（地图学与地理信息系统专业论文）惠州市大气污染扩散模拟研究.pdf

硕 ：学位论文 摘要 摘要 环境问题一直是科学家关注的重点，大气环境是其中一个重要的方面。大气 环境污染带来的危害对人类生存和发展带来了极大的负面影响。因此，通过有效 的途径来了解大气环境污染的程度是大气环境管理的重要工作内容。一般的方法 是通过现场监测来获取某个点位的值，再定性的描述整个区域的空气质量状况。 空气质量模型的发展使得这种定性转换为定量更为简单、便捷，它在人力、物力 上都优于传统的方法。 近年来，随着空气质量模型的发展出现了很多扩散模型，选择一种行之有效 的模型是大气环境管理工作首要解决的问题，高斯模型的广泛使用反映了这个模 型的不可替代的优越性。a e r m o d 是高斯模型的一种，也是我国环境保护部推 荐的法规应用级模型，但是该模型的应用还有待推广。 本文以工业发达的惠州市为研究区，运用a e r m o d 模型进行模拟，验证结 果表明该模型具有可信度后，再结合g i s 从不同的角度确立大气污染的空间分 布特征，进行相应的污染评价与分析，结果表明： ( 1 ) a e r m o d 模型验证精度在春季为5 7 1 4 ，冬季达6 4 2 9 ，能够满足 区域扩散模拟要求。 ( 2 ) 影响a e r m o d 模型精度的不确定性因素很多，其中一个重要的因素 就是受点密度的大小，研究表明：不考虑地形和污染源的分布情况，从时间花销 较少和精度较高的来考虑，l k m * l k m 的格网受点比较好。 ( 3 ) g i s 空间分析方法能够直观的反应一个区域的污染物浓度分布状况， 对a e r m o d 模型的输出结果进行分析时，采用不同的插值方法对于预测未知点 浓度的效果不一，研究表明：在研究区域内l k m * l k m 大小的受点密度条件下， 采用克里格插值方法较好。 ( 4 ) 运用a e r m o d 模型对研究区不同季节的污染浓度结果表明：气象因 素是影响污染浓度的一个重要因素，同样的污染源的区域，惠州市冬季的污染浓 度要高于春季，污染物浓度受每个季节不同风速、风向的影响。 ( 5 ) 为了整体上把握惠州市区域污染浓度分布状况，利用a e r m o d 模型 模拟的结果表明：研究区内中部地区的污染程度相比于其他区域要高，每个区域 污染的贡献率都各不相同。 关键词：大气污染；大气扩散模型；高斯模型；a e r m o d ；空间分析 a b s t r a c t 1 1 1 ee n v i r o n m e n t a li s s u e sa l w a y sc o n c e r n e db ys c i e n t i s t s a n dt h e a t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n ti so n eo ft h ei m p o r t a n ta s p e c t a t m o s p h e r i c p o l l u t i o n i n f l u e n c e sh u m a ns u r v i v a la n d d e v e l o p m e n t ，t h e r e f o r e u n d e r s t a n d i n gt h ee x t e n to fa i rp o l l u t i o ni ne f f e c t i v ew a y si si m p o r t a n t a t m o s p h e r i cc o n t e n to fe n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t g e n e r a la p p r o a c hi s t og e tt h ev a l u eo fac e r t a i np o i n tt h r o u g ho n s i t em o n i t o r i n ga n dt h e n q u a n t i t a t i v e l yd e s c r i p tt h ea i rq u a l i t yi nt h ee n t i r er e g i o n w i t ht h e d e v e l o p m e n to f t i l ea i rq u a l i t ym o d e l ，i ti sm a k et h eq u a l i t a t i v ea n a l y