一种估算细颗粒物及其前体物环境容量的新方法技术

本发明专利技术提供一种估算细颗粒物及其前体物环境容量的新方法，包括：得到大气静态总容量；得到污染物水平方向输送总量；得到干沉降总量和湿沉降总量，再求和得到沉降总量；得到水平扩散总量和垂直扩散总量，再求和得到扩散清除总量；将水平方向输送总量、沉降总量和扩散清除总量求和，得到大气动态容量；求和大气静态总容量和大气动态容量，再进行修正，得到污染物订正后的环境容量。优点为：从污染物生成、转化、消亡等物理化学过程量化大气对污染物的容纳能力，并且细颗粒物及其前体物的环境容量具有时空动态特征，采用本发明专利技术提供的方法估算大气污染物环境容量时，结果更为逼近真实监测值。还具有估算过程简单快速、计算量小的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境科学
，具体涉及一种估算细颗粒物及其前体物环境容量的新方法。
技术介绍
大气环境容量是指一个区域在某种环境目标约束下的大气污染物最大允许排放量。大气环境容量在我国一直被作为支撑国家大气污染物总量控制和空气质量管理的重要依据。目前，大气环境容量核算方法主要包括：A-P值法、多源模型法、线性规划法、第三代空气质量模式迭代算法。A-P值法以空气质量标准为控制目标，在大气污染物扩散稀释规律的基础上，使用控制区排放总量允许限值和点源排放允许限值控制计算大气环境容量，其中，A值法计算大气环境容量，P值法计算各个点源的允许排放量，主要根据控制区及各功能区面积大小控制容量大小。该方法优点是参数简单，易操作，缺点是对大气物理过程考虑简单，定量考察性不强，且不能满足区域尺度容量计算的要求，更不能计算如细颗粒物等的二次污染物环境容量。前期研究也表明，用该方法计算大气环境容量存在较大的误差，可用于宏观指导，不能用于预测和估算。多源模型法是一种基于大气扩散模式建立区域内排放源和空气质量的响应关系，并通过空气质量约束反推排放强度，以此估算大气环境容量的方法。常用的多源模式主要为第二代模式，包括ISC3模式、CALPUFF模式、AERMOD模式和ADMS模式，目前，该类方法已广泛应用于区域大气环境容量的测算。该方法计算过程相对简单，但由于第二代模型本身设计的缺陷，未充分考虑二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物等一次污染物向细颗粒物转化的物理化学过程，也不能满足区域尺度的计算需求，因此，不能用于计算区域尺度细颗粒物环境容量。线性规划法的特点是将污染源及其扩散过程与控制点联系起来，以目标控制点的浓度达标作约束，通过线性、非线性规划或整数规划等优化方法确定点源的最大允许排放量或削减量。该方法的优点是具有针对性，缺点是需要假设污染源与受体之间的关系为线性关系或人为规定的某种特定非线性关系，模型依赖的因素繁多，不易操作，且该方法也不能计算细颗粒物的环境容量。第三代空气质量模式迭代算法在近几年出现，该方法以环境质量为约束，通过不断调整排放强度并进行多次模拟，求得符合达标约束的排放量作为其大气环境容量。该方法可实现细颗粒物环境容量计算，但需要反复模拟，计算量大，且基于空气质量反退化原则的单纯减排方案会导致未超标地区环境容量严重低估。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种估算细颗粒物及其前体物环境容量的新方法，可有效解决上述问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种估算细颗粒物及其前体物环境容量的新方法，包括以下步骤：步骤1，对于被估算的三维评价区域，建立空间投影坐标系XYZ；其中，X方向和Y方向位于水平面；Z方向为垂直方向；步骤2，在水平方向，按设定的网格分辨率，将所述三维评价区域进行网格化处理，将其格网化为x*y个网格，其中，x为X方向网格数量，y为Y方向网格数量；在垂直方向，按照设定的垂直