CN113284244B - 一种基于格点化扩散模拟的大气污染物溯源方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于格点化扩散模拟的大气污染物溯源方法，该发明通过划定网格，整理污染物排放数据获得排放源强，扩散模拟，计算在目标区域内每个格点内的污染物浓度，获取每个网格对目标区域内任意受体点的污染物浓度贡献值并排名，识别重点管控网格。该方法可以实现任意受体点的污染物来源全空间实时解析，识别重点源区，为空气质量网格化管理提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及大气环境技术领域，具体涉及一种基于格点化扩散模拟的大气污染物溯源方法。
背景技术
扩散模拟是一种常用的大气污染物溯源方法，现有技术主要包括两个方面：受体点后向轨迹方法，可以解析出影响受体点的气团来源，从而实现污染物的溯源。该方法仅能识别气团路径，在空间上缺乏精细解析能力。基于后向轨迹衍生的PSCF(potential sourcecontribution function)方法，通过对一定时间内的多条后向轨迹进行统计分析，解析出这段时间内影响受体点的气团来源概率分布，从而实现污染物的溯源。该方法针对一段时间进行解析，在时间上缺乏精细解析能力。排放源前向扩散方法，在重点关注的排放源位置模拟排放，通过扩散模拟获取该排放源对受体点的贡献，从而实现污染物溯源。该方法主要针对一些重要排放源，不能实现全空间解析。大气污染物溯源在大气环境研究和空气质量管理中的发挥重要作用，通过污染物溯源，可以对受体点位的污染物来源进行解析，从而确定排放管控的重点区域，
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于格点化扩散模拟的大气污染物溯源方法，针对所关心的区域，实现区域内任意受体点的大气污染物溯源，获取全空间格点化贡献比例解析，并可以实现实时解析，解决了上述背景技术中提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于格点化扩散模拟的大气污染物溯源方法，包括如下步骤：
一、利用中尺度气象模式计算高分辨率气象场数据；
二、针对目标区域划定网格，覆盖目标区域；
三、整理目标区域内的污染物排放数据，获得排放源强，利用G I S技术将污染物排放源强重采样到所划定的网格中；
四、在网格点上以面源排放的方式释放污染物，并开展扩散模拟，计算在目标区域内每个格点内的污染物浓度；
五、对每一个网格重复步骤四，保存计算结果；
六、对计算结果开展后处理，可以获取每个网格对目标区域内任意受体点的污染物浓度贡献值，同时可对每个网格的贡献值进行排名，识别重点管控网格。
优选的，所述步骤一中高分辨率气象场数据具体是指网格空间分辨率不低于3km×3km，时间分辨率是1小时。
优选的，所述步骤二中划分网格具体是通过地理信息系统将目标区域排放量进行1km×1km的空间进行划分网格。
优选的，所述的步骤三中整理目标区域内的污染物排放数据具体是指收集、获取辖区内的大气颗粒物排放相关的活动水平数据，建立区域颗粒物排放信息库。
优选的，所述的数据主要包括工业企业的化石燃料固定燃烧、工艺过程、交通道路扬尘、工地扬尘和非道路移动机械等。
优选的，所述步骤三中的获得排放源强具体是指获取区域内污染时段不同网格的气团滞留时间以及污染来源识别计算，获得排放源强。
优选的，所述步骤六中的后处理得到污染物浓度贡献值具体是指根据污染源并利用扩散模型模拟得到污染物浓度高值区域的污染气团的概率分布，扩散模型模拟的空间分辨率可以任意设置，模拟污染物浓度高值区前推几小时的气团轨迹，从而可得到污染气团的概率分布，将排放量与气团概率分布相乘得到污染源对不同网格的污染物浓度的贡献值。
本发明的有益效果是：本发明方法能够实现任意受体点的污染物来源全空间实时解析，识别重点源区，为空气质量网格化管理提供依据，可以确定每个控制区的最大排放量及允许排放指标，并确定环境承载力，根据环境承载力制定减排措施，确定容量分配并做好监督管理。
附图说明
图1为本发明实施例溯源方法流程示意图；
图2为本发明实施例网格划分示意图；
图3为本发明实施例各网格点PM2.5浓度贡献示意图；
图4为本发明实施例各网格点PM2.5浓度贡献排名示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种基于格点化扩散模拟的大气污染物溯源方法，具体流程如图1所示，包括如下步骤：
