本地及周边地区污染排放对深圳市夏季空气质量的影响

颜 敏，李焕承，梁永贤，喻本德，刘宝章

（1.深圳市环境科学研究院，广东深圳518001；2.北京大学环境科学与工程学院，北京100871）

本地及周边地区污染排放对深圳市夏季空气质量的影响

颜 敏1，李焕承1，梁永贤1，喻本德1，刘宝章2

（1.深圳市环境科学研究院，广东深圳518001；2.北京大学环境科学与工程学院，北京100871）

运用CALPUFF模型对深圳及周边地区 （东莞、惠州、番禺）污染源排放对深圳市空气质量的影响进行了模拟研究，量化了各地区排放对深圳市二氧化硫 （SO2）、二氧化氮 （NO2）和可吸入颗粒物 （PM10）浓度的贡献，分析了深圳本地各类污染源对环境空气质量的影响。结果表明，虽然深圳本地排放量低于或接近外地源排放总量，但对于这三项污染物，本地源排放对污染物浓度的影响远大于外地源的影响，贡献率达到70%～85%，因此深圳市大气污染控制应以本地污染控制为主，周边控制为辅。要改善深圳市环境空气质量，应全面加强深圳市机动车、船舶、重点工业源、道路扬尘源和电厂污染控制，并大力加强无组织排放面源污染控制。

空气质量；区域排放；CALPUFF；深圳

高速发展的城市化和区域经济的一体化，使得我国大气污染逐渐从局地污染向区域污染转变。京津冀、长三角和珠三角等城市群的区域性大气污染问题越来越突出，表现出显著的区域性空气污染特征。张志刚［1］等利用二维欧拉统计模式模拟了北京、天津、河北省城市之间的污染传输，得到北京大气环境中20%的PM10和23%左右的SO2来自北京周边地区；马锋敏［2］等对北京及周边地区一次典型的大气污染过程进行模拟分析，结果表明南部周边城市污染物的外源输入是造成北京重污染的主要原因；程真［3］等模拟测算了长三角区域内城市间一次污染跨界输送的影响；王淑兰［4］研究了珠三角城市间污染物相互传输的特点和规律，显示珠三角城市群的区域性大气污染格局已十分显著。

深圳市位于珠三角中西部，是珠三角的中心城市之一，受区域性污染的影响，深圳市环境空气质量通常表现出与周边城市较为一致的变化趋势［5］。因此，为了改善深圳市环境空气质量，不仅需要加强本地污染控制，还需针对性地对影响深圳空气质量的周边区域采取控制措施。本文以深圳市为中心，模拟研究深圳及邻近城市污染源排放对深圳市空气质量的影响，为深圳未来大气污染防治和空气质量管理工作提供科学依据。

1 研究方法

1.1 研究时段与区域

针对深圳市夏季典型时段 （八月份）进行研究，模拟时段为2009年8月。在珠三角城市群中与深圳毗邻的只有东莞、惠州两个城市，夏季深圳地区以偏南风为主导，其它城市不但离深圳较远，而且都不在深圳市的上风或下风方向。因此，研究范围以深圳市为中心，包括深圳全部，东莞、惠州、香港大部分地区，广州、中山和珠海的少部分地区。模拟区域的原点坐标为东经113°33′15″，北纬22°14′50″，经线为X轴，纬线为Y轴，东西120km，南北距离90km，网格设置为60×45，网格间距为2km。

1.2 模式介绍

本研究运用的CALPUFF模拟系统是由美国EPA推荐的用于模拟污染物在大气中传输行为的集成模式，包括气象模式CALMET、高斯烟团扩散模式CALPUFF和后处理软件CALPOST三部分。模型利用CALMET输出的气象场资料，同时充分考虑下垫面对污染物干湿沉降的影响以及复杂地形的动力学效应及静风等非定常条件，可以很好地模拟污染物在大气中的传输扩散行为。CALPUFF模型在我国城市和区域尺度的大气污染模拟研究中已得到很好的应用［6～10］。