s i s i n t oq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sm o r e e a s ya n dc o n v e n i e n t ，w h i c hi sb e t t e rt h a n t r a d i t i o n a lm e t h o d si nm a n p o w e ra n dm a t e r i a lr e s o u r c e s i nr e c e n ty e a r s ，al o to fd i f f u s i o nm o d e la p p l i e di nt h e a t m o s p h e r i c e n v i r o n m e n t h o wt oc h o o s ea ne f f e c t i v em o d e li st h ef i r s tp r o b l e m si n a t m o s p h e r i c e n v i r o n m e n t a l m a n a g e m e n t h o w e v e r , t h e e x t e n s i v e a p p l i c a t i o no ft h eg a u s s i a nm o d e lr e f l e c t st h a tt h em o d e lc a nn o tb e r e p l a c e d a e i 蝴o di so n ek i n do fg a u s s i a nm o d e l w h i c har e g u l a t i o n a n d a p p l i c a t i o n l e v e l m o d e lr e c o m m e n d e d b y t h e d e p a r t m e n t o f e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，b u tt h ea p p l i c a t i o no ft h i sm o d e lr e m a i n st ob e p r o m o t i n g t h i sp a p e rc a r r i e do u tas e r i e so fs t u d i e so nh u i z h o uc i t yw h e r et h e i n d u s t r yi sm u c hd e v e l o p e d t h ev a l i d a t i o nr e s u l t si n d i c a t et h a tt h e a e r m o di sr e l i a b l e ；w ec a nc o m b i n ei tw i mg i st ov i e wt h es p a t i a l d i s t r i b u t i o no f a t m o s p h e r i cp o l l u t i o nf r o md i f f e r e n tp e r s p e c t i v e s w ea l s o t o o kas e r i e so fa p p r o p r i a t ea s s e s s m e n ta n da n a l y s i so nt h i s t h er e s u l t s s h o wt h a t ： ( 1 ) t h ev a l i d a t i o na c c u r a c yo ft h ea e r m o dm o d e li s5 7 14 i n s p r i n ga n d6 4 2 9 i nw i n t e r , w h i c hc o u l dm e e tt h er e g i o n a ls i m u l a t i o n s r e q u i r e m e n t s ( 2 ) t h e r ea r em a n yu n c e r t a i n t i e si na e r m o dm o d e l ，o n ei m p o r t a n t f a c t o ri st h ed e n s i t yo ft h ep o i n t ，a n dt h er e s e a r c hs h o w st h a