1)利用中尺度气象模式计算高分辨率气象场数据；
高分辨率气象场数据具体是指网格空间分辨率不低于3km×3km，时间分辨率是1小时，气象领域将2km到2000km的天气系统称为中尺度系统。
2)针对目标区域划定网格，覆盖目标区域；
通过地理信息系统将目标区域排放量进行1km×1km的空间进行划分网格，并覆盖目标区域，如图2所示。
3)整理目标区域内的污染物排放数据，获得排放源强，利用GIS技术将污染物排放源强重采样到所划定的网格中；
收集、获取辖区内的大气颗粒物排放相关的活动水平数据，建立区域颗粒物排放信息库，主要包括工业企业的化石燃料固定燃烧、工艺过程、交通道路扬尘、工地扬尘和非道路移动机械等，并针对数据作面源处理，按照道路网络的空间分布确定排放分配的网格，不同道路排放的空间差异结合道路的车流量、车速等参数以体现排放的空间变异性，获取区域内污染时段不同网格的气团滞留时间以及污染来源识别计算，获得排放源强。
4)在网格点上以面源排放的方式释放污染物，建立扩散模型，并开展扩散模型模拟，由计算出的污染物排放源强，计算在目标区域内每个格点内的污染物浓度；
5)对每一个网格重复步骤4)，保存计算结果；
6)对计算结果开展后处理，根据污染源并利用扩散模型模拟得到污染物浓度高值区域的污染气团的概率分布，扩散模型模拟的空间分辨率可以任意设置，模拟污染物浓度高值区前推几小时的气团轨迹，从而可得到污染气团的概率分布，将排放量与气团概率分布相乘得到污染源对不同网格的污染物浓度的贡献值，可以获取每个网格对目标区域内任意受体点的污染物浓度贡献值，同时可对每个网格的贡献值进行排名，识别重点管控网格。
以2020年10月24日四川省德阳市东山公园站点的PM2.5浓度解析为例(不限于东山公园站，区域内任意受体点均可解析)，如图3和图4所示，可以获取每个网格实现对对目标区域内任意受体点的污染物浓度贡献值及排名情况，能识别重点管控网格，方法简单易行，解析全面快速，能有效地支持各地大气污染的靶向防治，具有极大的积极作用。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于格点化扩散模拟的大气污染物溯源方法，其特征在于，包括如下步骤：
一、利用中尺度气象模式计算高分辨率气象场数据；
二、针对目标区域划定网格，覆盖目标区域；
三、整理目标区域内的污染物排放数据，获得排放源强，利用GIS技术将污染物排放源强重采样到所划定的网格中；所述获得排放源强具体是指获取区域内污染时段不同网格的气团滞留时间以及污染来源识别计算，获得排放源强；
四、在网格点上以面源排放的方式释放污染物，并开展扩散模拟，由计算出的污染物排放源强，计算在目标区域内每个格点内的污染物浓度；
五、对每一个网格重复步骤四，保存计算结果；
六、对计算结果开展后处理，可以获取每个网格对目标区域内任意受体点的污染物浓度贡献值，同时可对每个网格的贡献值进行排名，识别重点管控网格；
所述步骤六中的后处理得到污染物浓度贡献值具体是指根据污染源并利用扩散模型模拟得到污染物浓度高值区域的污染气团的概率分布，扩散模型模拟的空间分辨率可以任意设置，模拟污染物浓度高值区前推几小时的气团轨迹，从而可得到污染气团的概率分布，将排放量与气团概率分布相乘得到污染源对不同网格的污染物浓度的贡献值。
2.根据权利要求1所述的基于格点化扩散模拟的大气污染物溯源方法，其特征在于：所述步骤一中高分辨率气象场数据具体指网格空间分辨率不低于3 km×3 km，时间分辨率是1小时。
3.根据权利要求1所述的基于格点化扩散模拟的大气污染物溯源方法，其特征在于：所述步骤二中划分网格具体是通过地理信息系统将目标区域排放量进行1 km×1 km的空间进行划分网格。
4.根据权利要求1所述的基于格点化扩散模拟的大气污染物溯源方法，其特征在于：所述的步骤三中整理目标区域内的污染物排放数据具体是指收集、获取辖区内的大气颗粒物排放相关的活动水平数据，建立区域颗粒物排放信息库。
5.根据权利要求4所述的基于格点化扩散模拟的大气污染物溯源方法，其特征在于：所述的数据主要包括工业企业的化石燃料固定燃烧、工艺过程、交通道路扬尘、工地扬尘和非道路移动机械。
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