基于WRF-CHEM模式与OMI卫星数据验证的氮氧化物排放及污染时空分布特征

随着经济快速发展，中国能源消耗和机动车保有量显著增长。与此同时，氮氧化物（NOx）排放未得到有效控制，造成中东部地区大范围高NO2浓度污染区，酸雨污染也正向硫酸硝酸混合型快速发展。为了解和掌握NOx排放与污染的时空分布特征，研究可能的减排措施并预测未来排放及可能获得的减排效果，急需开展NOx污染特征及成因的分析研究。本课题拟采用自下而上排放因子法，通过对历史现状年份活动水平和排放因子的系统调查研究，建立2005年网格化中国NOx排放清单；进而采用MOZART全球模式为WRF-CHEM区域化学传输模式提供边界条件，模拟对流层NO2垂直柱浓度，并与OMI卫星观测NO2柱浓度进行验证比较，以掌握中国NOx污染时空分布变化特征并探究形成NO2重污染区的成因；对未来25年中国NOx排放与污染发展趋势及可能的减排措施开展情景分析与数值模拟，可为国家制定有关法规、标准及控制对策提供科学合理的决策依据。

本课题研究完成了2007年中国分地区、分行业部门、分燃料类型的NOx排放清单，并进一步利用地理信息系统（GIS）技术结合地区经济、人口等指标分解因子开发出了0.5°×0.5°网格化的高分辨率排放清单，为开展模式模拟提供输入支持。进而在Redhat Linux操作系统下构建了WRF-Chem区域化学传输模式系统，开展了模式模拟，并以贵阳地区为例，利用模拟了城市尺度大气中NOx的空间分布，并结合地面观测资料和OMI卫星遥感数据进行对比验证，深入分析造成高NO2浓度污染的主要成因、重点污染源及可能的污染防控措施与对策。并利用OMI卫星数据，分析了2006-2011年中国地区对流层上空的NO2平均柱浓度年际、季节以及周循环变化特征；结合地形和气象条件，重点分析了太行山东麓地区NOx重污染可能的污染成因。以2007为基准年，对未来23年（2007~2030年）中国经济活动水平及能源需求变化发展趋势进行了情景分析，建立了2007-2030年中国大气NOx排放清单，并在典型地区对可能的污染减排措施及减排效果开展模拟研究，探讨了典型地区未来NO2污染的时空变化规律；最后在综合分析国内外经验教训基础上，在不同地区因地制宜确定了排放控制重点，并提出了针对不同行业部门推行适用的控制技术和政策，对中国NOx排放提出了宏观的控制对策和建议。本课题研究培养博士研究生3名，硕士研究生4名，本科生7人；项目研究取得各项成果47项，申请国家发明专利2项，在ACP、EST、AE等国内外核心刊物及美国化学学会年会等国际国内重要学术会议上发表各类学术论文40余篇，其中SCI收录15篇（SCI top 7篇），EI收录15篇，ISTP收录1篇。