t ：w i t h o u t c o n s i d e r i n gt h et e r r a i na n dt h ep o l l u t i o ns o u r c e s l o c a t i o n ，t h elk r n 木lk m g r i dd e n s i t yi s b e t t e r i nv i e wo fs p e n d i n gl e s st i m ea n di n h i g h e r p r e c i s i o n 1 1 ( 3 ) g i ss p a t i a la n a l y s i sc a ni n t u i t i v er e s p o n s ear e g i o n a ld i s t r i b u t i o n o ft h ep o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o n ，u s i n gt h eo u t p u to f t h ea e i u 江o dm o d e l t o p r e d i c t t h ec o n c e n t r a t i o n so ft h eu n k n o w n p o i n th a v e d i f f e r e n t i n t e r p o l a t i o nm e t h o d s ，e a c hm e t h o d sh a v ed i f f e r e n te f f e c t s ，s t u d ys h o w s t h a t ：t h ep o i n td e n s i t yo flk m 木l k mi nt h ea r e as t u d y , u s i n gt h ek r i g i n g i n t e r p o l a t i o nm e t h o dp e r f o r m sg o o d ( 4 ) t h eu s eo fa e r m o dm o d e lf o rt i l e s t u d yo fa i rp o i l u t i o n -一 d l l l - u s l o nmd i f f e r e n ts e a s o n s ，t h er e s u l t ss h o w st h a t ：m e t e o r o l o g i c a l f a c t o r sa r ei m p o r t a n tp a r t st h a ta f f e c tt h ep o l l u t i o nc o n c e n t r a t i o n i nt h e c a s eo ft h es a m es o u r c e so f p o l l u t i o na n dt h es o m ea r e ai nh u i z h o uc i t y , t h ec o n c e n t r a t i o no f p o l l u t i o ni sh i g h e ri nw i n t e rt h a ni ns p r i n g ；p o l l u t a n t c o n c e n t r a t i o nw a sa f f e c t e db yd i f f e r e n tw i n ds p e e d 。w i n dd i r e c t i o ni n d i f f e r e n ts e a s o n ( 5 ) i n o r d e rt o g r a s p t h ew h o l ed i s t r i b u t i o no f p o l l u t i o n c o n c e n t r a t i o n si nh u i z h o uc i t y , t h er e s u l t s s h o w st h a t ：t h ec e n t r a l r e g i o n sc o n c e n t r a t i o ni sh i g h e rt h a no t h e rr e g i o n s ；t h ec o n t r i b u t i o no f p o l l u t i o ni ne a c hr e g i o ni sd i f f e r e n t k e yw o r d s ：a i rp o l l u t i o n ；a t m o s p h e r i cd i s p e r s i o nm o d e l ；g a u s s i a n m o d e l ；a e r m o d ；s p a t i a la n a l y s i s 1 1 1 硕上学位论文第一章绪论 1 1 研究背景与意义 第一章绪论 在全球化发展的今天，环境已经成为国际上热点讨论的问题。