2) 评估效果，优化方案：评估不同减排方案对改善空气 质量的效果(年均值、优良天数、重污染天数等)，进一 步优化、调整控制方案。3、空气质量模型一机理模型与统计模型(

2、1) 受体模型-统计模型利用统计学方法，分析污染源化学组分与空气质量化学 组分之间的关联性，从而建立“源”与“质量”之间的关 联关系一主要用于颗粒物源解析(如：CMB模型)。(2) 扩散(或光化学)模型机理模型基于大气物理、大气化学等理论，从而建立“源”与 “质量”之间的响应关系一主要用于模拟大气污染物的物理 及化学过程。4、常用的空气质量模型/气象模型4、常用的空气质量模型/气象模型模型适用尺度应用领域优缺点nun5/WRF 模式多尺度嵌套分析大气污染物传输路径；为空气质量模型模拟气象场资料计算所需时间较长，技术难度较大;可与大多数空气质量模型对接CMAQ、 CAMx、WRFCHEM、NAQ

3、PMS模式多尺度嵌套可系统模拟多种尺度、多种大气污染问题，特别适用于复合型大气污染过程模拟目前较先进的空气质量模型；所需基础资料难获得;计算所需时间长;在空气质量预报领域、环境规划领CALPUFF模式几十到几百公里可模拟多种大气污染问题， 适用于长三角、珠三角及京 津冀等区域性大气环境模拟域得以广泛使用所需资料易获得，计算时间适中， 化学过程过于简化；多用于环境影 响评价。Aemiod模式adms模式几公里到 几十公里可模拟多种大气污染问题， 适用于城市尺度大气污染问题的模拟所需资料易获得，计算时间适中， 化学过程过于简化；多用于环境影 响评价。5、大气环境模拟三要素城市尺度污染源排放清单编制

4、技术1v排放清单的重要地位基本概念：某一特定地理区域在某一特定时期内，基于污染源分类的，由各种污染源排放到大气中的一种或多种污染物的列表; 三个特点：高时间、高空间高化学分辨率。科学描述大气污染物排放状况 空气质量模型的必备输入资料 空气质量预报预警的基础支撑 区域集成空气质量管理出发点 落实污染控制对策的最终归宿Air QualityImpactsSources 4Integrated Air Quality ManagementEconomicOptionsTechnicalOptions2、不同尺度排放源清单 SO?, NOx.VOCs自上而下&自下而上(USEPA; Stree

5、t et al., 1996)国家尺度OOIDO-OJXXM温室气体、含碳物质、POPs自上而下，精度低(Source: Benkovitz et al.« 1996)o全球尺度 S02, NOx，PM, VOCs, NH3, BC/OC自下而上，精度高(Source: He et alM 2008, Huang et al.9 2010) 城市尺度 区域尺度3、排放源分类，尽可能统一排放源分类农业源生活源移动源无组织源锅炉燃烧源工业过程源畜牧源农田施肥源农药施用生物质燃烧居民用煤餐饮及烧烤道路移动源 非道路机械扬尘源有机溶剂使用存储与运输植物源土壤、闪电等电厂燃煤工业锅炉燃油燃气矗

6、二级分类二级 编码工业源01锅炉燃烧源01工业过程源02畜牧源01农业源02农田施肥源02农药施用03生物质燃烧04生活源03居民用煤01餐饮及烧烤02移动源04道路移动源01非道路机械02无组织 源扬尘源0105有机溶剂使用02存储与运输03天然源06数据来源化学物种空间分辨率时间分辨率备注城市排放清单多种污染物较高分辨率较高分辨率试点城市环境统计重点工业源S02、NOx、PM点源，有经纬度坐标年排放量每年更新非重点工业S02、NOx、PM面源，按照区县进行统计生活源S02> NOx、PM面源，按照区县进行统计机动车NOx、PM、CH、CO面源，按照地市进行统计MEIC清单CB05、S

7、APRC990.25 度月排放量扬尘与农业源清单：其他统计、普查、调研资料、卫星遥感资料5、高时空分辨率排放清单处理II空气质量模型6排放雲单空间融合人为源高时空分辨率排放源清单人为源大气排放源分类起沙扬尘清单天然源高时空分辨率排放清单天然源排放模型MEGANM植被覆盖数据E G土地利用数据A植被排放因子NWRF气象数据IIII空间分配(1)排放清单时空分配时间分配月变化周变化01234567 & 9 10 11 12 13 14 151617 18 19 20 21 22 2308.07.06.0504(B02olo小时变化土地利用分布(2)排放清单化学物种分配化学物种谱是将“排放清

