隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展和城市化的快速推進，特別是以重化工為特征的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式、煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)以及快速的機動車增長，我國主要污染物排放量均已升居世界第一，結(jié)果造成了嚴(yán)重的空氣污染和公眾健康威脅。中國大氣污染呈現(xiàn)出多污染源多污染物疊加、城市與區(qū)域污染復(fù)合、污染與氣候變化交叉等顯著特征，其治理難度遠(yuǎn)大于發(fā)達國家，是一項長期艱巨的任務(wù)。尤其是2013年1月的灰霾污染，其持續(xù)時間之長、覆蓋范圍之廣、污染程度之高、影響人群之多在全球均屬罕見，引起了國內(nèi)外的高度關(guān)注。為了改善空氣質(zhì)量和保護公眾健康，新一屆政府采取了史上最嚴(yán)格的大氣污染治理措施，于2013年9月12日正式發(fā)布了第一個《國家大氣污染防治行動計劃(2013-2017)》，要求到2017年，全國地級及以上城市PM10濃度比2012年下降10%以上，京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域2017年P(guān)M2.5濃度分別比2012年下降25%、20%、15%以上，其中北京市PM2.5年均濃度控制在60μg/m3。本研究結(jié)合《大氣污染防治行動計劃》(以下簡稱《計劃》)研究工作，模擬分析了《計劃》實施的污染減排潛力、基于減排的空氣質(zhì)量改善效果。

首先基于2010年全國污染源普查數(shù)據(jù)，結(jié)合清華大學(xué)MEIC排放清單，建立了覆蓋全國、涵蓋SO2、NOx、PM、VOCs及NH3等多種污染物的高時空分辨率排放清單，并在全國多污染物高時空分辨率排放清單基礎(chǔ)之上，結(jié)合WRF-CMAQ空氣質(zhì)量模型，建立了國家“大氣污染減排”與“空氣質(zhì)量改善”響應(yīng)模擬平臺；其次基于2012年環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)對2010年排放清單進行更新，建立2012年排放源清單，2017年排放清單依據(jù)大氣污染防治行動計劃SO2、NOx、煙粉塵和VOCs減排潛力測算。最后利用國家“大氣污染減排”與“空氣質(zhì)量改善”響應(yīng)模擬平臺分別模擬了2012年及2017年全國、各省及各城市的PM2.5污染狀況，分析了《計劃》實施后全國、重點區(qū)域及各省PM2.5年均濃度相比2012年的下降幅度。

1污染減排潛力測算

(1)削減量分析

《計劃》實施后，預(yù)計到2017年通過工業(yè)企業(yè)綜合治理將減排315萬噸SO2、437萬噸NOx、247萬噸顆粒物、460萬噸VOCs，移動源污染治理將減排303萬噸NOx、38萬噸顆粒物、167萬噸VOCs，以上綜合治理措施將累計實現(xiàn)減排315萬噸SO2、740萬噸NOx、285萬噸顆粒物、627萬噸VOCs;通過淘汰落后產(chǎn)能，全國電力、鋼鐵、水泥、焦炭、電解鋁等重點行業(yè)將累計減排138萬噸SO2、71萬噸NOx、127萬噸顆粒物;通過調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，使用清潔能源(天然氣)替代燃煤將減排99萬噸SO2、43萬噸NOx、35萬噸顆粒物，煤炭清潔利用將減排41萬噸SO2、62萬噸顆粒物，實行集中供熱將減排48萬噸SO2、15萬噸NOx、38萬噸顆粒物，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整措施累計實現(xiàn)減排188萬噸SO2、58萬噸NOx、135萬噸顆粒物。綜上所述，《計劃》中多污染源綜合治理、落后產(chǎn)能淘汰與能源結(jié)構(gòu)調(diào)整等主要措施合計將產(chǎn)生SO2減排量641萬噸、NOx減排量859萬噸、顆粒物減排量547萬噸(不含揚塵污染控制)、VOCs減排量627萬噸。

