中尺度风蚀型开放源起尘机制及预测模型研究

The bare soil affected by erosion is called wind-blown open source, and its dusting mechanism and the contrbution to receptor are becoming a new research hot spot. The source apportionment results of particle matter in several cities showed that: PM10 from wind-blown source is 20%-60%, and it is the main reason resulting to exceed Grade. Therefore, it should be to decrease the contribution of PM from wind-blown source as the background section of PM if we want to decrease the PM concentration further. The farmland in Jinan suburb will be the carrier, and (1)to reveal dusting mechanism of wind-blown open source, that is to say under the combined effects of impact factors, the soil particle with different diameters movement (such as creep, saltation and suspension) causes and courses; (2) to establish the method of estimating the dusting flux of wind-blown open source in mesoscale region; (3) to establish the method of estimating the PM10 and PM2.5 concentration contrbution and sharing rate from wind-blown open soure to downtown of target city; (4) to establish the diagnostic system of simulating PM pollution from wind-blown open source. This research will provide ration foundation to the total emission control of PM10 and PM2.5 and abridged scheme, and provide academic support to fix the PM background concentration in a region.

裸土风蚀地表被称为土壤风蚀型开放源，其起尘机制及对受体的贡献近年来在国外成为新的研究热点。多个城市的颗粒物来源解析表明：地表风蚀起尘对PM10的贡献率通常在20％－60％之间，居各类排放源之首，因此必须有效地降低地表风蚀型开放源的贡献，才有可能实现城市颗粒物达标。本项目拟以济南市郊区的裸露农田为研究载体，旨在（1）揭示土壤风蚀型开放源的起尘机制，即在各影响因子综合作用下，不同粒度的土壤颗粒蠕移、跃移和悬浮的运动成因和运动过程；（2）建立中尺度范围土壤风蚀型开放源起尘量估算方法；（3）建立土壤风蚀型开放源对目标城市中心城区PM10和PM2.5污染的浓度贡献量和分担率定量估算方法；（4）建立土壤风蚀型开放源PM10和PM2.5污染模拟精度的诊断技术。该研究对空气颗粒物区域污染联防联控，PM10和PM2.5的总量控制及削减方案提供定量依据，并为区域颗粒物背景值的确定提供理论支持。

近年来，中国北方城市空气颗粒物污染严重，其中自然源的贡献不容忽视。本研究利用WEPS模型各子模型及参数间相互关系模拟土壤风蚀型开放源的起尘机制；利用经验公式估算区域源土壤风蚀型开放源PM10排放清单；利用WEPS估算济南分辨率为1km2局地源的土壤风蚀型开放源PM10排放清单；利用与MODEL3/CMAQ耦合的方法模拟土壤风蚀型开放源PM10对环境的贡献浓度；利用CMB源解析结果与模拟结果对比的方式，探讨模拟结果精度。基于WEPS模型估算土壤风蚀型开放源在济南郊区单位面积PM10 排放量年均为2.66 t/km2，其中采暖期为2.86 t/km2，风沙期为4.82 t/km2，非采暖期为1.20 t/km2。2012年，济南郊区总PM10 排放量为9.90×104 t，其中采暖期为3.22×104 t，风沙期为5.53×104 t，非采暖期为1.16×104 t。基于经验公式估算山东省土壤风蚀型开放源PM10排放量为9.17×105t。基于MODEL3/CMAQ模拟的土壤风蚀型开放源PM10贡献浓度（局地源与区域源之和）与基于源解析的结果进行对比，二者呈现了良好的相关性，全年R2为0.95，采暖期R2为0.92，非采暖期R2为0.96，风沙期R2为0.92。全年来自局地源的土壤风蚀型开放源PM10占到73%，采暖期为66.4%，非采暖期为76.1%，风沙期为61.5%；而全年来自区域源的土壤风蚀型开放源PM10占到12.8%，采暖期为15.8%，非采暖期为11.4%，风沙期为21.8%。外来远距离输送尘贡献最大在采暖期，达到17.8%，同时在全年为14.2%，非采暖期为12.5%，风沙期为16.7%。局地源是济南市空气质量污染的主要来源。与其他期相比较，风沙期区域源贡献较大。