WHO-Ⅱ和Ⅲ過渡階段目標要求下的珠三角區域排放宏觀約束

楊再東

（廣東省環境科學研究院，廣東廣州 510045）

空氣質量的好壞通常與大氣污染物排放量有直接關系，因此，進一步強化大氣污染物排放總量的宏觀約束不僅是有效制定減排控制情景的重要前提，更是污染防治工作中的重要任務。本研究擬采用統計學方法建立污染物排放量與濃度之間的響應關系，并結合簡單箱模型的A值法，估算WHO-Ⅱ和Ⅲ過渡階段目標要求下珠三角區域大氣污染物排放的宏觀約束值，為區域排放限值的分配方案和減排控制情景的制定提供科學的依據。

1 研究方法

1.1 A值法

本研究在估算珠三角區域排放宏觀約束的過程中，選用A值法計算各污染物排放量，作為模型預測的一個對比參照，也可輔助驗證模型計算結果的可靠性。

A值法理想大氣環境容量的一般計算公式：

式中：a——總量下標；Ai——地理區域性總量控制系數（km2/a），Qa——區域理想大氣環境容量（t/a），104t/a；104km2/a；S——各類控制區域總面積（km2）；Si——研究區域第i個分區面積（km2）；Csi——研究區域第i個分區某種污染物的年平均濃度限值（mg/m3）；Cb——第i分區污染物背景濃度值（mg/m3）。

研究采用的空氣質量數據包括PM10、PM2.5、NO2、O3-8 h-90per、SO2和CO-95per六項常規污染物濃度，主要通過廣東省歷年環境狀況公報和現有監測數據分析得到，在使用A值法估算珠三角在WHO-Ⅱ和Ⅲ過渡階段目標要求下各污染物排放濃度約束時，本研究擬選取2018年作為基準年，將各城市2018年污染物年均濃度作為該地區背景濃度值。

1.2 總量控制系數A的確定

在研究區域面積和污染物濃度限值確定的情況下，控制系數A的取值將直接影響大氣污染物允許排放總量限值，并最終影響區域環境質量的保護目標或各污染源污染物削減的公正性。

本研究結合珠三角各個區域實際地理信息、氣候條件和社會經濟發展狀況，利用WRF氣象模式計算了珠三角各城市的總量控制系數，有效減少了排放總量約束計算的誤差：

式中：Hi——第i分區大氣混合層高度（m）；Ai——第i分區總量控制系數（km2/a），104km2/a；——第i分區大氣混合層平均風速（m/s）。

表1 2018年珠三角各城市總量控制系數（A）及區域面積

1.3 相關性分析法

相關性分析是數理統計科學中運用統計推斷的方式，研究變量間相關關系的有無和相關關系形式的重要工具，同時也是回歸分析和數字建模過程中最重要的一個環節。通過分析自變量與因變量的相關性，可剔除與因變量相關關系不顯著、甚至不相關的自變量，使因變量與每一個自變量之間的相關關系顯著存在，達到模型優化的目的。

本研究在預測WHO-Ⅱ和Ⅲ過渡階段目標要求下珠三角地區污染物排放宏觀約束時，擬通過分析主要污染物濃度與前提物（一次和二次）排放量的相關性，利用Matlab分別擬合最能反映濃度與排放量關系的回歸方程，估算在WHO-Ⅱ和Ⅲ過渡階段污染物濃度限值下，珠三角地區各污染物排放量限值。

2 2018年背景下珠三角排放約束情況

基于A值法測算，珠三角地區在WHO-Ⅱ階段目標要求下，PM10和PM2.5分別需要在2018年的基礎上減排1.71 萬t和7.13 萬t，重點減排的城市包括江門、肇慶和廣州。其中江門市PM10和PM2.5減排量均為1.11 萬t，肇慶市PM10和PM2.5減排量分別為1.09 萬t和3.06 萬t，廣州為0.5 萬t和1.25 萬t。