8、单物种(Emission inventory species)" 转化成“空气质量模型物种(Modelspecies) v ,使排放清单满足空气质量模型要求的重要数据；国内大多依赖于国外建立的化学物 种谱进行分配，急需本地化研究。 tPA specuk-e(u s ePA.2oii>M.391Q)PROfTh««udv)Zheng J.Y., et al., 2013. Sci. Total Environ.序号污染家普査1so；=3ALD22NO.=>)ALOXMEIC3ALD2=0A PM4ALOX=0BENZENE5FTH=0BPIU6ETHA=

9、0C127ETOH=(191CO8FORM=(5)ETH9OLE二ETHA10EOP=PETOH11MEOH=(8FORM12NOl=0HCL130L£=(NO+HO2»-OO08HO HO14=9IOLE15TUP=(MM25ISOP16TOL=(11MEOH17UNR.=(20!MH：18XYl=(2)*05NO19CO=(Z)*01ko22D=(17MR21OC=(131OLE220C=(1<!砂3叫=(22|PEC24PMcoa rse=2QPMCGEIA25ISOP=3-(21-(22-PH03-PS04PM FINE26TUP=(3PXPHO,=21】PO

10、C=orxPSO.=0SBQ=(i卩=(1)*002SULF=1514(25TERP=1161TOL=181XYl6、不同排放清单的镶嵌、融合及处理空间镶嵌：城市排放清单、环境统计数据、区域排放清单MEIC空间镶嵌;物种融合：城市排放清单、环境统计数据、区域排放清单MEIC物种互补。处理工具：时间分配、空间分配、化学分配，空间镶嵌、物种融合等“一键处理工具”，自主开发，直接用于各种空气质量模型。2222、為冷雷衬工斥、爻岗雷有绘蚯口、 clew 和 i close xlcyentwic.dirrt4_cr&2d Z013.=*. /20)3*BlS2icrr2-na</2013/

11、 * /CRJECMSD.china.SOkB':' Jrxnx 401 iu ':%I«id_cxo2d?：Ct."、徉止_切詁盘.开曲讨JC、10 -1132 -M151618303)a222324S?72329Xzxthj 83700W.0OO; SWWVSSSSS? 9?IKtt 喪 wu wx_xanfift=Jic»*ad<fitrcfiit<Baic_dir. 1/* .nmlstr(yaar). *_Ol.pof6r_S02. nc-'). z. y_r ang»*nc»«*

12、4<«trc»t <B«ic_dir, l/5 r nuaxtr </«ar> * _0l.一povt_S02. nr'“ -fj/nn'. dinn3i*nciwid<5trc8t<Mic_djr. I/* .nuictr(year). *_'>l_pcnrer_S02. nc' >. liBrnsjcc'). spicinccr*d<5trcat<i*ic_djr I/* .nui£5tr<7ear). *_'?l_po

13、7;er_S02. nc'). ipacinc' >. wwxw 眼比】G)gn? a muwvws lxi<Ll«r»creid<Knd_cxo2d«' LCCT) tri4_lat=i>traid(tnd_cr«2d.' LXI I trid_x»*x-r>cx«>dBtt l*ri4_cro2iL /" r " HZOLS Ii 4_*/»kx-t»ct «>d«t t lyid.uro?

14、4; X "r KjTS J . »rid_5pac-ncT?idatt trt<Lcro2d. */*. rXCHL" I. tri<are»-«Ti<5pac 2:、駅丹M轨、目动Rflf S否冃洋认讥XX、认if B0d(year.4l 0I data. *," = xl2rfr&3C ./>*ar_oHh_day.xlax r' 366* I.:date. *.* - M15re</year_r»th_day.xl3K 365*)；eol VWV&MX 井甘衔 W

15、处 1212 吟、月WHAWWWr? fox BOftth -1 anth_Av i ir«t_d« antli 25>iu.'otbflrincu .' irdAoikr'ns/.y tot* H .lKtffillith, irimilet.jran“：)1以tT铀】妙帥诚02N)xf!T)0伍砒泻UK-務 】分场代*刃2业FflO>徒&存与tHC-QHU0 «fdU«5tfK-卜MM代杰swmen】o, 位9W与inc-® 蹴 &«纹刊Ht-玄.xiec*. <»

16、;*'):U.；池他飞亠"：Ci-X.Of. (ifSl.0T.facta)】x.dtl ,32 HIl3.l-*lac>_dBt»l. , 19 K)»x«ctcc_ftorjict 171 tor_fictIBlwr.fictlWn'. .YL .fint.fc. if'llocs&avir】i:d.ccfl.'r-JI.ryrefn fnrt.<hy.' T' iJcwj.Yirjr.-x；?tU：. 51铠du.细：必.gi4ri出Al權uigiiUI"；.). S&#