方向层数，再将已水平方向网格化的所述三维评价区域划分为z层，其中，z为Z方向的层数；步骤3，利用中尺度气象模式模拟计算所述三维评价区域评价年的气象要素逐小时均值，获得第三代空气质量模式模拟计算必需输入的气象参数，包括：每个网格在x方向的风速ui,j,k以及每个网格在y方向的风速vi,j,k；步骤4，利用第三代空气质量模式模拟计算所述三维评价区域评价年的大气污染物浓度逐小时均值，获得步骤2得到的每个网格的空气质量参数，包括：污染物成分、污染物的浓度ci,j,k、干沉降过程清除的污染物浓度湿沉降过程清除的污染物浓度水平扩散过程清除的污染物浓度和垂直扩散过程清除的污染物浓度步骤5，读取基于国家环境空气质量标准等级的污染物标准浓度限值cstd以及各层评价柱体的体积Vk，基于公式1计算得到三维评价空间的大气静态总容量Qstatic：Qstatic=Σk=1zcstd×Vk---(1)]]>步骤6，对于任意的第i,j,k网格，读取该网格的污染物浓度ci,j,k、在x方向的风速ui,j,k、在y方向的风速vi,j,k、在x方向网格分辨率dxi,j、在y方向的网格分辨率dyi,j和网格高度dzi,j,k；再读取到第i-1,j,k网格的ui-1,j,k、dyi-1,j和dzi-1,j,k；再读取到第i,j-1,k网格的vi,j-1,k、dxi,j-1和dzi,j-1,k；然后，基于公式2计算得到第i,j,k网格的网格水平输送量Fi,j,k：Fi,j,k＝ci,j,k×ui,j,k×dyi,j×dzi,j,k+ci,j,k×ui-1,j,k×dyi-1,j×dzi-1,j,k(2)+ci,j,k×vi,j,k×dxi,j×dzi,j,k+ci,j,k×vi,j-1,k×dxi,j-1×dzi,j-1,k在分别计算得到每个网格的网格水平输送量后，基于公式3，对每个网格的网格水平输送量进行求和计算，得到三维评价空间的污染物水平方向输送总量F：F=Σi=1xΣj=1yΣk=1zFi,j,k---(3)]]>步骤7，对于任意的第i,j,k网格，读取干沉降过程中该网格清除的污染物浓度和该网格保留的污染物浓度ci,j,k；然后，基于公式4计算得到该网格的干沉降量Ddryi,j,k=Vdryi,j,k×cstd=cdryi,j,kcdryi,j,k+ci,j,k×cstd---(4)]]>在分别计算得到每个网格的干沉降量后，基于公式5，对每个网格的干沉降量进行求和计算，得到三维评价空间的干沉降总量Ddry：Ddry=Σi=1xΣj=1yΣk=1zDdryi,j,k---(5)]]>步骤8，对于任意的第i,j,k网格，读取湿沉降过程中该网格清除的污染物浓度以及该网格保留的污染物浓度ci,j,k；然后，基于公式6计算得到该网格的湿沉降量Dweti,j,k=Vweti,j,k×cstd=cweti,j,kcweti,j,k+ci,j,k×cstd---(6)]]>在分别计算得到每个网格的湿沉降量后，基于公式7，对每个网格的湿沉降量进行求和计算，得到三维评价空间的湿沉降总量Dwet：Dwet=Σi=1xΣj=1yΣk=1zDweti,j,k---(7)]]>步骤9，基于公式8，将步骤7得到的干沉降总量Ddry和步骤8得到的湿沉降总量Dwet进行求和计算，得到三维评价空间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种估算细颗粒物及其前体物环境容量的新方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对于被估算的三维评价区域，建立空间投影坐标系XYZ；其中，X方向和Y方向位于水平面；Z方向为垂直方向；步骤2，在水平方向，按设定的网格分辨率，将所述三维评价区域进行网格化处理，将其格网化为x*y个网格，其中，x为X方向网格数量，y为Y方向网格数量；在垂直方向，按照设定的垂直方向层数，再将已水平方向网格化的所述三维评价区域划分为z层