区域大气污染联防联控技术集成示范

• 污染源排放的协同控制与深度治理
• 联防联控机制体制的构建与运行
• …
测量平台与快速高灵敏监测技术
瞬态和暂态中间体的直接准确测量
关键仪器
自由基：Laser induced fluorecense, Cavity
外场观测
ring down spectroscopy 同位素：Isotope-ratio mass spectrometry
NOx
VOCs
PM10
解决了中国区域排放清单的模式适用性
全国、区域、城市三重嵌套的 高分辨率排放清单
区域排放清单时间分辨 率可达1h
化学物种模块可提供6种 常见化学机制的排放
过去
现在
省、县、企业
10km、1km 月、小时 500种, 直接动态满足 各类机制
计算单元 空间分辨率 时间分辨率
化学成份分解
理机制；
传统的属地管理模式亟需在体制上实现突破。
欧盟CLRTAP 美国南加州空气 质量管理局
中国城市化的大 气环境管理问题
提出了珠三角区域协调的管理模式
三位一体的区域大气管理模式 组织保障框架
协商管理
整合管理
公共管理
广东省人民政府
各市及港澳
相关行政部门
企业、公众等 利益相关方
区域空气质量 管理委员会
• 自由基的作用？（NOx和VOCs光化学产生自由基的机制？）
• 表面多相反应？（能否解释SOA+SNA的快速增加？）
70 60
50
硫酸盐，ug/m3
0.5
[硫酸盐]
0.4
硫酸盐 /(SO2+硫酸盐）
40
30
0.3
0.2
20 0.1 10 0
[硫酸盐] /([SO2]+ [硫酸盐]
2013/1/26 2013/1/28 2013/1/30 2013/2/1
ratio
60.0%
Reduction scenarios
50.0%
亚运方案研究 目前实际控制
广州与周边地区协调
40.0%
O3和PM2.5为重点
多污染协同控制
30.0%
20.0%
10.0%
0.0%
SO2
NOx
来自百度文库
PM10
VOC
广州亚运空气质量保障
珠江三角洲大气污染联防联控规划
指导思想：以统筹区域环境资源为主线，以多污染物协同控制 为手段，健全区域大气污染联防联控管理与运行机制，努力 解决珠三角光化学烟雾、酸雨及灰霾等突出大气环境问题， 为增强区域整体可持续发展能力提供环境基础。
灰霾成因诊断：
“三组分”光学平衡模型 多元线性回归分析MLR
成因 诊断
受体来源解析：
CMB、PMF，MLR，源解析技术集成
动态源追踪：
标识法、OSAT、PSAT、GOAT
气象过程与污染输送
印痕函数、轨迹分析、输送通道
来源 解析
区 域 污 染 诊 断 识 别 的 技 术 体 系
源-受体关系解析：
伴随模型、逆向模拟、敏感系数
大气污染综合防治 目标、规划、评估
机动车尾气控制 „ „ „
广州市亚运会 空气质量保障
区域大气 科学中心
珠三角区域协调的组织架构与运作机制
整体而言，珠三 角区域协调的制 度创新 2个机构 – 珠三角空气质 量管理委员会 – 珠三角区域大 气科学中心 1个机制 – 珠三角九市区 域合作机制
技术目标
以多污染物协同控制和多目标空气质量调 控为指导，按照“深化、拓展、集成、跨越” 的总体思路，突破多污染物快速在线集成监测、 高分辨动态污染源清单、实时全耦合空气质量 预报和跨省城市群空气质量调控的关键技术， 构建清洁空气技术系列工具包，形成中国特色 世界水平的大气复合污染防治技术体系
在示范区的目标
超级站
研发的主要监测设备
Water soluble components
VOCs-OVOCs Ram-LIDAR
Aerosol Sizer
Aerosol Sizer
SPAMS
OC/EC
O3 Lidar
多源卫星大气污染监测系统的推广应用
完成了国家环境保护部“环境与灾 害监测预报小卫星星座环境应用系 统软件工程：环境空气遥感分系 统”，实现了“863”计划研究成 果直接服务于我国国家需求。