在WHO-Ⅲ階段目標要求下，珠三角地區需要在2018年基礎上分別對PM10和PM2.5減排20.41 萬t和16.48 萬t。從城市層面來看，珠三角各城市均需對顆粒物進行減排，重點減排的城市有肇慶、江門、惠州和廣州，肇慶需減排5.46 萬t和5.25 萬t，其次為江門市，分別減排4.8 萬t和2.95 萬t。珠三角SO2濃度相對較低，即使在WHO-Ⅱ階段和準則值目標要求下，珠三角SO2仍有可排放的空間，允許排放量分別為37.43 萬t和9.38 萬t。

3 WHO-Ⅱ和Ⅲ過渡目標下宏觀排放約束總量

本研究在計算珠三角地區在WHO-Ⅱ和Ⅲ過渡目標下污染物排放宏觀約束總量時，基于式（1）不計背景濃度Cb的影響，直接估算目標污染物濃度限值下污染物排放的總大氣環境容量作為宏觀排放約束：

計算得到珠三角各城市污染物排放宏觀約束，如圖1和圖2所示。

圖1 WHO-Ⅱ過渡階段珠三角PM10、PM2.5和SO2宏觀約束總量

圖2 WHO-Ⅲ過渡階段珠三角PM10、PM2.5和SO2宏觀約束總量

珠三角地區在WHO-Ⅱ階段要求下可排放PM10、PM2.5和SO2分別為47 萬t、23 萬t、47 萬t；在WHO-Ⅲ階段要求下可排放PM10、PM2.5和SO2分別為28 萬t、1 419 萬t。

從空間分布來看，在WHO-Ⅱ和Ⅲ階段目標要求下，珠三角地區面積較小的城市污染物排放約束量普遍小于面積較大的江門市、肇慶市、廣州市和惠州市。各城市PM2.5排放量的約束值均為最小，是制約珠三角乃至廣東省環境空氣質量進一步優化和改善的主要問題。

4 相關性分析及排放約束預測

4.1 線性分析法

經研究發現，珠三角地區SO2、NO2以及顆粒物（PM10、PM2.5）排放量與其前體物濃度呈極高的線性相關性，相關性系數R為分別為0.98、0.81、0.87和0.72。

根據污染物與其前體物的線性相關性預測得到珠三角在WHO-Ⅱ和Ⅲ過渡階段目標要求下SO2、NO2、PM10和PM2.5排放量約束分別約為80 萬t和39 萬t、87 萬t和87 萬t、49 萬t和26 萬t、16 萬t和5 萬t。

4.2 非線性分析法

研究結果顯示，PM2.5濃度削減量與其前體物NOx、NH3、VOCs和SO2減排比例之間分別呈四次、三次、二次多項式和線性關系，通過擬合珠三角PM2.5濃度響應值與各前體物削減比例的非線性響應關系，預測得到珠三角在WHO-Ⅱ和Ⅲ過渡階段下NOx、NH3、VOCs和SO2排放約束分別約為72 萬t和54 萬t、17 萬t和15 萬t、91 萬t和92 萬t、26 萬t和24 萬t。

5 結語

（1）綜合考慮A值法和統計分析法的結果，最終得到珠三角地區在WHO-Ⅱ和Ⅲ過渡階段下，PM10、PM2.5、SO2、NOx、NH3和VOCs的排放約束分別為48 萬t和27 萬t、20 萬t和9 萬t、26 萬t和24 萬t、72 萬t和55 萬t、17 萬t和15 萬t、91 萬t和92 萬t。

（2）在WHO-Ⅱ和Ⅲ過渡階段目標要求下，珠三角地區SO2和NH3排放量約束值相對2015年下降幅度較小，PM10、一次PM2.5和NOx有較大的減排空間，加大其減排力度對顆粒物濃度削減效果更好。此外，VOCs的排放量與PM2.5濃度呈現顯著的負相關性，所以在過渡階段目標下，其排放量有輕微增長。