污染源资料是以经过本地化处理的美国环保署源排放模式SMOKE获得排放清单，主要是由0.5度分辨率的网格化的INTEX－B 2006年东亚源排放清单［11］、通过MODIS卫星观测资料和BEIS3模式制作的天然源排放清单以及2009年本地化珠三角污染源排放清单［12］耦合在一起。气象资料来自广东省气候中心和深圳市气象局提供的20个地面自动气象站的监测结果和美国国家环境预报中心NCEP的高空气象资料。CALMET根据质量守衡原理对风场进行诊断，输出各网格的逐时风场、温湿度、混合层高度、大气稳定度等气象参数。

1.3 模式验证

将2009年8月的气象资料和源排放输入模式，计算污染物浓度，并与实测值进行对比。为消除物种初始浓度选取对模拟结果的影响，本研究结果分析从模拟开始48h后进行，即2009年8月3～31日。以分布于深圳市不同区域的荔园 （福田区）、洪湖 （罗湖区）、荔香 （南山区）监测站点为例，比较SO2、NO2、PM10的逐日模拟效果（见图1）。其中，荔园站SO2、NO2、PM10模拟值与监测值之间的Pearson相关系数R分别为0.640、0.426、0.420，洪湖站模拟值与监测值之间的相关系数分别为0.573、0.443、0.456，荔香站模拟值与监测值之间的相关系数分别为0.738、0.242、0.663，置信度水平均为99%。各监测站点各污染物的模拟平均值与实测平均值的比值为0.67～1.72。整体而言，模型结果基本可以反映污染物浓度水平和变化趋势，模拟结果可信。

2 结果与讨论

2.1 各地区污染源排放评估

主要对模拟区域范围内的深圳 （SZ）、东莞（DG）、惠州（HZ）和广州番禺区（PY）等4个地区进行污染源排放评估，其中，东莞、惠州、番禺作为外地源代表城市。估算结果表明，东莞排放的SO2和PM10远高于其他地区，其次是深圳，番禺的排放量最小；NOx则是深圳的排放量最大，其次是东莞，惠州的排放量最小。本地源 （即深圳）与外地源 （即其他三个地区之和）SO2排放量的比值为1∶3.9，PM10和NOx相应的比值分别为1∶1.6和1∶0.9。由于SO2主要来自电厂排放，模拟区域内东莞市拥有沙角电厂等大型发电厂，而深圳市在 “十一五”期间大力推进电厂海水脱硫及 “油改气”等，极大降低了SO2排放；PM10主要来自扬尘源，其排放量与各城市建筑工地管理与道路清洁程度相关；NOx主要来自机动车排放，深圳市机动车保有量为145万辆（2009年数据）［11］，在省内仅次于广州市，导致深圳市NOx排放量远高于其他邻近地区。

2.2 各地区源排放对深圳市空气质量的影响

为了评估地区之间污染物排放的相互影响，本研究设置了敏感性试验，将各地区源排放人为削减20%，得到深圳受体站点的各个污染物浓度在削减前后的差值，再用该差值除以初始值，即得到该地区对受体站点的影响。将深圳市8个国控监测站点作为一个整体，通过平均方法估算各地区排放对深圳市SO2、NO2和PM10平均浓度的影响，结果见表1。

表1 深圳市各污染物浓度受本地及外源影响的比例 （%）

对于二氧化硫，深圳减排20%可降低SO2浓度12.42%，其他地区影响程度按东莞、惠州、番禺依次减小，都处于较低水平，外地源排放的相对敏感系数为36.21%，表明如果现有源排放量削减20%，36.21%的浓度变化来自于外来源，63.79%来源于本地源。尽管深圳市排放的SO2仅占4个地区总排放量的1／5，但由于SO2寿命短，属于局地型污染物，所以深圳本市排放对自身SO2浓度贡献最大。对于二氧化氮，深圳减排20%可降低NO2浓度约17.08%，其他地区的影响比例仍很低，外地源排放的相对敏感系数仅为13.95%，相当于深圳NO2整体浓度变化量的89.57%来自本地源的削减。NO2的外来源传输对深圳的影响没有SO2显著，主要原因是机动车贡献了很大部分的NO2排放，因机动车排放高度比较低，导致NO2在高空输送的比例较少，另外深圳地区的高机动车保有量使其本地影响更加突出。对于可吸入颗粒物，深圳减排20%可降低PM10浓度15.17%，外地源减排可降低PM10浓度4.62%，因此深圳市PM10整体浓度变化量的76.65%来自本地源削减，外来源的贡献仅为23.35%。这是由于PM10污染主要来自低矮面源的排放，不利于长距离传输，因此周边城市PM10排放对深圳市影响比例不大。