随着2 1 世纪 中国继续深入改革，中国经济呈现出高速发展的态势，环境问题变得更加突出， 城市污染更为严重，并向农村扩张，对人类的健康造成危害的同时也极大的制约 了经济的发展，人类开始思考环境保护工作的重要性，环境科学家积极奔走呼吁， 环境质量问题也得到了越来越多的重视i 。 环境污染包括水污染、大气污染、固体废弃物污染等。据资料显示，目前我 国面临的十大环境问题中，大气污染是我国第一大环境问题【2 j 。大气环境污染对 人及生物会造成不同程度的危害，影响人类生存和发展。历史上曾经发生过数起 急性危害事件，例如，伦敦烟雾事件( 1 9 5 2 ) ，造成空气中二氧化硫高达3 5 m g m 3 ， 总悬浮颗粒物达4 5 m g m 3 ，一周内伦敦地区死亡4 7 0 3 人；洛杉矶光化学烟雾事 件( 1 9 4 3 ) 致使许多人喉头发炎，鼻、眼受刺激红肿，并有不同程度的头痛。大气 污染不仅仅能够短时间内能够对人类造成危害，低污染物浓度的空气长期作用下 产生慢性危害，这种危害往往不易引人注意，而且难于鉴别，比如慢性支气管炎、 哮喘、肺癌等。实践证明，美、日、英等工业发达国家近3 0 年来患呼吸道疾病 的人数和死亡率不断增加，就是这种慢性危害的结果。据经济合作与发展组织 ( o e c d ) 的报告预计，中国的空气污染每年将导致2 0 0 0 万人患上呼吸系统疾 病，到2 0 2 0 年之前，污染会导致中国6 0 万城市人口过早死亡，每年发生2 0 0 0 万例呼吸系统疾病，5 5 0 万例慢性支气管炎和健康受损病例，这可能使中国国内 生产总值损失1 3 i 3 1 。於方等对我国2 0 0 4 年大气污染造成的健康经济损失做出 的估计显示，每年因大气污染造成的损失低估约为1 7 0 3 亿元( 早死经济损失按人 力资本法计算) ，占同期地区合计g d p 的1 0 2 ；高估约为6 4 4 6 亿元( 早死经济 损失按支付意愿法计算) ，约占地区合计g d p 的6 0 1 4 1 。近几十年来，研究者 已经对大气污染问题进行大量研究，诸如光化学烟雾、酸雨等问题已经成为全球 大气科学研究的前沿性问题1 5 j 。 珠江三角洲作为我国经济发展的领头羊，其大气环境问题也备受内外众多环 保学者的关注【6 】【7 1 。从2 0 世纪7 0 年代以s c h 严重超标为特征的酸雨现象到近年 来结合汽车尾气排放的n o x ，c o 及随后形成的光化学烟雾等特征，城市的空气 质量在进一步恶化。惠州市作为珠江三角洲经济区的组成部分，大气环境问题不 容忽视。近年来，惠州市经济的蓬勃发展使得惠州市环境空气质量面临前所未有 的负担，自2 0 0 8 年实现全国文明城市的目标后，如何全面、协调、可持续发展， 硕十学位论文 第一章绪论 是其目前面临的一个重大课题。 一直以来，环境管理工作在环境保护中起着举足轻重的作用。2 0 世纪9 0 年 代以来，我国在全国范围内就开展了大规模的生态环境建设和综合治理，如1 9 9 8 年实施长江流域上游天然林的禁伐与保护工程、1 9 9 8 年实旌淮河流域环境污染 治理的零点方案、1 9 9 9 年发布了全国生态环境建设规划。同时又出台了一系列 的法律、法规，如水污染防治法、大气污染防治法、建设项目管理办法 等。 目前城市大气环境管理逐步由定性管理向定量管理转化和由浓度控制向实 行总量控制方向发展，对各种污染源空气污染物排放量与环境空气质量之间的定 量关系的确定已成为大气环境管理中最为关心的问题之一嘲。以数学方法描述源 与环境之间定量关系的空气质量模型，为环境管理、评价、规划和预测提供了坚 实的科学基础。 近年来空气质量模型的研究发展迅速，出现了很多模型，如统计模型、箱模 型、数值模型、高斯模型。不同空气质量扩散模型的主线基本均是通过对模型输 入输出的响应关系进行定性、定量分析，了解污染源浓度分布之间的内 在关系，从而对空气污染控制策略提供可靠性分析和环境效益分析。通过对空气 质量扩散模型计算结果、实测数据之间的对比，得出模拟结果的可信程度以及模 型的适用范围。通过模型的参数调整，使模型计算结果的误差和“不确定性”达 到最小化【9 j 。