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項(xiàng)目名稱：蘭州市大氣污染及對(duì)策研究

主持單位：

中科院蘭州分院

甘肅省環(huán)保局

主持人：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 魏寶文 院士 研究員

田炳申 研究員

呂世華 研究員

聯(lián)系人： 衛(wèi)曉雪 王福來(lái)

聯(lián)系電話：8825939 8884812

項(xiàng)目起止時(shí)間：1999年11月至2001年12月

　　  為保證本項(xiàng)目順利實(shí)施，出色完成研究任務(wù)，達(dá)到預(yù)期目的，建議設(shè)立項(xiàng)目協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組和專家領(lǐng)導(dǎo)小組。項(xiàng)目協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組主要負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)施過(guò)程中各個(gè)部門(mén)、專題及人員之間的配合和協(xié)調(diào)，理順實(shí)施過(guò)程中各部門(mén)和單位的關(guān)系，從行政上保證各子課題任務(wù)的完成和資料的提供；專家領(lǐng)導(dǎo)小組主要負(fù)責(zé)指導(dǎo)論證課題實(shí)施過(guò)程中主要技術(shù)路線、理論原則、創(chuàng)新方向及實(shí)用性等理論和技術(shù)問(wèn)題，督促、檢查項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)度，審查觀測(cè)實(shí)驗(yàn)和理論研究結(jié)果。項(xiàng)目辦公室主要承擔(dān)協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組與專家小組擬定事項(xiàng)的落實(shí)，對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的重大問(wèn)題及時(shí)提交協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組和專家小組決定。

協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組 組 長(zhǎng)：甘肅省副省長(zhǎng) 郭 琨

副組長(zhǎng)：甘肅省計(jì)委主任 王 軍

甘肅省科委主任 劉長(zhǎng)纓

蘭州市副市長(zhǎng) 宋乃嫻

成 員：甘肅省環(huán)保局局長(zhǎng) 田炳申

甘肅省氣象局局長(zhǎng) 謝金南

中科院蘭州分院黨組書(shū)記 何 易

專家小組 首 席：中科院院士 魏寶文 研究員

中科院院士 程國(guó)棟 研究員

成 員：甘肅省環(huán)保局局長(zhǎng) 田炳申 研究員

中科院蘭州大氣所 董文杰 研究員

中科院蘭州地質(zhì)所 王先彬 研究員

蘭州大學(xué) 陳長(zhǎng)和 教 授

甘肅省環(huán)保局 王新中 高 工

甘肅省氣象局 鄧振鏞 高 工

蘭州市環(huán)保局 余雄厚 高 工

中科院高原大氣所 呂世華 研究員

中科院高原大氣所 王介民 研究員

項(xiàng)目辦公室由蘭州分院和甘肅省環(huán)保局聯(lián)合組成

研究目標(biāo)：

在研制新一代高分辨率、高精度大氣污染環(huán)境動(dòng)力學(xué)模式和大氣化學(xué)動(dòng)力學(xué)模式的基礎(chǔ)上：

l、為蘭州州市大氣污染防治提供直觀、新穎、定量化優(yōu)化的方案評(píng)估和咨詢。

2、建立蘭州市空氣環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)試驗(yàn)系統(tǒng)，為污染防治方案評(píng)估提供工具。

研究?jī)?nèi)容

1、在分析歷史資料的基礎(chǔ)上，增加重點(diǎn)地區(qū)污染濃度監(jiān)測(cè)和微氣象條件觀測(cè)，掌握蘭州市目前污染源的強(qiáng)度和分布，進(jìn)一步研究各污染源對(duì)市區(qū)污染的貢獻(xiàn)和自然條件對(duì)污染物傳輸、擴(kuò)散的影響，為發(fā)展蘭州市大氣污染的高分辨率、高精度大氣環(huán)境動(dòng)力學(xué)模式和大氣化學(xué)動(dòng)力模式系統(tǒng)提供觀測(cè)分析資料。

