大氣污染物排放清單空間分配優(yōu)化探討
——以南京市為例

劉春蕾，謝放尖，鄭新梅，王 艷

(南京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，江蘇 南京 210013)

1 引言

區(qū)域空氣質(zhì)量模型是區(qū)域污染來(lái)源識(shí)別、重污染天氣預(yù)報(bào)預(yù)警、污染控制措施制定與效果評(píng)估等空氣質(zhì)量管理手段的關(guān)鍵工具[1]，具備時(shí)空分布屬性的動(dòng)態(tài)大氣污染源排放清單是空氣質(zhì)量模型模擬功能的最基本輸入要素[2]，時(shí)空分配精準(zhǔn)與否關(guān)系到空氣質(zhì)量模擬結(jié)果的可靠性，更關(guān)系到根據(jù)模擬結(jié)果制定污染物減排政策的科學(xué)性。基于南京市2014～2016年大氣污染物排放清單空間分配實(shí)踐，梳理了影響大氣污染物排放清單空間精準(zhǔn)分配的重要因素，探索了空間分配的優(yōu)化途徑及方法。以南京市2014～2016年大氣NH3排放空間分配為例，簡(jiǎn)要闡述了優(yōu)化手段對(duì)于空間分配精準(zhǔn)度的影響，為大氣污染物排放清單空間分配優(yōu)化工作提供參考。

2 南京市大氣污染物排放清單空間分配歷程

南京市排放清單編制工作開(kāi)展較早，已經(jīng)完成了2010～2016年排放清單的編制工作，為亞青會(huì)、青奧會(huì)及國(guó)家公祭日等重大賽會(huì)活動(dòng)空氣質(zhì)量保障提供了重要支撐。排放清單空間分配工作晚于清單編制，2013年才形成了覆蓋全市分辨率為3 km×3 km的網(wǎng)格化排放清單， 2014年基于國(guó)家環(huán)保部清單試點(diǎn)工作，空間分辨率提高到1 km×1 km，2015年、2016年大氣污染物排放清單空間分配得到了進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，目前已形成2013～2016年空間分配數(shù)據(jù)及圖件。歷年網(wǎng)格化清單主要用于空氣質(zhì)量模擬，為南京市常態(tài)空氣質(zhì)量管理提供了持續(xù)有效的支持，實(shí)現(xiàn)了提前72 h空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。

3 大氣污染物排放清單空間精準(zhǔn)分配的影響因素

空間分配是根據(jù)排放源的地理位置信息或者是與之有相同空間分布特征的其他空間地理信息數(shù)據(jù)，建立空間分配權(quán)重因子(空間分配參數(shù))，將清單排放總量分配到與模擬網(wǎng)格相一致空間網(wǎng)格中的方法，以體現(xiàn)污染源和污染物的空間分布特征。主要涉及到排放量精準(zhǔn)估算及分配、空間分配方法建立、排放源空間特征識(shí)別和空間分配參數(shù)建立這幾個(gè)主要過(guò)程。

通過(guò)南京市大氣污染物排放清單空間分配實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，空間分配方法優(yōu)劣、分配原則匹配度、分配參數(shù)匹配及提取精準(zhǔn)度、技術(shù)人員專業(yè)度均為影響大氣污染物排放清單空間精準(zhǔn)分配的重要影響因素。

4 清單空間分配優(yōu)化途徑及方法

4.1 提高空間分配分辨率

空間分配模擬網(wǎng)格大小可選擇1 km×1 km、3 km×3 km、9 km×9 km等常用分辨率。分辨率越高，空間表征越清晰。空間分配分辨率的越高，對(duì)于空間分配參數(shù)的分辨率要求也越高，空間分配分辨率的選擇取決于應(yīng)用范圍大小及空間分配參數(shù)的分辨率大小。基于城市大氣污染防治對(duì)于高分辨率模擬數(shù)據(jù)需求結(jié)合南京市高分辨率空間分配參數(shù)獲取狀況，南京市近三年空間分配分辨率從2013年的3 km×3 km提高到了1 km×1 km，空間表征清晰度改善明顯，見(jiàn)圖1。

4.2 提高點(diǎn)源占比

空間分配分為基于排放源經(jīng)緯度坐標(biāo)的點(diǎn)源分配和基于空間地理信息數(shù)據(jù)的線、面源分配。點(diǎn)源分配屬于直接分配，其空間定位及排放量分配精準(zhǔn)度最高，線源、面源分配的空間定位及排放量受分配參數(shù)的偏差而產(chǎn)生偏差。在可實(shí)現(xiàn)的情況下，優(yōu)先采用直接分配、精確度最高的點(diǎn)源分配，即點(diǎn)源最大化原則。

圖1 南京市2013年與2016年SO2空間分布對(duì)比

表1為南京市2015年、2016年各大氣污染物點(diǎn)源占比率情況表。2016年P(guān)M2.5、PM10、BC、NH3的點(diǎn)源表征占比率有較大提高，提高率在14%～22%之間，除OC外，南京市8項(xiàng)大氣污染物的點(diǎn)源化表征占比率已達(dá)40%以上，SO2的點(diǎn)源化程度最高，達(dá)到了90%，南京市SO2大氣污染源分布及排放得到精準(zhǔn)空間表征(圖1)。

