空气质量模型与中国实践

2015年PM2.5与PM10年均浓度比值
气候与经济发 展水平，对 PM2.5污染特 征影响显著， 以“胡焕庸线” 为分割， 我国东南主要 以PM2.5污染 为主，西北 PM10与PM2.5 同样突出。
地面：2013-2015年大气行动计划实 施效果
10%
28%
7%
全国
27%
20% 27% 21% 31% 10%
清华大学 74城市 京津冀
长三角 珠三角 全国
监测数据降幅（%） 气象贡献率（%） 人为贡献率（%）
-28.42
-24.16 -28.58 -25.77
-2.18
-0.05 -14.62 -1.29
-26.23
-24.11 -13.97 -24.48
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四、区域复合型大气污染调控 技术
空气质量模型在PM2.5污染防治规 划中的应用
环境保护部环境规划院 大气环境模拟与评估研究室 薛文博 副研究员 主任 2016年2月
内容
1. PM2.5污染现状及管理中面临的问题 2. 全国多污染物高时空分辨率排放清单 3. 国家重大环境决策实施环境效果评估 4. 区域复合型大气污染调控技术 5. PM2.5污染的空间分布特征卫星反演
中国2010年1km分辨率SO2排放清单
中国2010年1km分辨率NOx排放清单
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2013年中国多污染物高时空分辨率排放清单
所有人为源SO2排放 所有人为源NOx排放
所有人为源PM2.5排放
所有人为源VOCs（以醛类为例） 排放
三、国家重大环境决策实施环 境效果评估
“污染减排”与“质量改善”双向模拟平台
主要大气污染物总量控制计划； 重点区域大气污染防治规划； 国家大气污染防治行动计划等重大环境政策。
问题2：在质量控制阶段，如何定量分析PM2.5污染规律，
从环境质量出发，“主动”构建差异化、靶向控制策略？实
现PM2.5“分型、分区、分时”精细控制？
针对上述2个问题 开展的主要研究领域 1个基础，3个应用方向



如模拟结果超过空气质量目标， 基于快速溯源结果，制定差异 化的削减方案，直至所有网格 模拟浓度都低于空气质量目标 浓度
加总各网格排放量，得到大气 环境容量
基于大气环境容量的总量控制目标确定技术框架

PM2.5达标约束下的环境容量
省份 北京 天津 河北 山西 内蒙古 辽宁 SO2 4.11 8.68 48.58 85.37 130.96 72.81 NOx 6.79 10.7 51.19 66.08 118.77 59.05 一次PM2.5 2.79 3.57 23.19 34.78 42.67 29.12 NH3 1.35 1.57 19.55 10.9 39.52 20.48 省份 湖北 湖南 广东 广西 海南 重庆 SO2 31.37 34.09 68.95 50.5 3.11 35.07 NOx 24.21 25.59 105.72 38.4 8.03 20.78 一次PM2.5 21.67 18.03 37.21 41.15 3.18 14.32 NH3 29.09 29.07 35.16 32.16 6.84 15.55
背景：我国环境管理模式转型

2012年，颁布新的《环境空气质量标准》；


2012年，《重点区域大气污染防治十二五规划》；
2013年，74个城市，2014年161个城市开展PM2.5监测
，2016年所有城市将开展PM2.5监测；

2013年，《大气污染防治行动计划》，提标提速； 2016年，全国环境保护工作会议召开，陈部长全面阐 述了“总量”与“质量”的辩证关系，强调改善环境质 量是政治任务，标志我国大气环境管理已由“总量控制