17、163;$： S'-ZH-=dat«(ftonch. 2)-3) rprintf <' Ai0*«*, nusSstr loccith)§ stepO 1FL-5«c«<2>34. 25,*mt32,>. IFLXid.】24)-nrst_4ay； 1FLX<1 2a)=firct day*lk：pno,8U(ruiw) 】40 】8(0.X 3ntu.atii.，”世、R), 130. 】S】80).nnvu>.lM】83、葩“ $沁:. * :i:Jl.r-wti / iisr.fc*.&

18、#39;.2: lccvarfnr-icr.L':22基准情景NOx V基准情景SO2基准情景VOCs2.50、.*1zrfflB忑邑2'ifeixa1基准IW景PM8、排放清单编制技术指南大气细颗粒物一次源排放清单编制技术指南（试行）大气挥发性有机物源排放清单编制技术指南（试行）大气氨源排放清单编制技术指南（试行）大气可吸入颗粒物一次源排放清单编制技术指南（试行）扬尘源颗粒物排放清单编制技术指南（试行）道路机动车大气污染物排放清单编制技术指南（试行）非道路移动源大气污染物排放清单编制技术指南（试行）生物质燃烧源大气污染物排放清单编制技术指南（试行）民用煤大气污染物排放清单编制

19、技术指南（试行）其他行业、污染物编制技术指南城市尺度复合型污染过程模拟技术1v大气污染成因分析方法受体模型法需大量环境受体、源采样及成分谱分析，较难解析二次污 染来源，共线性行业难以分辨，时间周期长。:化学模型法女口CMAQ、CAMx等第三代模型，缺点：过度依赖于排放清 单准确性，模型过于复杂；优点：快速有效，适用于规划 、预报预警；:在线快速质谱分析可移动式采样，主要用于重污染过程的来源追踪分析。2016/12/142、空气质量模型推荐推荐CMAQ、CAMx、WRF-Chem> NAQPMS等第三代模型！从污染源排放来看：考虑了绝大多数大气污染物排放；从空气质量来看：几乎可模拟各种大气

20、环境问题（一次及二次 污染，气态及颗粒物等）；从内在机理来看：考虑了各种污染物之间的化学关系及物理过 程。多污染 物排放基于“一个大气”理念 的模型F,多种环境问题3、模型诊断分析的技术空间来源(region sources) ? PS AT、OS AT技术；行业来源(industry sources) ? PS AT、OS AT技术； 前体物贡献(precursors)?模型模拟与观测结合等;敏感性分析(sensitivity analysis )?化学指示剂、DDM法等，明确臭氧控制型(NOxorVOCs)。4、模型结果分析及可视化技术最常用的分析及可视化工具:Netcdf tool： n

21、cdump 卜h卜c卜n name inpuHilenetCDF Operators (NCO)： Integrated Data Viewer (IDV):/software/idv/NCAR Command Language (NCL)； 相关的所有分析及可视化工具汇集于此：All Software for Manipulating or Displaying NetCDF Data：/software/netcdf/software.htm

22、l5、模型结果分析及可视化工具结合国家、区域及城市规划的实践，开发了一系列工具包!数据分析与可视化程序溯源分析与可视化程序li/bin/csh -rdara_dir = / Da t aba se/ china_ca3nx_2 015_2 0km/ NonPSAT_nox_ 03 dara_lafc» = CAMx.v630 China20)cromcip_dir = /Mdl200/caep/Database/china_mcip_2015_Z0)an ci tyoutput = / chi na_cainx_dail y_ci Cy_voc txt grid_output = /

23、 chi na_camx_mon t h_a r id_ vocU8ERtf#!#*rrw -f ?ciTy_ouTput: rm -f Sgr£d_ourput*(147 10>#1,4,7,10 month_2d= i f '“2 ：1 Sm ：】：1 Smonth -7 Smonthdate - 2015$(nionth_2d) 01 date - 2015$monthZ2d31 mQJith 4 -h _date = 2015$(monch_2d01 date = 2015$ nnonch_2<l 30foroamonth month Smonth - s

24、tart end else 二E < start end10-> camx post qc1.cat -<load SNCARG_ROOT/lib/ncarg/ncldcript8/csm/g8n-codencl" load ,SNCARG_R00T/lib/ncarg/ncl8cript.8/csm/g8n_c8Mtncl” Load $NCARC_ROOT/lib/ncarg/nclflcriprs/cs:«/contribut:ad .ncl" baginctar_day end_day num_day=$start_datQ $end_d