一．前期工作基础 二．项目总体目标
三．主要任务与研究内容
示范区的选择
通过典型区域的技术示范，支撑东部地区大气
污染防治工作，加速空气质量改善的进程：
• 京津冀区域大气重污染综合治理 • 长三角空气质量改善与重点行业排放控制
• 珠三角区域大气PM2.5先行达标
Thanks！
多模式集成预报技术体系
误差智能识别 各种观测 气象 空气质量 航测 卫星 污染源 最优插值同化 源识别与跟踪 卫星资料模式 参数优化 城市冠层 模拟技术 复合污染 化学模块
过程分析
敏感性分析 反向模拟
集合卡尔曼滤波
污染源反演
污染源模型 SMOKE 气象模型 MM5
CAMx
NAQPMS
CMAQ
权重平均
人类社会经济活动
方案设计
策略 管理 政策 法规 技术
响应系数 方 案 模型
源 强
控制措施 规划源
背景
控制点目标 条件： ≤ 驱动关系模型
污染源
大气环境
生态环境
人类发展
优化方案
方案修订
工程化法规模型
方案分析评估
方案比较
目标设计
气象
下垫面
费效 分析
损益 分析
标准
指标体系
动态目标
技术单元
图例： 方案结果 结构体系
珠三角PM2.5现状及在全国的位势
140
115
PM2.5浓度平均
91 69 44 75 85 61
浓度，ug/m3
105 70
空气质量达标比例
78
京津冀：31.0%
29
35 0
长三角：57.5%
24
珠三角：79.8%
中国环境监测总站：1-6月74个城市资料
70
PM2.5 (2012-2013）
各 市：达标~51.4% 珠三角：24.3%
充分利用国家科技计划已有科技成果，以技术系统集成为重点， 研究构建适合区域特点的大气污染联防联控技术系统和应用平 台，实现对大气污染动态源解析、立体监测、预报预警、决策 支撑等技术模块综合集成，推动平台尽快成为支撑区域大气污 染联防联控科学管理的业务化中心；全面推广应用工业源控制、 移动源控制、生活源控制等技术成果，为区域内污染源的有效 控制提供技术支撑。 经过2-3年的努力，实现区域大气污染源的有效控制，形成基 于“识别污染问题-诊断污染来源-确定减排目标-实施控制方 案-评估防治计划”的城市群空气质量管理模式，支撑重点区 域大气污染联防联控工作并加速城市群空气质量的明显改善。
35
国十条：-15%
0
广州 深圳 珠海 佛山 江门 肇庆 惠州 东莞 中山 顺德 PRD
达 标：-25%
一．前期工作基础 二．项目总体目标
三．主要任务与研究内容
环境科技面临的巨大挑战
《大气污染防治行动计划》的目标： 京津冀、长三角、珠三角
• 监测预警技术的产业化推广与业务化应用 • 重污染成因的系统表征与精准模拟
• 气象条件、污染源、空气质量的响应关系
90 80 70
annual haze days (left) y = -2488.2 + 1.2803x (n=51, p<0.0001) annual no-precipitation days (right) y = -794.5 + 0.5183x (n=57, p<0.0001) global temperature anomaly (right offset) y = -24.7 + 0.0126x (n=57, p<0.0001)
0
2013/1/24
空气质量预报：重污染过程的模拟
900
模型可以预报重污染趋势， 但模拟浓度水平严重偏低； 静小风和重污染条件下：
PM2.5，ug/m3
800
观测
模型 模型+气象反馈
700
600 500 400 300 200 100 0 1/1 1/6 1/11 1/16
• 气象条件：边界层结构、
区域大气污染联防联控技术
集成与示范
国家空气质量管理进入新阶段
一次污染防治 单一城市管理 单一污染物控制 二次污染防治 区域协同联动 多污染物协同控制
污染特征、形成机制、来源解析、 防治策略、调控对策
区域大气复合污染综合防治技术