，其中，z为Z方向的层数；步骤3，利用中尺度气象模式模拟计算所述三维评价区域评价年的气象要素逐小时均值，获得第三代空气质量模式模拟计算必需输入的气象参数，包括：每个网格在x方向的风速ui,j,k以及每个网格在y方向的风速vi,j,k；步骤4，利用第三代空气质量模式模拟计算所述三维评价区域评价年的大气污染物浓度逐小时均值，获得步骤2得到的每个网格的空气质量参数，包括：污染物成分、污染物的浓度ci,j,k、干沉降过程清除的污染物浓度湿沉降过程清除的污染物浓度水平扩散过程清除的污染物浓度和垂直扩散过程清除的污染物浓度步骤5，读取基于国家环境空气质量标准等级的污染物标准浓度限值cstd以及各层评价柱体的体积Vk，基于公式1计算得到三维评价空间的大气静态总容量Qstatic：Qstatic=Σk=1zcstd×Vk---(1)]]>步骤6，对于任意的第i,j,k网格，读取该网格的污染物浓度ci,j,k、在x方向的风速ui,j,k、在y方向的风速vi,j,k、在x方向网格分辨率dxi,j、在y方向的网格分辨率dyi,j和网格高度dzi,j,k；再读取到第i‑1,j,k网格的ui‑1,j,k、dyi‑1,j和dzi‑1,j,k；再读取到第i,j‑1,k网格的vi,j‑1,k、dxi,j‑1和dzi,j‑1,k；然后，基于公式2计算得到第i,j,k网格的网格水平输送量Fi,j,k：Fi,j,k＝ci,j,k×ui,j,k×dyi,j×dzi,j,k+ci,j,k×ui‑1,j,k×dyi‑1,j×dzi‑1,j,k+ci,j,k×vi,j,k×dxi,j×dzi,j,k                 (2)+ci,j,k×vi,j‑1,k×dxi,j‑1×dzi,j‑1,k在分别计算得到每个网格的网格水平输送量后，基于公式3，对每个网格的网格水平输送量进行求和计算，得到三维评价空间的污染物水平方向输送总量F：F=Σi=1xΣj=1yΣk=1zFi,j,k---(3)]]>步骤7，对于任意的第i,j,k网格，读取干沉降过程中该网格清除的污染物浓度和该网格保留的污染物浓度ci,j,k；然后，基于公式4计算得到该网格的干沉降量Ddryi,j,k=Vdryi,j,k×cstd=cdryi,j,kcdryi,j,k+ci,j,k×cstd---(4)]]>在分别计算得到每个网格的干沉降量后，基于公式5，对每个网格的干沉降量进行求和计算，得到三维评价空间的干沉降总量Ddry：Ddry=Σi=1xΣj=1yΣk=1zDdryi,j,k---(5)]]>步骤8，对于任意的第i,j,k网格，读取湿沉降过程中该网格清除的污染物浓度以及该网格保留的污染物浓度ci,j,k；然后，基于公式6计算得到该网格的湿沉降量Dweti,j,k=Vweti,j,k×cstd=cweti,j,kcweti,j,k+ci,j,k×cstd---(6)]]>在分别计算得到每个网格的湿沉降量后，基于公式7，对每个网格的湿沉降量进行求和计算，得到三维评价空间的湿沉降总量Dwet：Dwet=Σi=1xΣj=1yΣk=1zDweti,j,k---(7)]]>步骤9，基于公式8，将步骤7得到的干沉降总量Ddry和步骤8得到的湿沉降总量Dwet进行求和计算，得到三维评价空间的沉降总量Dep：Dep＝Ddry+Dwet                (8)步骤10，对于任意的第i,j,k网格，读取水平扩散过程中该网格清除的污染物浓度和该网格保留的污染物浓度ci,j,k；然后，基于公式9计算得到该网格的水平扩散量Dhori,j,k=Vhori,j,k×cstd=chori,j,kchori,j,k+ci,j,k×cstd---(9)]]>在分别计算得到每个网格的水平扩散量后，基于公式10，对每个网格的水平扩散量进行求和计算，得到三维评价空间的水平扩散总量Dhor：Dhor=Σi=1xΣj=1yΣk=1zDhori,j,k---(10)]]>步骤11，对于任意的第...