3、应急管理技术：预报技术，动态调控技术—降低重污
染至关重要！
1、战略问题：PM2.5达标下的环境容量
按污染对象分类：空气质量（传统指标、复合指标）、酸沉降
按空间尺度分类：全国、区域、城市、开发区
按核算方法分类：A-P值法、多源模型、线性规划、模型迭代等
环境容量分类
基于酸雨控制的环 境容量
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结论：天帮忙，人努力
规划院 74城市 京津冀 长三角 珠三角 全国 监测数据降幅（%） 气象贡献率（%） 人为贡献率（%） -28.42 -24.16 -28.58 -25.77 -4.30 2.60 -5.40 -0.04 -24.11 -26.75 -23.18 -25.72
2
一、PM2.5污染现状及管理实
践面临的问题
2015年全国城市空气质量情况
SO
2
NO2
PM10
CO
O3
PM2.
5
“十三五”将以城市为单元，分五大阵营，分类改善！
2015年PM2.5年均浓度分布
2015年全国338 个地级及以上城 市，仅有73个城 市空气质量达标 （约20%%）； 达标城市主要分 布在福建、广东、 云南、贵州、西 藏等省份，大部 分地区依然超标， 京津冀鲁豫最为 突出！
施后，PM2.5到底能下降多少？能否实现预期目标？
2016/5/11
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结论：回应政府焦点问题
国家实施《大气污染防治行动计划》，投入1.7万亿后，全 国、京津冀、珠三角、长三角PM2.5年均浓度将分别下降： 22%、34%、24%、24%，《计划》拟定目标合理、可达。
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硫酸盐浓度 （μg/m3）
细颗粒物浓度 （μg/m3）
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应用案例2：国家大气污染防治行动计划目 标可达性模拟
计划目标：到2017年京津冀、长三角、珠三角等区域细颗 粒物浓度分别下降25%、20%、15%左右，其中北京市细颗 粒物年均浓度控制在60微克/立方米左右；
关注问题：行动计划拟定的十项污染治理措施（国十条）实
”全面转向以“环境质量”为核心的管理阶段！
以环境质量为核心的规划设想
“十三五”以环境质量为核心 面临的技术问题