2、建立明確針對(duì)蘭州市這一特殊地理環(huán)境和復(fù)雜下墊面條件下人類活動(dòng)與環(huán)境相互作用的，包含有污染物物理輸送過(guò)程、陸面過(guò)程和化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程等的新一代高分辨率、高精度大氣污染環(huán)境動(dòng)力學(xué)模式和大氣化學(xué)動(dòng)力學(xué)模式系統(tǒng)，研究大氣污染的傳輸、轉(zhuǎn)化和沉降機(jī)制。

環(huán)境與發(fā)展是當(dāng)今國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的重大問(wèn)題。保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展，已成為全世界緊迫而艱巨的任務(wù)。隨著人類日益增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，不僅要求在能源技術(shù)和資源蘊(yùn)藏量上能夠得到滿足，而且要滿足人類與大自然協(xié)調(diào)發(fā)展對(duì)環(huán)境的要求。經(jīng)濟(jì)——能源——環(huán)境已成為一個(gè)不可分割的整體。

當(dāng)前，人類正面臨有史以來(lái)最嚴(yán)峻的環(huán)境危機(jī)，這種環(huán)境危機(jī)將對(duì)未來(lái)人類生存與發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。眾多環(huán)境災(zāi)害、如硫酸煙霧、酸雨、光化學(xué)煙霧等都與大氣中的有害微量成份——總懸浮顆粒物、硫氧化物、氮氧化物、過(guò)氧化物和碳?xì)浠衔锏扔嘘P(guān)，如倫敦?zé)熿F事件主要由大氣S0₂所至，而洛杉磯的光化學(xué)煙霧事件與碳?xì)浠衔锛癗O_x的光化學(xué)反應(yīng)直接相關(guān)。

蘭州市是全國(guó)大氣污染嚴(yán)重城市之一，特別是在冬季大氣污染相當(dāng)嚴(yán)重，其污染類型赴典型的復(fù)雜地形城市的顆粒物和煤煙型污染，不僅直接影響和威脅當(dāng)?shù)厝藗兊慕】瞪?，而且影響?dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。為保護(hù)蘭州的環(huán)境、加速蘭州現(xiàn)代化建設(shè)，科技界曾開(kāi)展了一些蘭州大氣污染規(guī)律的研究并提出了一些治理對(duì)策，但由于大氣污染問(wèn)題十分復(fù)雜，是科學(xué)問(wèn)題與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展緊密相聯(lián)的矛盾統(tǒng)一體。就科學(xué)問(wèn)題本身而言，它既涉及到物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、地學(xué)等多種自然科學(xué)還涉及到人口、經(jīng)濟(jì)等多種社會(huì)科學(xué)，再加之蘭州特殊的地理環(huán)境和復(fù)雜的地形條件使得這一問(wèn)題更為復(fù)雜。迄今為止，無(wú)論是解決這一問(wèn)題的科學(xué)積累，還是認(rèn)識(shí)深度和廣度還遠(yuǎn)不夠。本研究的目的是就是要建立蘭州市環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)系統(tǒng)，提出最優(yōu)化的大氣污染綜合治理對(duì)策。為實(shí)現(xiàn)這一應(yīng)用目標(biāo)，我們擬以現(xiàn)有的中尺度模式為基礎(chǔ)，發(fā)展新一代、高精度、高分辨率大氣環(huán)境動(dòng)力學(xué)模式及大氣化學(xué)動(dòng)力學(xué)模式系統(tǒng)。

從本項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容來(lái)看，它不但是當(dāng)前我國(guó)城市(特別是山區(qū)城市)大氣污染所亟待解決的問(wèn)題，同時(shí)也將是下個(gè)世紀(jì)初大氣科學(xué)與環(huán)境科學(xué)的研究熱點(diǎn)問(wèn)題。

近30年來(lái)，蘭州市的大氣污染問(wèn)題一直受到省、市各級(jí)政府的高度重視和全市人民的強(qiáng)烈關(guān)注。省市環(huán)保界的科技工作者和管理工作者為此而付出了巨大的努力，取得了顯著成績(jī)。甘肅省及中國(guó)科學(xué)院對(duì)本研究非常關(guān)心，已下決心為解決蘭州市的大氣污染問(wèn)題共同努力，這是我們提出和完成這項(xiàng)研究的基礎(chǔ)。