【技术特征摘要】
1.一种估算细颗粒物及其前体物环境容量的新方法，其特征在于，包括以
下步骤：
步骤1，对于被估算的三维评价区域，建立空间投影坐标系XYZ；其中，X
方向和Y方向位于水平面；Z方向为垂直方向；
步骤2，在水平方向，按设定的网格分辨率，将所述三维评价区域进行网格
化处理，将其格网化为x*y个网格，其中，x为X方向网格数量，y为Y方向网格
数量；在垂直方向，按照设定的垂直方向层数，再将已水平方向网格化的所述
三维评价区域划分为z层，其中，z为Z方向的层数；
步骤3，利用中尺度气象模式模拟计算所述三维评价区域评价年的气象要素
逐小时均值，获得第三代空气质量模式模拟计算必需输入的气象参数，包括：
每个网格在x方向的风速ui,j,k以及每个网格在y方向的风速vi,j,k；
步骤4，利用第三代空气质量模式模拟计算所述三维评价区域评价年的大气
污染物浓度逐小时均值，获得步骤2得到的每个网格的空气质量参数，包括：污
染物成分、污染物的浓度ci,j,k、干沉降过程清除的污染物浓度湿沉降过程
清除的污染物浓度水平扩散过程清除的污染物浓度和垂直扩散过程
清除的污染物浓度步骤5，读取基于国家环境空气质量标准等级的污染物标准浓度限值cstd以及
各层评价柱体的体积Vk，基于公式1计算得到三维评价空间的大气静态总容量
Qstatic：
Qstatic=Σk=1zcstd×Vk---(1)]]>步骤6，对于任意的第i,j,k网格，读取该网格的污染物浓度ci,j,k、在x方向的
风速ui,j,k、在y方向的风速vi,j,k、在x方向网格分辨率dxi,j、在y方向的网格分辨
率dyi,j和网格高度dzi,j,k；再读取到第i-1,j,k网格的ui-1,j,k、dyi-1,j和dzi-1,j,k；再读取

\t到第i,j-1,k网格的vi,j-1,k、dxi,j-1和dzi,j-1,k；然后，基于公式2计算得到第i,j,k网格
的网格水平输送量Fi,j,k：
Fi,j,k＝ci,j,k×ui,j,k×dyi,j×dzi,j,k+ci,j,k×ui-1,j,k×dyi-1,j×dzi-1,j,k+ci,j,k×vi,j,k×dxi,j×dzi,j,k(2)
+ci,j,k×vi,j-1,k×dxi,j-1×dzi,j-1,k在分别计算得到每个网格的网格水平输送量后，基于公式3，对每个网格的
网格水平输送量进行求和计算，得到三维评价空间的污染物水平方向输送总量
F：
F=Σi=1xΣj=1yΣk=1zFi,j,k---(3)]]>步骤7，对于任意的第i,j,k网格，读取干沉降过程中该网格清除的污染物浓
度和该网格保留的污染物浓度ci,j,k；然后，基于公式4计算得到该网格的干
沉降量Ddryi,j,k=Vdryi,j,k×cstd=cdryi,j,kcdryi,j,k+ci,j,k×cstd---(4)]]>在分别计算得到每个网格的干沉降量后，基于公式5，对每个网格的干沉降
量进行求和计算，得到三维评价空间的干沉降总量Ddry：
Ddry=Σi=1xΣj=1yΣk=1zDdryi,j,k---(5)]]>步骤8，对于任意的第i,j,k网格，读取湿沉降过程中该网格清除的污染物浓
度以及该网格保留的污染物浓度ci,j,k；然后，基于公式6计算得到该网格的
湿沉降量Dweti,j,k=Vweti,j,k×cstd=cweti,j,kcweti,j,k+ci,j,k×cstd---(6)]]>在分别计算得到每个网格的湿沉降量后，基于公式7，对每个网格的湿沉降

\t量进行求和计算，得到三维评价空间的湿沉降总量Dwet：
Dwet=Σi=1xΣj=1yΣk=1zDweti,j,k---(7)]]>步骤9，基于公式8，将步骤7得到的干沉降总量Ddry和步骤8得到的湿沉降总
量Dwet进行求和计算，得到三维评价空间的沉降总量Dep：
Dep＝Ddry+Dwet(8)
步骤10，对于任意的第i,j,k网格，读取水平扩散过程中该网格清除的污染
物浓度和该网格保留的污染物浓度ci,j,k；然后，基于公式9计算得到该网格
的水平扩散量Dhori,j,k=Vhori,j,k×cstd=chori,j,kc...

【专利技术属性】
技术研发人员：向伟玲，王自发，
申请(专利权)人：中国科学院大气物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11