秸秆焚烧对南京及周边地区空气质量的影响

【摘要】：生物质燃烧已成为全球重要的大气微痕量成分排放源,其排放及二次形成的气溶胶颗粒物、污染气体(CO、SO2、NOx、O3等)对区域和局地空气质量、大气化学过程乃至气候变化产生重要影响。我国是一个农业大国,每年有大量的农作物秸秆量产生。而长江三角洲地区由于其较为发达的经济,生活方式的改变,原本用于薪柴的秸秆被大量露天焚烧。所排放的污染物在不利于污染物扩散的天气形势下,会导致本地空气质量的恶化,并且向没有秸秆焚烧的城市群输送,对本身就不容乐观的城市空气质量造成非常严重的影响。 本文综合利用地面空气污染监测资料、卫星遥感火点监测资料、气象观测和NCAR/NCEP再分析资料及气流后向轨迹模拟,从污染事件发生的天气条件和大气边界层特征以及大气污染物的来源、输送路径等角度,对2008年10月28～29日和2010年11月1-2日南京及周边地区发生的两次严重的空气污染事件进行分析。结果表明,江苏和安徽地区秸秆焚烧产生的大气污染物向南京及周边地区输送,并结合不利于污染物扩散的天气形势和边界层条件,即：均压场结构、500hPa以下弱的垂直速度、涡度和散度、较低的边界层高度及逆温层的存在,以及地形因素是导致秸秆焚烧影响南京周边地区空气质量的主要原因。 在Streets2001年东亚地区0.1°×0.1°排放源和2006年0.5°×0.5°人为源的基础上,更新其中的人为源部分；同时利用江苏、安徽、浙江和上海地区的农业统计年鉴,统计计算三省一市2008年的秸秆产量,并以此推算出各月秸秆焚烧污染物的排放量,计算出三省一市的秸秆排放源,加入到生物质燃烧排放源中,再结合更新的人为排放源和原始生物排放源,得到新的排放源用于WRF-CMAQ的模式计算。 利用WRF-CMAQ模式结合新排放源对秸秆焚烧影响南京及周边地区空气质量的两次污染过程进行数值模拟研究。对秸秆焚烧的标志性产物PM10与CO的模拟浓度和实测浓度进行对比分析；同时关闭各地区秸秆排放源,研究各地区秸秆排放的污染物对南京污染的贡献大小。结果表明,模拟的PM1o和CO浓度时间序列较好地反映了两次过程的污染情况,加入秸秆源后模拟效果明显好于使用原始排放源模拟效果。各地区秸秆焚烧排放的污染物对南京污染的贡献以南京本地贡献最大,其次是苏中苏北和安徽地区,苏南地区和浙江地区的贡献很小。对模拟结果进一步分析发现,两次过程南京地区使用带有秸秆源的新排放源所模拟的03浓度均比使用原始排放源所模拟的03浓度要小,分析其原因发现,南京地区VOCs/NOx比值较小,处于VOCs控制区,而加入秸秆源后的NOx模拟浓度又有所增加,且在不利于光化学反应的天气形势下,加入秸秆排放源的O3模拟浓度较使用原始排放源要小。 【关键词】：南京及周边地区 空气质量 秸秆排放源 WRF-CMAQ 贡献率 O_3
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X51;X131.1
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究意义10-11
• 1.2 国内外生物质燃烧影响空气质量的研究进展11-14
• 1.2.1 地面和遥感观测研究进展11-13
• 1.2.2 模式研究进展13-14
• 1.3 我国秸秆燃烧排放源研究现状14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 第二章 秸秆焚烧影响南京及周边地区空气质量的分析16-36
• 2.1 个例一:2008年10月28、29日污染过程16-27
• 2.1.1 资料和研究方法16-17
• 2.1.2 空气污染事件描述17-19
• 2.1.3 空气污染气象条件和气流轨迹分析19-26
• 2.1.4 小结26-27
• 2.2 个例二:2010年11月1、2日污染过程27-33
• 2.2.1 资料和研究方法27
• 2.2.2 污染过程简述27-29
• 2.2.3 污染过程天气背景29-30
• 2.2.4 边界层特征和物理量分析30-32
• 2.2.5 后向轨迹模拟32-33
• 2.2.6 小结33
• 2.3 两次污染过程异同点33-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第三章 长江三角洲地区秸秆排放源的估算36-44
• 3.1 江苏、安徽、浙江和上海农作物秸秆利用现状36-37
• 3.1.1 江苏省农作物秸秆利用现状36
• 3.1.2 安徽省农作物秸秆利用现状36-37
• 3.1.3 浙江省农作物秸秆利用现状37
• 3.1.4 上海市农作物秸秆利用现状37
• 3.2 长江三角洲地区秸秆焚烧污染物排放清单37-42
• 3.2.1 各地区干秸秆的产生量38-39
• 3.2.2 长江三角洲各地区秸秆露天焚烧比例39
• 3.2.3 秸秆燃烧效率39-40
• 3.2.4 秸秆露天焚烧时间和污染物排放因子40
• 3.2.5 秸秆焚烧污染物的分配40-42
• 3.3 人为源的改进42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 秸秆焚烧影响南京及周边地区空气质量的数值模拟44-80
• 4.1 模式介绍与研究区域模式设置44-53
• 4.1.1 中尺度气象模式WRF45-48
• 4.1.2 空气质量模式CMAQ48-52
• 4.1.3 WRF模式参数设置及输入资料52-53
• 4.1.4 CMAQ模式参数设置及输入资料53
• 4.2 气象场模拟结果的验证53-57
• 4.3 个例模拟一:2008年10月28、29日污染过程57-64
• 4.3.1 试验方案设计57-58
• 4.3.2 南京地区模拟与实况对比58-60
• 4.3.3 南京周边典型城市模拟与实况对比分析60-62
• 4.3.4 秸秆焚烧污染物的输送62-63
• 4.3.5 各地秸秆源对南京污染的贡献63-64
• 4.4 个例模拟二:2010年11月1、2日污染过程64-68
• 4.4.1 南京地区模拟与实况对比64-65
• 4.4.2 南京周边典型城市模拟与实况对比分析65-66
• 4.4.3 秸秆焚烧污染物的输送66-68
• 4.4.4 各地秸秆源对南京污染的贡献68
• 4.5 秸秆焚烧影响空气污染浓度的物理化学过程分析68-71
• 4.6 秸秆焚烧对0_3的影响71-78
• 4.6.1 对流层0_3的生成和消亡机理71-73
• 4.6.2 秸秆焚烧对03的影响73-78
• 4.7 本章小结78-80
• 第五章 结论与展望80-82
• 5.1 本文研究主要结论80-81
• 5.2 创新点81
• 5.3 讨论和展望81-82
• 参考文献82-90
• 附表90-94
• 作者简介94-96
• 致谢96

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