二、蘭州市大氣污染概況

1996年的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，蘭州市的二氧化硫的日均值全年均有出現(xiàn)超標(biāo)的可能，最高的出現(xiàn)在一季度，超標(biāo)率為45.8％，最高日均值超標(biāo)倍數(shù)為4.4。氮氧化物全年均有出現(xiàn)超標(biāo)的可能，一、四季度的日均濃度的超標(biāo)率分別為65.0％和33.3％，最高日均值超標(biāo)倍數(shù)為2.11?？倯腋∥⒘Ｈ昝總€(gè)季度的超標(biāo)率均在80.0％以上，四季度最為嚴(yán)重，超標(biāo)率為97.0％，幾乎天天超標(biāo)。

蘭州市的大氣污染有明顯的年變化，圖1、圖2是蘭州市全城區(qū)S0₂和飄塵(PM₁₀)的年變化圖，S0₂和飄塵的高濃度值出現(xiàn)在11月至次年2月，即冬季污染嚴(yán)重。而飄塵高濃度在4-5月，可能與外來(lái)沙塵有關(guān)。

1991年至1992年?yáng)|亞大氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)獲取的TSP監(jiān)測(cè)資料表明，蘭州大氣中TSP含量居10個(gè)被監(jiān)測(cè)市之首，且懸浮微粒中的有害成份、鉛的含量也較高。

1998年全世界大氣污染最嚴(yán)重的十個(gè)城市中，中國(guó)獨(dú)占8個(gè)，其中蘭州位居第四。據(jù)1995年中國(guó)北方的37城市污染排名結(jié)果，蘭州的S0₂日均值為第19位，氮氧化物的年日均值為第3位，總懸浮微粒的年日均值為第4位，降塵年月均值為第11位。

三、蘭州市大氣污染源

蘭州市大氣污染主要由沙塵自然污染源和煤煙人為污染源兩類。其中工業(yè)源占總耗煤量的77.0％，各類生活污染源耗煤量占23.0％；交通車輛耗油總量為39.97萬(wàn)噸，排放大量顆粒物、CO、NOx，S0₂等污染物。汽車排氣中有150種以上的化合物，其中對(duì)人體有危害的主要有CO、NOx、H_nC_m、Pb。

蘭州市地處青藏高原東北側(cè)，市區(qū)位于黃河河谷之中，海拔高度為1530m，市區(qū)周圍群山環(huán)抱，河谷盆地分東、西兩部分，中間是狹窄的連接地段。東部城關(guān)區(qū)為居民區(qū)和果樹(shù)蔬菜種植區(qū)。城關(guān)區(qū)內(nèi)人口密度自東向西增加，果園和菜地分布在該區(qū)東北部，該區(qū)面積為60km²。它的南側(cè)山相對(duì)高度為300-600m，北側(cè)山相對(duì)高度為200--300m。位于盆地最西端的西固區(qū)為工業(yè)區(qū)，該區(qū)面積為31km²。工業(yè)區(qū)以石化、電力、煉鋁為主。該區(qū)周圍山高度為300-400m。

河谷盆地內(nèi)氣流閉塞，蘭州市的年均風(fēng)速為0.76m/s，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镋NE和NE，其頻率分別為37.0％和31.2％，特別在冬季，大氣邊界層內(nèi)靜風(fēng)頻率高，各種工業(yè)、生活污染源排放的大量污染物不易擴(kuò)散出去。在盆地中形成晝夜不消散的煙霧，煙霧層頂高度為500-800m，平均高度為600m。

蘭州市干旱少雨，年降水量為333mm,由于河西走廊平流來(lái)的沙塵影響，大氣污染物中總懸浮微粒(TSP)和大氣飄塵(PM₁₀)常年超標(biāo)，TSP成份中有50％以上為壤土，這也就說(shuō)明蘭州的TSP中自然貢獻(xiàn)及人類活動(dòng)的二次揚(yáng)尖貢獻(xiàn)率很大，它是蘭州市特定自然地理及氣象條件的綜合產(chǎn)物。