对比这些模型，目前国内外应用较为广泛的仍是假设烟羽浓度为正 态分布的高斯模型。 大气污染扩散模型a r e m o d ( a m s e p ar e g u l a t o r ym o d e l ) 是高斯 模型的一种，它由美国国家环保局联合美国气象学会组建法规模式改善委员会 ( a e i 湖i c ) 开发，目标是找到一个能够完全替代i s c 3 的法规模型【l o l 。新一代的法 规模型延续了i s c 3 的一些结构特点，它的输入与输出基本与i s c 3 相同，只是 引进了最新的扩散理论。该模型目前在国内的研究尚少，对于其在中国地区的适 用性仍未能得到广泛的认可，而我国环境保护部已经将它作为以后发展的一个应 用级法规模型。鉴于此，本文利用惠州市主要污染源，地形特征，气象数据同时 结合g i s 软件，从不同的时间段、不同的区域及不同分辨率条件下分析大气环 境污染的浓度特征，并对该模型的可信度做出验证。这对该模型的推广、空气质 量模型的研究和应用模拟水平无疑都具有推进作用，也将促进大气环境管理工作 由定性向定量方向过渡和发展。 2 硕士学位论文第一章绪论 1 2 国内外研究现状 1 2 1国外空气质量模型的发展 空气质量模型的研究随人类的工业化发展而发展。空气污染问题首先发生在 工业化发展迅速的国家和地区，在2 0 世纪6 0 年代初期，针对影响广泛的英国伦 敦烟雾事件和美国洛杉矾烟雾事件，首先发展了高斯类模型。高斯模型是一种半 经验模型，它假定下风向的污染物浓度符合正态分布。1 9 7 3 年，美国国家环保 局( u s e p a ) 推荐了这样一组模型，包括a p r a c 、c d m 等六种，在大气污染 应用模型用户网u n a m a p ( u s e r s n e t w o r kf o r a p p l i e dm o d e l i n go f a i r p o u m i o n ) 上公布。 随着研究的不断深入，7 0 年代末期到8 0 年代，空气质量模型加入较为复杂 的气象参数与反应机制，考虑了光化学反应机理，能够模拟臭氧、s o x 、n o x 的 化学过程和酸雨形成，此类模型广泛地应用于二次污染物的影响分析和控制措施 的改善。我们称之为第二代空气质量模型，这类模型类型包括统计型、轨迹型和 格网型。此类研究的兴起，促进了大气科学各个方面的研究进展，包括大气化学、 云雨物理、干湿沉降和数值方法等各个方面。代表模型有加拿大的a m s ，美国 的h p d m ，丹麦的o m l ，英国的a d m s 等，这些模型的特点是气象模块均基 于常规气象资料，所必需的气象数据有1 0m 高度上的风速，1 5m ( 或2m ) 高度 上的温度以及云量等。烟羽抬升和扩散计算所需要的特征参数，如摩擦速度u ， m o n i n o b u k h o v 长度l ，混合层厚度z ，以及湍流参数，均可通过常规气象数据计 算得到；抛弃了p a s q i l l g i f f o r d 扩散参数体系，因此，已没有必要再将大气边 界层的稳定度分成6 类或7 类，而只要根据热通量的正负，将其分成不稳定和稳 定2 类即可l l l l 。由于这类模型的尺度大，模拟转换过程复杂，受到计算机条件的 限制，模型的时空分辨率还相当粗糙，用的比较广泛的有a d m s 。 2 0 世纪9 0 年代后，e p a ( e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na g e n c y ) 支持开发了“第 三代模型 ( m o d e l s 3 ) ，为了将所有的大气问题均考虑到模型中，提出了“一 个大气层”的概念，即认为模型模拟应当包括各种污染物，应当能够覆盖各种时 空尺度【u l 。实际上m o d e l s 3 是汇集上述两个阶段模型的成果，结合计算机技 术的新发展，如地理信息系统、输出结果专门图形软件和因特网数据传输等，同 时增加新近得到重视的大区污染问题，如p m 2 5 和能见度等作为模拟对象。 m o d e l s 3 的复杂程度显而易见，而其复杂程度越高，发生的不确定程度也会 越强，因此m o d e l s 3 的推广应用还需要相当长的时间。 硕上学位论文 第一章绪论 1 2 2 国内空气质量管理模型的发展 国内对城市大气污染扩散模型及其评价的研究开展较晚，2 0 世纪7 0 年代末， 我国在局部地区的工业污染区进行污染扩散规律研究1 1 2 】。