京津冀民用燃煤减排对大气中苯并[a]芘污染影响模拟研究

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民用燃煤是京津冀地区大气污染物的重要排放源。针对民用燃煤排放源制定的排放控制政策能够有效地减少京津冀地区大气污染物的排放总量,对改善该区域的空气质量起到非常重要的作用。本研究基于最新全球高分辨率大气BaP排放清单(PKU-BaP-2014),该清单根据调查数据更新了民用源部分的排放数据,依据京津冀地区民用燃煤治理相关政策及行动计划和京津冀地区各城市民用燃煤治理措施实施的情况,设计了基准模拟情景和低削减和高削减共三种模拟情景。采用综合空气质量模型系统Models-3/CMAQ对包括作为基准情景的2014年4个典型季节代表月(1月、4月、7月和10月)和低削减和高削减两个减排情景下的民用燃煤减排对大气中BaP污染环境影响开展模拟,评估京津冀民用燃煤减排对大气中BaP污染的改善效果,以期为该地区民用燃煤治理及空气质量改善提供科学依据。得到的主要结论如下:(1)京津冀地区大气BaP源排放具有明显的季节变化特征,1月源排放速率较大,4月、7月和10月源排放速率较小且变化不明显,这或与采暖季燃煤排放量增加有关,各月大气BaP源排放总量依次为13.60吨、8.15吨、8.55吨和8.19吨。从空间分布来看,京津冀南部地区包括北京南部区域、保定、石家庄、衡水、邢台等人口密集区的大气BaP源排放速率较高,而京津冀北部包括承德、张家口、秦皇岛等人口稀疏区的大气BaP源排放速率较小。(2)颗粒相BaP浓度和沉降量模拟值与实测值的比较结果表明模拟值和实测值相差不大,量级基本一致,模拟值与检测值对比验证的结果处于可接受的范围内,总体模拟效果较好。(3)基准情景模拟结果表明大气中BaP浓度季节变化显著,1月浓度较高,4月、10月次之,7月浓度最低。京津冀大气中BaP年均浓度为2.45 ng/m3,超过国家空气质量标准(1 ng/m3)。大气BaP浓度与源排放的空间分布基本相同,并具有显著的传输和扩散效应。同时BaP浓度和PM2.5浓度呈现一定的正相关。BaP干沉降与浓度和源排放的空间分布相似,而湿沉降与降水相关,主要集中分布在京津冀北部区域。总体上京津冀大气BaP的湿沉降通量高于干沉降通量。BaP总沉降通量呈现10月和4月较大,7月和1月较小的季节变化特点,空间分布上天津、石家庄、邯郸等总沉降通量较大。(4)低削减和高削减两个减排模拟情景的模拟结果分别与基准情景的模拟结果比较,1月大气BaP浓度下降最为显著,4月、7月和10月BaP浓度降低略有降低。1月京津冀整体BaP浓度低削减情景下降低22.38%,高削减情景下降低35.55%。从城市尺度来看,北京、天津、保定和廊坊BaP浓度降低最为显著,与基准情景比较,低削减情景下分别降低34.88%、23.20%、30.30%、36.12%,高削减情况下分别降低41.40%、35.59%、42.70%、46.83%。BaP干、湿沉降下降特征与BaP浓度下降特征相似。(5)BaP浓度与PM2.5浓度具有相似的季节变化特征和空间分布,两者在大气中的浓度存在一定的正相关性。低削减和高削减两个减排模拟情景下的BaP浓度下降比例与PM2.5浓度下降比例也呈现一定的正相关。其中4月、7月和10月BaP浓度和PM2.5浓度下降比例的相关性好于1月。高削减与低削减模拟情景比较,大气BaP浓度和PM2.5浓度降低更为显著。(6)整体来看,京津冀“禁煤区”的设立对北京、天津、保定和廊坊大气BaP污染的改善效果较好,京津冀民用燃煤联防联控措施的实施使得大气PM2.5和BaP污染协同控制效果更好。
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