蘭州市屬山區(qū)河谷城市，其大氣污染形成原因具有河谷城市的一般特點(diǎn)，如圖8，當(dāng)城市處于較穩(wěn)定天氣系統(tǒng)控制之下，一方面由于河谷地形的存在，在地形高度附近形成一逆溫層，不利于大氣污染物擴(kuò)散；另一方面，大氣污染物吸收太陽(yáng)輻射，使上層大氣加熱，增加了逆溫層的溫度梯度，不利于逆溫層消失；同時(shí)由于大氣污染物吸收太陽(yáng)輻射，使到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射量減少，不利于熱力湍流的形成，抑制了混合層的發(fā)展，也不利于大氣污染物擴(kuò)散。

1、研究目標(biāo)：

在研制新一代高分辨率、高精度大氣污染環(huán)境動(dòng)力學(xué)模式和大氣化學(xué)動(dòng)力模式的基礎(chǔ)上：

①建立蘭州市環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的研究系統(tǒng)。使該模式系統(tǒng)在現(xiàn)有污染物排放監(jiān)測(cè)和氣象部門(mén)可提供資料的基礎(chǔ)上，著眼于研究TSP、S0₂利NOx等幾種主要污染物的時(shí)空分布特征。主要以大氣總懸浮顆粒物(TSP)、二氧化硫和氮氧化物為主，按國(guó)家環(huán)保總局頒布的空氣質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)蘭州市各區(qū)的空氣質(zhì)量作出24—48小時(shí)污染物分布模擬，為進(jìn)一步的污染防治對(duì)策研究提供可靠工具。

②為蘭州市大氣污染綜合防治優(yōu)化方案、提供決策咨詢和評(píng)估系統(tǒng)。應(yīng)用高精度、高分辨率環(huán)境動(dòng)力學(xué)模式，提出現(xiàn)有各類污染源對(duì)市區(qū)空氣質(zhì)量影響的定量評(píng)估，提出經(jīng)濟(jì)、合理的治理方案；對(duì)未來(lái)可能的各種能源結(jié)構(gòu)調(diào)整方案，通過(guò)數(shù)值模擬評(píng)估相應(yīng)的空氣質(zhì)量作為決策依據(jù)：例如，利用清潔能源(天然氣)代替燃煤可以多大程度地改善城市空氣質(zhì)量，可以利用模式得到其經(jīng)濟(jì)效益的具體參數(shù)，衡量投入產(chǎn)出比，作為政府決策的依據(jù)。用環(huán)境動(dòng)力學(xué)模式進(jìn)行市區(qū)及周邊地區(qū)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、綠化、建筑對(duì)環(huán)境質(zhì)量的敏感性試驗(yàn)，提出相應(yīng)的改善大氣環(huán)境質(zhì)量的有效措施，作為參考。這是本研究的主要目標(biāo)。

2、研究?jī)?nèi)容：

(1)以歷史資分析為主，輔以在重點(diǎn)地區(qū)污染濃度和微氣象條件的監(jiān)測(cè)和觀測(cè)，進(jìn)一步分析各污染源對(duì)市區(qū)污染的貢獻(xiàn)和自然條件對(duì)污染物傳輸、擴(kuò)散的影響，為發(fā)展適合研究蘭州市大氣污染的高分辨率、高精度大氣污染環(huán)境動(dòng)力學(xué)模式和大氣化學(xué)動(dòng)力學(xué)模式系統(tǒng)提供觀測(cè)分析事實(shí)。

(2)建立明確針對(duì)蘭州這一特殊地理環(huán)境和復(fù)雜下墊面條件下包含有陸面過(guò)程、化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程的新一代高分辨率、高精度大氣污染環(huán)境動(dòng)力學(xué)模式，研究大氣污染的傳輸、轉(zhuǎn)化和沉降過(guò)程。