此时的研究多是借鉴 国外的一些模型，对其做出改进以适用于我国，如赵鸣1 1 3 1 将梯度传输理论求解 扩散方程，并根据实测浓度资料经验的确定相关参数，得到了较好的应用结果。 2 0 世纪8 0 年代初，在京津渤地区建立了二氧化硫区域烟团模型，计算了研究区 范围内的二氧化硫浓度分布，以及京津两市为中心的哑铃状的狭长地带1 1 4 】。全 国中小型磷肥厂大气污染协作组为了解丘陵地形条件下含氟气体对大气污染的 动态及其扩散稀释的状况，利用高斯模型在湖南和福建的三个磷肥厂甲、乙、丙 进行了大气扩散模拟1 1 5 1 。甘肃省环境保护研究所大气化学组关于研究兰州西固 石化地区的光化学烟雾研究中建立了光化学烟雾污染的柱子模型，经模拟结果表 明，此模型基本上适用于该地区源气象一污染物浓度之间的关系及污染物的时空 变化1 1 6 j 。大气扩散实验组在长江中游丘陵地区进行的一组大气扩散示踪实验， 目的在于探讨适合于这类丘陵地区的大气扩散模型和相应的稳定度分类机制，得 出了适用于高斯烟柱扩散模型的稳定度分类方法1 1 7 l 。1 9 8 8 年根据的实测的气象 资料和大气扩散参数，大气环境影响评价课题组选用了一系列大气扩散模型和烟 云抬升公式，计算了南京大厂区二氧化硫等污染物的浓度【1 8 1 。到9 0 年代，我国 广泛采用的是国际g b t 3 8 4 0 9 1 所推荐的高斯烟流模型和扩散参数体系，该模 型实际上是以美国e p a 的c r s t e r 模型为蓝本编制而成的f 1 9 1 。 近年来，我国大气环境呈现的区域性大气污染趋势，在过去单一物种的区域 模型基础上，成功研制多成分大气环境数值模型。其中有中国科学院大气物理所 研制和发展的嵌套网格空气质量预报模式系统( n a q p m s ，n e s t e da i rq u a l i t y p r e d i c t i o nm o d e l i n gs y s t e m ) 1 2 0 1 ，该模式可以同时用于研究不同尺度( 区域、城 市) 、不同成分的污染问题，王自发、李丽娜利用这个模式成功的模拟了北京市 2 0 0 6 年8 月份北京以及周边地区的臭氧污染情况【2 。王繁强，徐大海等瞄1 则通 过对国外模型的改进建立了一套区域大气质量预测评价业务平台，实现了从出事 资料处理到结果分析显示的自动和交互式操作。为了吸收国外研究结果，大气所 引进美国国家环保署( e p a ) 的区域多尺度空气质量模型m o d e l s 3 c m a q ，对其 改进后，建立了一个多尺度空气质量模式系统r a m s 2 c m a q 。 1 2 3 g i s 在大气污染扩散中的应用 g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是种采集、存储、管理、分析和描 述整个或部分地球表面、空间和地理分布有关的数据的空间信息系统，是分析和 4 硕七学位论文 第一章绪论 处理海量地理数据的通用技术【2 3 j 。它在数据的统计分析、空间分析和制图方面 都具有强大的功能。环境问题基本上都涉及空间分布的信息，而大气环境扩散模 型在空间数据操作，特别是其结果的显示表达方面仍存在着较大的困难，如何将 g i s 引入环境问题的研究中来，使得环境问题能够可视化的表达，直观地反映大 气污染扩散的空间变异特征是大气扩散模拟的一个很重要的应用方向。美国环保 局( e p a ) 在区域空气质量模型( 包括酸沉降模型、城市空气质量模型、拉格朗 日空气污染模型等) 的研究中，一直致力于g i s 和空气质量模型的结合，将模 型输入与输出结果进行空间表达，希望为用户提供一种便捷实用的空间分析工 具。k o s t a sk a r a t z a s 等把g i s 与大气扩散模型相结合，开发了适用于城市 的空气质量管理系统( u a q m s ) 【2 4 1 。我国对这一工作的研究已经逐渐开展，如 吴转璋【2 5 l 等利用g i s 空间分析和属性查询功能进行了福州市大气环境多因素的 复合分析；赵碧爿2 6 1 等将g i s 引入大气多源扩散研究领域，成功地解决了g i s 与大气污染扩散数据的连接问题，实现了大气污染扩散数据的计算机图形可视化 与计算机一次成图的功能；朱国成【2 7 】等利用g i s 与环境评价模型结合，利用很 小的区域反应污染物的浓度，强化了分析和统计工作。 1 3 本文的研究工作 在本研究中，大气环境容量总量控制污染因子确定为s 0 2 ，主要做了以下研 究： ( 1 ) 掌握大气污染扩散模拟在大气污染控制与管理工作中的重要地位，学习大 气污染控制的基本理论和基本原理，对国内外大气污染扩散模型的研究动态进行 了系统的学习与对比。 ( 2 ) 数值模拟在大气污染控制工作中具有重要的地位，各种模型又存在各自的 优缺点，根据模型的在惠州地区的适用性，以及模型所需数据的特点，选择了容 易掌握的大气污染扩散模型软件a e r m o d 进行研究。 ( 3 ) 系统学习和掌握a e r m o d 的使用，并对基本的点源和面源的扩散作了详 细的模拟研究；对污染源结果与理论值进行了对比，验证a e r m o d 的准确性和 可靠度。 ( 4 ) 模拟了污染源对周围区域的影响，对不同污染物的时间污染特性，地域分 布特征，对未知浓度的不确定问题合结合g i s 软件做出具体分析，同时实现污 染结果的可视化。 ( 5 ) 探讨a e r m o d 长期模型在大气污染控制工作中的可行性和存在的问题， 根据惠州市的实际状况和国家相关行业政策，简要提出惠州市大气污染控制对 5 至型兰堑望垒墨一一 釜二皇丝堡 一一 布早瑁 策、优化污染源布局的方案，改善惠州市投资环境。 1 4 技术路线 本文采取的技术路线如图卜1 所示： 图卜1 技术路线图 6 硕一l 学位论文第二章研究区概况和数据预处理 第二章研究区概况和数据预处理 2 1 研究区概况 2 1 1 自然概况 惠州市位于广东省东南部1 1 3 0 4 9 1 1 5 0 2 5 e ，2 2 0 3 3 - - - 2 3 0 5 7 ，n 之间，南临 南海大亚湾，与深圳、香港毗邻，是中国大陆除深州市外离香港最近的城市。区 域隶属珠江三角经济区，管辖三区三县，依次为：惠城区，惠阳区，大亚湾经济 技术开发区，博罗县，惠东县，龙门县，陆地面积1 1 2 万平方公里。地处低纬， 属南亚热带季风气候区，气候温和，多年平均气温在2 1 - 2 2 ，一年中气温大于 2 0 的天数，平均有2 3 8 天，小于1 5 的只有5 0 至6 0 天；雨量充沛，多年平 均降雨量为1 6 0 9 - 2 3 8 0 m m 。每年夏季受台风影响较大，风向季节转换明显，全 年主导风向为东南风，春季主要风向为东、东南风，而冬春之交为西南风，年平 均风速为2 0 m s ，各季平均风速在1 8 - 2 5 m s 之间；全年北风时，风速最大， 为2 5 m s ；西北偏西风时，风速最小，为1 5 n 似猫i 。 2 1 2 社会经济概况 研究区自1 9 8 8 建市以来，国内生产总值年均增长达1 9 5 ，近几年更是取 得了令人瞩目的成就，国内生产总值由2 0 0 2 年的5 2 5 2 亿元、2 0 0 3 年的5 9 1 0 亿元，增加到2 0 0 5 年的8 0 3 9 亿元、2 0 0 7 年的1 0 8 5 0 亿元。通过区划调整，城 市行政划分发生较大变化，为惠州市产业布局优化提供了一个良好的基础，三种 产业构成为1 2 1 ：5 7 1 ：3 0 8 。惠州市还培育了t c l 、德赛等一批大型国有( 控 股) 企业集团及侨兴、富绅等民营企业，建立了以电子通信产业为支柱，多行业 协调发展的综合工业体系，多项电子信息产品居全国、全球前列，被授予国家电 子信息产业基地的称号。1 9 9 8 年中国最大的中外合资项目中海壳牌南海石化项 目落户大亚湾到2 0 0 6 年项目的建成投产，产生了极大的产业聚集效应，推动了 产业结构调整升级和经济的发展。同时，惠州经济开始转型，数码产业成为另一 支柱产业。在经济高速发展和城市大规模开发建设过程中，惠州市坚持不以破坏 环境质量作为经济发展的代价，杜绝高污染、重污染、低产出、低效益的项目， 全面实施环境综合整治，强化环境监督管理，使惠州市总体环境质量维持稳定， 先后荣获“中国优秀旅游城市、“国家卫生城市一、“国家园林城市和“国家环 境保护模范城市 等称号，以及“全国双拥模范城、“中国人居环境范例奖、 7 硕士学位论文 第二章研究区概况和数据预处理 “全国造林绿化十佳城市等荣誉，实现了人口、资源、环境与经济、社会协调 发展【2 9 i 。 2 1 3 能源构成与大气污染概况 ( 1 ) 能源结构 研究区的能源消耗主要为煤炭、燃料油，并且随着工业企业的不断增加，消 耗量逐年上涨，据报告【2 8 1 显示，2 0 0 2 年总能耗量比1 9 9 9 年能耗量上升了3 1 5 ， 煤烟型污染是大气污染的主要类型。 ( 2 ) 大气污染状况 区内大气污染状况根据惠州市近几年环境现状调查报告 3 0 1 ，惠州市 2 0 0 1 - 2 0 0 5 年间二氧化硫、二氧化氮以及扬尘年平均值均达环境质量二级标准， 未出现超标现象。