(2)新增量預(yù)測

預(yù)計2013-2015年，全國GDP仍將保持7.5%的年均增長速率，燃煤消耗總量將在2012年基礎(chǔ)上增加7億噸，汽車保有量增加1億輛，煤電裝機容量增加2.5億千瓦，原油加工能力增加2億噸，水泥熟料增加1億噸。在此情景下，到2017年底全國將新增SO2排放量253萬噸、NOx排放量247萬噸、顆粒物排放量175萬噸、VOCs排放量413萬噸。

(3)凈削減潛力分析

綜合減排量與新增量預(yù)測兩個方面的結(jié)果，預(yù)計2017年SO2、NOx、煙粉塵和VOCs排放量分別為1730萬噸、1727萬噸、906萬噸、2486萬噸，分別比2012年分別下降18.3%、26.6%、29.1%和7.9%。

2空氣質(zhì)量模擬方法

(1)空氣質(zhì)量模型系統(tǒng)

本研究采用的國家“大氣污染減排”與“空氣質(zhì)量改善”響應(yīng)模擬平臺主要由空氣質(zhì)量模型CMAQ和中尺度氣象模型WRF組成。CMAQ模型主要由邊界條件模塊(BCON)、初始條件模塊(ICON)、光分解速率模塊(JPROC)、氣象-化學(xué)預(yù)處理模塊(MCIP)和化學(xué)輸送模塊(CCTM)構(gòu)成?；瘜W(xué)輸送模塊(CCTM)是CMAQ的核心，污染物在大氣中的擴散和輸送過程、氣象化學(xué)過程、氣溶膠化學(xué)過程、液相化學(xué)過程、云化學(xué)過程以及動力學(xué)過程均由CCTM完成，其它模塊的主要功能是為CCTM提供輸入數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)。CCTM模塊可輸出多種氣態(tài)污染物和氣溶膠組分的逐時濃度以及逐時的能見度和干濕沉降。CMAQ模型所需氣象數(shù)據(jù)由WRF模型模擬，WRF模型輸出結(jié)果經(jīng)氣象-化學(xué)預(yù)處理模塊(MCIP)處理后作為CMAQ模式的輸入氣象場。

A)CMAQ模型參數(shù)

模擬時段：模擬時段為2012年1月和2012年7月兩個典型月，輸出結(jié)果時間間隔為1小時，用兩個典型月模擬結(jié)果的平均值代表全年模擬結(jié)果。

模擬范圍：CMAQ模擬區(qū)域采用Lambert投影坐標(biāo)系，中心經(jīng)度103°，中心緯度37°，兩條標(biāo)準(zhǔn)平行緯度為25°和40°。水平模擬范圍為X方向(-2682 km~2682 km)、Y方向(-2142 km~2142 km)，網(wǎng)格間距36km，共將模擬區(qū)域劃分為150×120個網(wǎng)格，研究范圍為中國全部陸域范圍。模擬區(qū)域垂直方向共設(shè)置9個氣壓層，層間距自下而上逐漸增大。

化學(xué)機制：模型采用CMAQ 4.7.1版本，化學(xué)機制為CB05氣象化學(xué)反應(yīng)機理和AERO5氣溶膠反應(yīng)機理。

B)WRF氣象模型參數(shù)

模擬時段：WRF模擬時段與CMAQ模型相同，為2012年1月和7月兩個典型月。

模擬范圍：WRF模型與CMAQ模型采用相同的空間投影坐標(biāo)系，但模擬范圍大于CMAQ模擬范圍，其水平模擬范圍為X方向(-3582 km~3582 km)、Y方向(-2502 km~2502 km)，網(wǎng)格間距36km，共將研究區(qū)域劃分為200×140個網(wǎng)格。垂直方向共設(shè)置28個氣壓層，層間距自下而上逐漸增大。

氣象數(shù)據(jù)：WRF模型的初始輸入數(shù)據(jù)采用美國國家環(huán)境預(yù)報中心(NCEP)提供的6h一次、1°分辨率的FNL全球分析資料。