4.3 空間分配方法優(yōu)化

由于大氣污染物的排放來(lái)源是多樣的，如VOCS來(lái)源豐富，涉及到固定源、工藝過(guò)程源、移動(dòng)源、溶劑使用源、生物質(zhì)燃燒源、存儲(chǔ)運(yùn)輸源等，各大類排放源的行業(yè)/部門組成眾多，排放特征各異，且每種污染物的各種排放源所占的比例均不相同，因此由單一權(quán)重因子進(jìn)行的空間分配存在很大的不確定性，應(yīng)當(dāng)采用綜合權(quán)重分配法進(jìn)行優(yōu)化分配。細(xì)化排放源分類分級(jí)并按細(xì)化分類分級(jí)進(jìn)行排放是綜合權(quán)重分配法應(yīng)用的兩個(gè)重要內(nèi)容。

表1 2015-2016年南京市各大氣污染物點(diǎn)源占比率及提高率 %

4.3.1 細(xì)化大氣污染源分類分級(jí)

南京市大氣污染物清單主要考慮了人為源排放，污染源分類包括化石燃料固定燃燒源、工藝過(guò)程源、移動(dòng)源、溶劑使用源、農(nóng)業(yè)源、揚(yáng)塵源、生物質(zhì)燃燒源、儲(chǔ)存運(yùn)輸源、廢棄物處理源和其他排放源(主要考慮餐飲源)等10大類大氣污染源，每類源最多分為4級(jí)，4個(gè)級(jí)別基本按部門、產(chǎn)品/燃料、工藝/技術(shù)、控制措施來(lái)劃分。

4.3.2 精確分配大氣污染物排放量

基于綜合權(quán)重分配法，對(duì)大氣污染物排放清單十大類源按照細(xì)分行業(yè)/部門進(jìn)行點(diǎn)、線、面源排放量的精確分配。在分配過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，部分面源行業(yè)/部門的大氣污染物排放量由部分區(qū)/縣貢獻(xiàn)，并非全市均有分布。比如：農(nóng)藥使用行業(yè)的VOCS排放量由涉農(nóng)區(qū)貢獻(xiàn)，主城區(qū)不涉及排放；家具生產(chǎn)行業(yè)主要分布于江寧區(qū)，其他區(qū)縣僅有少量分布，主城區(qū)沒(méi)有分布，針對(duì)這種情況，需要對(duì)面源行業(yè)/部門的大氣污染物排放量精確到各區(qū)進(jìn)行分配，確保到區(qū)/縣一級(jí)的行業(yè)/部門面源排放量的精準(zhǔn)分配。

4.4 空間分配參數(shù)精準(zhǔn)匹配及優(yōu)化提取

空間表征數(shù)據(jù)選擇需要盡量選取與研究區(qū)域相符且詳細(xì)的數(shù)據(jù)作為分配參數(shù)。空間分配參數(shù)應(yīng)按點(diǎn)源、線源、面源分別進(jìn)行匹配并進(jìn)行年份及空間定位上的優(yōu)化。點(diǎn)源的空間分配參數(shù)為經(jīng)緯度坐標(biāo)，其優(yōu)化過(guò)程主要包括對(duì)已有信息核對(duì)、缺失信息補(bǔ)充及界外點(diǎn)校正。線源的空間分配參數(shù)為提取各類型路網(wǎng)，面源的空間分配為具有一定聯(lián)系的其他空間地理信息數(shù)據(jù)。面源所需的空間分配參數(shù)如GDP、人口密度、土地利用分布數(shù)據(jù)通常比較敏感，通過(guò)行政手段多渠道獲取是較為穩(wěn)妥有效的辦法。在空間分配參數(shù)優(yōu)化提取中，“3S”( GIS、GPS、RS)技術(shù)的綜合應(yīng)用可大大提高分配效率和精準(zhǔn)度。

5 空間分配優(yōu)化案例

以大氣NH3排放空間分配為例，圖2為2014年與2016年南京市大氣NH3排放空間分布對(duì)比。據(jù)分析[3,4]，南京市大氣NH3排放主要來(lái)源于畜禽養(yǎng)殖和氮肥施用，畜禽養(yǎng)殖和氮肥施用主要分布在涉農(nóng)區(qū)，其中，六合區(qū)及浦口區(qū)是畜禽養(yǎng)殖貢獻(xiàn)最大的兩個(gè)區(qū)。2014年南京市大氣NH3排放全部按面源進(jìn)行空間分配，NH3高值區(qū)分布在江寧及棲霞區(qū)，溧水、高淳區(qū)建成區(qū)亦有分布，與南京市實(shí)際情況不符。2016年，依據(jù)政府部門提供規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)信息，將規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)NH3排放量點(diǎn)源化表征，使得2016年南京市大氣NH3排放點(diǎn)源占比率提高到41%，并利用2016年南京市航拍圖對(duì)南京市2014年農(nóng)田分布進(jìn)行了年份及空間分布校正，畜禽養(yǎng)殖及氮肥施用NH3排放精準(zhǔn)化空間分配促進(jìn)了大氣NH3排放空間分配的整體優(yōu)化。

圖2 2014年與2016年南京市大氣NH3排放空間分布對(duì)比

6 結(jié)論及討論

(1)南京市2014～2016年大氣污染物排放清單空間分配實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，空間分配方法優(yōu)劣、分配原則匹配度、分配參數(shù)匹配及提取精準(zhǔn)度、技術(shù)人員專業(yè)度均為影響大氣污染物排放清單空間精準(zhǔn)分配的重要影響因素。

(2)提高空間分配分辨率、提高點(diǎn)源占比率、細(xì)化大氣污染源分類分級(jí)、精確分配大氣污染物排放量、優(yōu)化空間分配參數(shù)均為優(yōu)化大氣污染物排放清單空間分配的有效途徑及辦法。