整体而言，要降低环境大气中SO2、NO2和PM10浓度，加强深圳市本地污染源控制更加重要，东莞、惠州、番禺等外地源排放对深圳市空气质量的影响因不同污染物有所不同，本地源排放对深圳市三项污染物整体浓度的影响程度约达70%～85%。

2.3 深圳本地污染源的影响评估

根据深圳市的大气污染源清单，将污染源划分为电厂源、工业源、道路移动源 （机动车）、非道路移动源 （船舶）、道路扬尘源和面源等六大类。深圳市电厂和工业点源有693个，其中22个工业点源的污染负荷占点源总污染负荷的90%以上，为了更有利于控制方案设计和提高计算时效，只选取这22个点源作为研究对象，将其划分为重点工业源 （13个）和电厂源（9个）。通过情景分析的方法，分析各类源对污染物浓度的贡献。

根据模拟结果，深圳本地面源、船舶、重点工业源和机动车对SO2浓度的贡献较大，电厂虽然是SO2的重要排放来源，但因排放高度较高，对当地空气质量的影响程度相对较低。值得注意的是，船舶排放对SO2有重要贡献，这与深圳是世界第四大集装箱港口密切相关。NO2主要受机动车源的影响，贡献率高达70.36%，因此，加强本地机动车污染控制对降低NO2浓度有重要意义。PM10主要受道路扬尘源、面源和机动车源影响，加强道路扬尘、面源中建筑扬尘和机动车源排放控制是降低PM10浓度的有效途径。

表2 深圳市污染源对各污染物浓度的贡献率 （%）

3 结论

（1）深圳市SO2、NO2、PM10浓度主要受本地源排放影响，东莞、惠州、番禺等外地源虽然排放总量较大，但对深圳市空气质量的影响远低于本地源。深圳本地源排放对三项污染物整体浓度的贡献达70%～85%。

（2）在深圳市各类污染源中，加强面源、船舶和重点工业源控制可有效降低SO2浓度，加强机动车源控制可有效降低NO2浓度，加强道路扬尘源、建筑扬尘面源和机动车源控制可有效降低PM10浓度。

（3）对于SO2、NO2、PM10三项污染物，环境空气质量改善应以深圳本地污染源控制为主，周边地区控制为辅，并需全面加强深圳市机动车、船舶、重点工业源、道路扬尘和面源控制。

［1］张志刚，高庆先，韩雪琴，等.中国华北区域城市间污染物输送研究［J］.环境科学研究，2004，17（1）：14－20.

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［13］深圳市机动车环保网.深圳汽车保有量直逼150万密度为中国内地第一［EB／OL］.

Im pact of Pollution Emissions from Local and Surrounding Areas on the Air Quality in the Summer in Shenzhen

YAN Min1，LI Huan-cheng1，LIANG Yong-xian1，YU Bende1，LIU Bao-zhang2
（1.Shenzhen Academy of Environmental Sciences，Shenzhen Guangdong 518001China）

CALPUFF model was utilized to estimate the contributions of emissions from Shenzhen and the surrounding areas（Dongguan，Huizhou，Panyu）to air pollutants’concentrations in Shenzhen，i.e.SO2，NO2，and PM10.The impact of a variety of local emission sources was also calculated.The results indicate that the contribution of local sources from Shenzhen to the three pollutants’concentrations is about 70%to 85%，which is much higher than the surrounding sources；while the emission situation is just the opposite.Therefore，a priority should be given to the local pollution control in air pollution control strategy，supplemented by the control in the neighboring area.In order to reduce the pollutants’levels，a comprehensive pollution control of motor vehicles，ships，major industry sources，road dusts and power plants of Shenzhen should be strengthened，together with strong control of the fugitive sources and non－point source.

air quality；regional emission；CALPUFF；Shenzhen

X820

：A

：1673－9655（2013）02－0088－04

2012－11－01

深圳市环境科技计划项目（2009－2011）。

颜敏 （1983－），女，海南东方人，工程师，主要从事环境大气研究。