其中，2 0 0 2 年惠州市二氧化硫年均值为o 0 1 2 m g m 3 ，远低于 国家标准，日均值最高浓度为o 0 8 9 m g m 3 ，达国家二级标准，出现时间为冬季 ( 1 月份) ，日均值超标率为0 ，从季节变化看，二氧化硫浓度大小排列依次为 冬季，秋春季、夏季，并且在工业、交通、居住、商业混合区的年均浓度最高。 2 2 研究区数据获取与处理 2 2 1 地形数据 模型采用的地形数据来源于美国地质调查局( u s g s ) 的l ：2 5 万比例尺的 数值高程数据集，可以通过网站( h t t p ：e d c f t p c r u s g s g o v p u b d a t a d e m 2 5 0 ) 下 载。由于本文采用的a e r m o d 模型目前只能处理d e m 格式数据，所以下载的 其他类型的数据集可以通过a r c i n f o 、g l o b a lm a p p e r 等软件将其转化成d e m 格式数据。经过初处理的地形数据还必须经过a e r m a p 模块处理后转化成 a e r m o d 能接收的格式，如图2 1 所示，地形数据设置的范围如没有特别的说 明根据每次模拟区域的不同按照格网分辨率i k m xi k m 划分格网点。 8 硕士学位论文第二章研究区概况和数据预处理 2 2 2 气象数据 图2 - 1a e r m a p 地形处理 气象数据包括地面气象数据和探空气象数据，数据分别来源于美国国家气候 数据中心( n c d c ，2 0 0 8 ) 和国家海洋和大气管理局( n o a a ，2 0 0 8 ) 的数据库， 可以从美国网站( h t t p ：e s r l n o a a g o v r a o b s ) 下载。地面气象数据下载的是惠州 市博罗和惠阳的地面气象站数据，根据a e r m o d 模型数据要求，只需要一个地 面气象站数据，本文采用博罗地面气象站数据，站点的经纬度位置为：1 1 4 0 4 2 r e ， 2 3 0 1 1 ，n ，站点海拔1 7 m 。探空数据采用的是距惠州较近的平远探空站一天两次 的探空数据，站点位置为：1 1 3 0 0 3 1 3 ，2 3 0 4 0 n ，海拔高度1 9 m ，下载后的气象数 据通过a e r m e t 模块进行处理，如图2 2 所示。 r _ i l l 口hl l t - m ”口f ! d o bh d 9 口移日；辆叠国锄；徊圈 雷 脚o s 竹 妯 脚坤弹r 袅d o 噶a ，s i e ，o i p i t 确喇懈脚 h 岫s “d d l 丑 s “v l 粕 l h 目n s w 协o 0 a 伸哪“0 蕾时铀埔t 袖- 喇 f ti n c d c t d 一3 5 0 5 一o 一垒! 懋曼l ( y v r v 删 9 n d t 隗f m “2 * 口n - 一姗2 口j 州目型垦j 剧 铷a m ； e r d _ k 岬c e n 舯n 1 口w 日e 1 一 一 飙b 捌豫b 轼断d 两万一 漱；擘竹曲蝴 l n m 铂一 t s l a l o c a u o i _ r7 一 ” 岫2 3 1 6 6 目4 4 型互：恻t 。“。“j ”( 。”酬一 岫i2 6 8 3 3 3 剜霉? r m 【m o o m - 广r e f 獬t 曲n 一嘎尉s 哳咛 r f 越e 脯b 删吣n v 甘岫i 。r h d $ f 讲州h 口晴氨f 岫曲妒“ vr 蜊t o 卸e c i t y 口时t i 蝌1 蜥，- 倒r 憎自舯辩矗柏响“m t 啪州廿竹洲a n d e m 埔o f 们e 曲t o b er d ，喇 图2 - 2a e r m e t 气象处理 9 硕士学位论文 第二章研究区概况和数据预处理 2 2 3 污染源数据 根据所收集的数据，本文主要对两类污染源：点源和面源进行模拟分析。点 源和面源的划分按照城市大气环境容量核定技术报告编制大纲提出的要求， 将小于等于3 0 m 的污染源作为面源，其余数据做点源处理。点源和面源测算因 子都选择了污染源数据精度较高的s 0 2 ，所收集的污染源数据格式需要进行坐标 转化，将经纬度坐标转化成a e r m o d 所能输入的坐标格式，然后对源强数据整 理进行整理就可以得到a e r m o d 所输入的点源和面源的格式文件。 ( 1 ) 点源数据分析 研究区内点源根据统计结果为8 0 个，其中高架源( h 1 0 0 m ) 的只有一个， 为惠州市热电厂，位于惠州市城区西部下角梅湖工业区，排放源强s 0 2 为9 6 5 5 吨年，占点源排放量的1 3 4 ；中架源7 9 个( 3 0 m