一．前期工作基础 二．项目总体目标
三．主要任务与研究内容
大气污染立体监测技术体系
-.4
Year
Global Temperature Anomaly (℃ )
No-precipitation Days
Annual Haze Days
项目总体目标
结合重点区域蓝天工程，推进大气污染源 解析（动态）、监测预警、工业源控制、 移动源控制、生活源控制、决策支撑等技 术集成研究与业务化应用，构建区域大气 污染联防联控综合技术示范平台，为区域 环境空气质量达标提供整体技术方案及示 范案例。
多元回归
神经网络
集合滤波
重大活动预警
集成预报产品
空气质量预报
空气质量多模式集成预报业务化平台
提供1-3天气象要素和空气质量的精细预报和7天的趋势预报. 短期预报的不确定性小于20%； 自动化、智能化、完成预报的时间小于8小时。
— 无人值守 — 自动数据下载 — 自动运行模式 — 自动绘图 — 自动统计分析
活性含氧含氮有机分子：chemical ionization
mass spectrometer 分子簇：Neutral and Ion cluster spectrometer
外场观测
外场观测
区域监测
实验室模拟
重污染过程中二次粒子的形成机制
夏季反应机制：气相光（热）化学反应和非均相反应 冬季反应机制：？
省
1度 年均 20种, 间接静态满足 化学机制
污染成因诊断与来源解析的技术体系
区 域 立 体 监 测 网 与 动 态 源 清 单
区域空气质量模拟与同化
CMAQ，CAMx，NAQMS，WRF-Chem
边界层气象与污染特征
MM5，矢量和、大气边界层特征解析
现状 评估
二次污染与前体物关系诊断：
OBMs，SPM，DDM，HDDM，EKMAs 过程分析、积分速率、二次气溶胶
260
.8
250
.6
.4
在排放总量不能 有效消减的情况 下，应急措施需 要常态化
60 50 40 30 20
240
.2
230
0.0
灰霾天数与不降水天数、 全球温度都呈现正相关
220
-.2
10 210 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
系统监测内容：
• • • • • • 气溶胶光学厚度、霾分布 颗粒物PM2.5, PM10 污染气体NO2, SO2 , CO 温室气体CH4 秸秆焚烧监测 ……
NO2柱浓度监测结果（2009）
占地28亩，实验室面积2200平方米，投资3000万
多尺度高分辨动态污染源清单与可视化平台
离线数据库
在线数据库 (www.meicmodel.org)
区域及局地风场 • 化学机制：颗粒物表面反 应、复合污染化学模型 • 污染与气象的相互作用： 双向反馈的机制及参数化
1/21
1/26
1/31
北京1月PM2.5预报和观测对比,王自发
大气污染的气候学成因与气象条件
气候变化与气象条件的长期演变与分区特征
• 自然大气运行规律与环境容量
气象条件与污染形成的相互作用
数据库
珠江三角洲大气复合污染立体监测预警系统
区域 反馈 (确定控制目标，评估成效)
预报 政策 控制 应急
空气质量多模式 预报系统
1个超级站 + 8 个区域站 + 50 个城市站
多尺度动态污染源 清单平台
技术集成示范与珠江三角洲空气质量监控大厅
区域协调管理的需求分析
大气污染特征本质变化，客观上要求构建区域尺度的管
多模式系统/ 计算机群 无限 带宽
磁盘阵列
操作终端
会商演示
下载资料 气象场模拟
网络
空气质量预报
用户终端
数据后处理
— 自动生成网页
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03:30
6:30
7:30
区域大气复合污染调控与决策支持平台
情景设计
情景变量
措施对策
策略设计
客户端主界面
基于容量优化模型
控制成本 目标： Min
增长模式 能源 交通 工业 农业 生活