1、战略问题：如果2030年全国PM2.5达标，对应的SO2、
NOx、PM及NH3等各种污染物排放量需要控制在多少？ —环境容量与最终控制目标；

2、常规管理技术：采取什么样的优化控制策略逐步实现 环境质量目标？确定每五年目标？—基于区域跨界输送的 地区差异管理、协作控制；
研究员
任阵海等
空间尺度
全国
约束条件
全国城市SO2年均浓度达 标 基于酸沉降临界负荷研 究成果
核定方法
模型模拟法
柴发合等
全国 全国113个环 保重点城市 全国
线性规划法 A值法、多源模式 法 A值法
李云生等
SO2年均浓度达标
王金南、蒋洪强等
SO2年均浓度达标
主要以SO2、NO2、PM10环境浓度达标或者酸沉降临界负荷
空间尺度
全国、区域
环境问题
二氧化硫及氮 氧化物排放导 致的酸雨问题
约束条件
酸沉降临界负荷
核定方法
酸沉降模型/线性规划 法 A-P值法
基于空气质量改善 区域、城市、 PM2.5、O3及常 的环境容量 开发区 规污染等
环境空气质量标 准
多源模型法 线性规划法 模型迭代试算法
多方法耦合算法
大气环境容量研究评述
45%
10%
京津冀
长三角
卫星：2005-2015年PM2.5污染变化
2005-2007年AOD年均值 2008-2010年AOD年均值
2011-2013年AOD年均值
2014-2015年AOD年均值
环境管理与规划中面临的主要问题
问题1：在总量控制阶段，如何“被动”评估重大环境
政策实施环境效果？优化政策方案
应用案例1：“十一五”二氧化硫总量控制 环境效果回顾性评估
问题引出：随着灰霾污染的加剧，各方对污染物总量控制制
度产生质疑？只见“排放量”减少，不见“空气质量”改善？
评估目的：如果“十一五”期间不开展二氧化硫总量控制，现
在PM2.5污染会如何？恶化到何种程度？
评估方法：采用“有（实际减排情景）—无（不减排情景）”
用途
掌握排放特征
制定污染减排策略
模拟大气污染成因、 规律的必要基础数据
总体技术框架
电力、工业点源
空间分配
6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Power Plant lps Industry lps Heating boiler lps Industry Industry fugitive dust Boiler Trasportation Restaurant Water boiler Domestic cooking stove Domestic heating stove Gas station Solvent use Biogenic_Iso Biogenic_Ter Biogenic_OVOC Construction fugitive dust Traffic fugitive dust Pile dust unpaved ground dust
单一、传统污染指标作为约束条件； 当前PM2.5变为首要污染物，原有环境容量核算结果已不能 用于指导大气环境管理工作。
PM2.5面临技术空白
多因一果：排放到大气中的各种污染物都会对 PM2.5造成影响； 非线性：与多种前体物呈非线性关系； 区域传输：区域间相互传输相互影响。 以PM2.5达标为约束、考虑多污染物协同效应、
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全面支撑国家重大环境决策、规划及政策
“十二五”大气污染物总量减排的环境效果预测
重点区域大气污染防治“十二五”规划目标可达性分析
国家《大气污染防治行动计划》目标可达性论证 国家《大气污染防治行动计划》中期评估 “十一五”大气污染物总量减排的环境效果回顾性评估 在城市环境总体规划试点中首次提出大气环境红线的 “三维”概念体系，并以具体的技术方法实践
应用案例3：国家大气污染防治行动计划中 期评估（工程院牵头）
焦点问题：2013-2015年全国各区域、省市、城市PM2.5下
降了多少？其中人为贡献多少？气象的变化贡献的多少？ 后续反弹的可能性？ 研究方法：假设污染源排放不变，保持在2013年水平，采 用WRF-CMAQ空气质量模型模拟气象变化对空气质量的扰动， 厘清“人为贡献”与“自然贡献” 。
跨区域传输效应，核定主要大气污染物（SO2、NOx、
PM等）环境容量，尚缺乏有效技术方法与经验借鉴。
国家尺度大气环境决策分析平台
2016/5/11
基于大气环境容量的总量控制目标确定方法

使用 “总量-质量”一体化模 型系统
确定各模拟网格环境空气质量 目标 使用基准排放清单，模拟各网 格污染物浓度
全国多污染物高时空分辨率排放清单研究 国家重大环境决策实施环境效果评估
区域复合型大气污染调控技术
全国PM2.5污染的空间分布特征卫星反演
二、全国多污染物高时空分辨 率排放清单
排放清单地位-开展各项研究的基础
排放清单定义：各种污染源、各种污染物的时空排放信息
高化学分辨率 CB05、SAPRC99等 高空间分辨率 网格化清单 高时间分辨率 逐时
对比的情景分析方法。
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影响：凝聚信心，积累正能量
如果“十一五”期间全国不实施二氧化硫减排：2010年全国
排放总量将增至3423万吨，空气质量大幅恶化；
坚持污染物总量控制是降低PM2.5浓度的前提与必要条件。
空气质量指标 硫沉降总量 （万吨） 二氧化硫浓度 （μg/m3） 实际情况 676.32 34.78 4.86 47.40 不减排情景 1003.24 49.24 5.79 50.47 增幅（%） 48.34 41.58 19.13 6.47
Βιβλιοθήκη Baidu
吉林
黑龙江 上海 江苏 浙江 安徽 福建 江西 山东 河南
32.53
39.19 14.4 52.38 39.74 20.78 39.05 41.86 70.92 47.39
42.98
55.01 22.78 63.37 45.36 30.71 43.71 39 57.17 44.27
21.81
24.34 5.4 24.57 14.15 16.8 18.73 16.1 33.85 21.92
生活、交通源
时间分配
SO42NO3PM: by sectors
Source profile
BC OC ……
多尺度高时空分辨率网格化 排放清单
化学物种分配
构建包括空间、时间和化学物种分配等功能的网格化排放清单编 制技术方法，建立适用于空气质量模型的排放清单。
国家法规化主要大气污染物排放清单
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