(2)排放清單

CMAQ模型所需排放清單的化學(xué)物種主要包括SO2、NOx、顆粒物(PM10、PM2.5及其組份)、NH3和VOCS(含多種化學(xué)組份)等多種污染物。其中SO2、NOx排放數(shù)據(jù)采用2010年污染源普查更新數(shù)據(jù)，人為源顆粒物(含PM10、PM2.5、BC、OC等)、VOCs(含主要組份)等排放數(shù)據(jù)采用2010年清華大學(xué)MECI排放清單，生物源VOCs排放數(shù)據(jù)源于全球排放清單GEIA，NH3排放數(shù)據(jù)源于REAS排放清單。本研究通過整合區(qū)域排放清單(MEIC、REAS、GEIA)與中國本地化排放數(shù)據(jù)(污染源普查)，采用“自上而下”與“自下而上”相結(jié)合的方法，經(jīng)空間分配、時間分配、化學(xué)分解三個技術(shù)環(huán)節(jié)，建立了CMAQ模型所需的高空間分辨率、高時間分辨率、高化學(xué)分辨率排放清單。

CMAQ模型模擬結(jié)果表明，《計劃》中擬定的各項污染減排措施落實后，全國、京津冀、長三角及珠三角區(qū)域PM2.5年均濃度將分別相比2012年下降22.08%、33.99%、23.98%、24.04%，可以實現(xiàn)《計劃》提出的PM2.5年均濃度下降目標(biāo)，《計劃》擬定的空氣質(zhì)量可達。PM2.5降幅最大的地區(qū)主要集中在北京、天津、石家莊等重污染城市周邊，其次為整個京津冀地區(qū);此外以“北京—三門峽—上海”為頂點構(gòu)成的污染三角區(qū)及珠三角地區(qū)PM2.5降幅較大。PM2.5濃度降幅較大的地區(qū)與PM2.5高污染地區(qū)在空間上高度重合，體現(xiàn)了空間差異化的控制要求。

從各省PM2.5改善效果來看，北京、天津、河北三省降幅最大，PM2.5年均濃度降幅超過30%;山東、江蘇、上海、廣東、浙江、河南、湖北、安徽、湖南、廣西及四川PM2.5年均濃度降幅均超過20%;其他省份PM2.5年均濃度降幅均低于20%，西藏PM2.5基本不發(fā)生變化，具體見表4。

通過對2013-2014年全國PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析表明，《計劃》頒布實施以來，除承德、大連、廈門、銀川4個空氣質(zhì)量相對較好的城市PM2.5年均濃度略微下降以外，其他開展PM2.5監(jiān)測的城市PM2.5年均濃度均有不同程度下降;由于部分省份開展PM2.5監(jiān)測城市少，不足以代表本省總體情況，選取河北、山東、山西、廣東、浙江、江蘇6個開展PM2.5監(jiān)測城市數(shù)較多省份以及北京、天津、上海、重慶4個直轄市進行分析，PM2.5年均濃度降幅較大的省(直轄市)為山西、山東、上海，降幅分別為17.9%、17.3%、16.1%，降幅較小的省(直轄市)為江蘇、重慶、北京，降幅分別為8.9%、7.1%、3.4%;重點區(qū)域中，京津冀、長三角、珠三角PM2.5年均濃度分別下降12%、24%、11%。按照目前下降比例推測，《計劃》所制定2017年空氣質(zhì)量下降目標(biāo)總體能夠?qū)崿F(xiàn)，但是從目前北京市下降比例來看，要實現(xiàn)2017年P(guān)M2.5年均濃度控制在 60μg/m3存在較大困難。

結(jié)論

(1)如果《計劃》得以完全實施，將可以減少641萬噸SO2、859萬噸NOx、547萬噸顆粒物(不含揚塵污染控制)、627萬噸VOCs，預(yù)計2017年SO2、NOx、煙粉塵和VOCs排放量分別為1730萬噸、1727萬噸、906萬噸、2486萬噸，相比2012年分別下降18.3%、26.6%、29.1%和7.9%;

(2)如果《計劃》得以完全實施，全國、京津冀、長三角及珠三角區(qū)域PM2.5年均濃度將分別相比2012年下降22.08%、33.99%、23.98%、24.04%，《計劃》所制定目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn);

(3)北京、天津、河北三省降幅最大，PM2.5年均濃度降幅超過30%;山東、江蘇、上海、廣東、浙江、河南、湖北、安徽、湖南、廣西及四川PM2.5年均濃度降幅均超過20%;其他省份PM2.5年均濃度降幅均低于20%，西藏PM2.5基本不發(fā)生變化。