25、ate-end_day - star_daypoxntxy asexixead (" /chxjia_all_sxtenuniexty- diinrizes (poxnt_xy)aeon=addrile(-Sdaca_dir)/$ (dataxorig=aconSXORIGyorig=aconSYORIGx_grid=acondNCCrsy_aria=acondKRCWSd_spac=aconxcELLgrid_ntyn= x_grid-y_gridpsnwr(/1301r3/)，-floatw)lab"+8tar_day4- “c,-f)o3_hour=now ( ( /

26、 4 8 z y_gri.dr xo工iBh-new( (/l? ygrid,xo3_sum new( (/ygz£dr xW-_hour-new(/£ 8,ygrid,xpcn_.sum new< (/ygrid,xdaily_citynew ( (/num_day*niuncity (0) , 5/, -doublo-, Ko_Fill-aluo-) grid/),"float",wNo grid/)r-float-rwNo grid/)rwfloat-rwNo grxd/»,"float."No qrxd/l ,

27、 floae,"NoFillValuQw) Fillvalue-) Fillvalue-) FillValue-) FillVdluc")|l/Dln/C9ti -te;. 畑比x:Xue WeQ-kx>- ',C<x-Rightn inpats_dir-:njxjts_lab-ou:put_lb6elet_rovset species="/Eat abasQ/JJJ_cinx_psat_20i5_20ki,'?T25*='CAHx.v3C.iM2：»kB ？3 狂”=jjj_201Sj?sat jai2S=182*-

28、16 IIC aad BC40rocoptfilQ = n/ffcl2OO/caQp/CANxfi.SChina/Input CAKx6.3/MAP_FZCEPTCR./Ch£n2Gkn jjjFcGptorc.txt toni f /$outp.t_lab.C8v宀 trenxb (1*4 7 10) #1,4,7,10 BODthicq：丄2d ：；.i:-二:;if Snanth - 1 5»onth 7 $o:nth - 10 tb-nEtart_data = 2015$tt©nth_2dp2 end_date = 20L5$aoMh_2d31：S: ：:

29、r.th 4-startoax* = 2015$aonch_2<lF02. ead_Oaxe = 2015$aonch_2d|30IHHHIMHseop to modifylHHIHHIMcur_dau = Ssurtdate -lw Scurdat* <= $end_(Uth -.pits.lab.$(cux.dace.sa.recepcos*Ccoy files to current directory: S|fcp 5fii©E_path ./G cur data = $e-jr date + 1-iA.d'-'-i f/Da:a tci-. -.j

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31、0r31r32/33>34r35;%17 ?n25 species6、用途1 “分析成因，有的放矢”2016/12/14前体物来源分析优先控制指标?解析SO2、NOx、PM、NH3及VOCs等对PM2.5贡献实现多污染物的 协同、均衡控制（1）空间传输分析，城市间分折更H案例CAEP地理：东西狭长，南北跨度小；气象：以南风、北风为主，处于京广线输送通道。2013年安阳市PMp来源分析（年平均）2013年安阳市PM25来源分析（年平均）对二氧化硫影响最大的为千里山工业园区，其次为海南工、蒙 西' 惠农工业园区，贡献分别为39%、17%、12%、11%；千里山工业园区对乌海市二氧化氮

32、浓度影响达到31%,其次为惠 农' 海南蒙西园区，贡献分别为22%、18%、10%； PM10受千里山、海南、乌达园区的贡献率分别为33%、28%、业贡献分巧卩“朋亍业来源分析：本地源中扬尘、钢铁行业对PM®年均 浓度的贡献最大，贡献率分别达到35.01%、15. 77%O 4个空气质量监测点位PM1()来源分析：铁佛寺PM1()年均浓 度受钢铁行业的影响明显高于红庙街、银杏小区、环保 局3个市区监测点位。扬尘 外来钢铁交通水泥工业锅炉 其他工业电力 生活焦化外来扬尘钢铁交通工业锅炉水泥生活其他工业电力焦化37.97%23.00%26.85%1.03%0.99%一0.41%_

33、0.02%1.65%_6.84%扬尘钢铁外来水泥交通工业锅炉 其他工业电力生活焦化(b)红庙街、银杏小区、环保局站点(C)铁佛寺站点A行业来源分析：本地源中钢铁、机动车、扬尘、水泥行业排 放对PM2 5年均浓度影响最大，各自贡献率分别达到1546%、 11.06%x 7. 60%x 4. 91%oA 4个空气质量监测点位PM? 5来源分析：红庙街、银杏小区' 环保局3个市区监测点位PM? 5年均浓度受机动车影响最大， 铁佛寺工业区监测点位受钢铁、水泥排放影响最大。,3.05%竺扛芝°叱3.24%4.91%7.60%11.06%51.42%15.46%外来钢铁交通扬尘 水泥电力

34、工业锅炉生活其他工业焦化3.58%7.54%15.11%2.01% 1.49%0.03%2.08%.3.11%57.03%8.01%外来 交通 钢铁扬尘工业锅炉电力生活水泥其他工业焦化2.51%外来 钢铁 水泥交通扬尘电力工业锅炉其他工业 生活焦化（a）安阳市（b）红庙街、银杏小区、环保局站点（C）铁佛寺站点一次PM2 5：对PM2.5年均浓度贡献最大，达到55%左右。> S02x NOx、NH3、VOCs等前体物：对PM2.5年均浓度贡献分别为 7%、16%、7%、15%左右。建议：不仅要降低工业及扬尘等一次颗粒物排放，同时应加大S02v NOx、 NH3x 的二次颗粒物。VOCs的排

35、放控制，降低气态前体物转化所形成2013年安阳市PM?. 5组分构成分析7、用途2 “评估效果，优化方案汀A设置减排方案：不同减排方案设置，减排量测算， 减排情景下的排放清单处理；A评估减排效果：利用空气质量模型评估不同方案的 空气质量改善效果，分析规划目标可达性；A优化调整方案：调整优化方案，以最少的代价实现 预定的空气质量目标。(1)基本情景减排潜力武汉案例U/OCs排放源为交通源,排放包括移动源和油品储运.销环节。工业源、生活源、生物质燃烧源和移动源SO2、NOx、PM®和PM25 下降比例分别在40%58% , 5%-33% , 41%-71% , 21%-29%之 间；工业

36、源、生活源和交通源VOCs减排比例在29%42%之间；城市扬尘源PM。和P“2 5下降30%左右。(2 )强化情景减排潜力武汉案例与一般情景比较,强化情景下PM"和PM2.5的减排比例分别提高12和 14个百分点f SO?和NO*分别提高6和5个百分点r VOCs保持不变。(3 )武汉市PM2.5浓度目标可达性基本减排情景强化减排情景PM2 5浓度(yg/m3) PM25下降比例(%)基本减排情景4734.49k满足pm25下降耳30%的目标强化减排情景4340.24(4 )基本减排情景下大气中SO2、NO2.PM2.5浓度下降比例监测点位SO2 (%)NO2 (%)PM2.5 (%

37、)东湖梨园汉阳月湖汉口花桥武昌紫阳青山钢花沌口新区汉口江滩东湖高新吴家山沉湖七壕全市平均武汉全市空气中SO2、NO2> PM25年均浓度分别下降8.99pg/m6.10yg/m 23.76Mg/m3,下降比制分别为51.38%、12.6%> 34.49%,达标天数比例为71%o达标天数比例满足目标70%, NO?浓度下降比例满足目标10%帽(s)四. 达标管理平台与规划案例1v空气质量达标管理平台初步构建决策环节(Decision-making)决策分析技术(Technology)模型(Models)摸清家底高时空分辨率污染源排放清单表征技术SMOKE V MEGAN分析成因大气污

38、染快速溯源与诊断技术(空间、行业、前体物、敏感性)CMAQ、CAMxv WRF-Chem方案优化以空气质量导向的污染减排目标优化技术环境容量迭代模型自主研发估算成本污染减排的成本评估技术预期效果污染减排的环境效果定量模拟技术CMAQx CAMx、WRF-Chem健康收益污染减排的环境健康效益模拟技术BENMAP监管考核地面观测、环境卫星遥感技术OMh MODIS突发事故突发事故大气环境事故影响影响预测CALPUFFx AERMODxADMS2、工具开发与实践应用中华人民共和国国家版权局 X王.輪金ID;字;武卫齐W31C05JJ3IH»A«H«令佈杈HMM 執HO

39、 H <itM机软”11件(冒"空y il算机软件甘作权登记证书id 号：2013»OTt7U#鼻中BIMt权仮於中心珈対以上WflITUte中华人民共和国国家版权局So吹<1名林U作尿人：仗 to壬金H;需文構；场金H20)3 甲 0胡：nd鸽次及农口用：ww«w<：权X戲：*»««» e M：2O13SMT>|13中华人民共和国国家版权局il篦机软件幷作权住记证IF玄气咸标灼東Faw 竽台VI 020I5AFIOJ10IHI釀期计算机软件着作权«id if 15VI.0e n tt a：做丈：再受第：王金Hl; 字zoib