(3)在模擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立蘭州市空氣環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)研究的客觀有效方法，為蘭州市市大氣污染綜合防治對(duì)策及優(yōu)化方案提供論證和評(píng)估。通過(guò)敏感性試驗(yàn)，確立一種治理措施在環(huán)境質(zhì)量改善幅度當(dāng)量下的經(jīng)濟(jì)效益，從而提供直觀、定量的對(duì)策效果描述。

1、蘭州市大氣污染的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)庫(kù)

主持單位:甘肅省環(huán)保局 負(fù)責(zé)人：候喜福，祁國(guó)偉

蘭州大氣所 負(fù)責(zé)人：

1．1蘭州市大氣污染排放源調(diào)查

主持單位：蘭州市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 負(fù)責(zé)人：候喜福

調(diào)查內(nèi)容：蘭州市大氣污染源排放強(qiáng)度情況

提交內(nèi)容：1999年10月一2001年4月蘭州市四城區(qū)的工業(yè)、流動(dòng)和生活污染源強(qiáng)度及分布情況，包括固定污染源的位置和污染物(TSP、S0₂、NOx)排放量分類資料、流動(dòng)污染源排放量、兩個(gè)冬季采暖期的生活污染源的污染物排放量、以及相應(yīng)的報(bào)告。排放源資料力求詳細(xì)、準(zhǔn)確，可以代表蘭州市90％以上的污染物來(lái)源。

要求提供：原有蘭州市污染源排放情況調(diào)查數(shù)據(jù)和試驗(yàn)期間的調(diào)查數(shù)據(jù)。保證資料的連續(xù)性。

研究經(jīng)費(fèi)：25萬(wàn)(監(jiān)測(cè)調(diào)查費(fèi)20萬(wàn)，資料整理2萬(wàn)，其它3萬(wàn))

預(yù)期進(jìn)度：2001年5月完成，逐月提供資料

1．2蘭州市大氣污染物監(jiān)測(cè)

主持單位：蘭州市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 負(fù)責(zé)人：候喜福

監(jiān)測(cè)內(nèi)容：TSP、S0₂、NOx

提交內(nèi)容：(1)1999年10月一2001年4月本項(xiàng)目新增3個(gè)污染物監(jiān)測(cè)站的污染物濃度(或含量)的觀測(cè)結(jié)果、甘省及蘭州市環(huán)境監(jiān)測(cè)站過(guò)去歷年來(lái)的5個(gè)監(jiān)測(cè)站污染物濃度監(jiān)測(cè)資料，及污染物時(shí)空分布的分析報(bào)告。

(2)提供每次采樣的部分樣品用于分析大氣污染物的化學(xué)組份。

要求提供：歷年及觀測(cè)期間的所有污染物濃度監(jiān)測(cè)資料，保證資料的連續(xù)性。

研究經(jīng)費(fèi)：20萬(wàn)(儀器費(fèi)0.8×5=4萬(wàn)，觀測(cè)及人工費(fèi)9萬(wàn)、研究分析和資料整理費(fèi)2萬(wàn)，其它5萬(wàn))

預(yù)期進(jìn)度：2001年5月完成，逐月提供資料

1．3大氣污染物化學(xué)組份及顆粒物來(lái)源分析

主持單位：甘肅省環(huán)保局環(huán)保所 負(fù)責(zé)人：魏群

分析內(nèi)容：分析顆粒物的化學(xué)組份，研究分析大氣污染顆粒物的來(lái)源、比例，確定污染源的貢獻(xiàn)，注重區(qū)分自然源、工業(yè)源(包括化工、鋼鐵、石油等)、汽車尾氣、生活源(包括取暖鍋爐)、城建、環(huán)衛(wèi)污染源的貢獻(xiàn)。

要求提供：污染物化學(xué)組份分析數(shù)據(jù)和報(bào)告，保證資料的可靠性。

要求對(duì)蘭州市的城關(guān)、七里河、西固、安寧分區(qū)、四季采樣分析，資料只有可靠的代表性。提供蘭州市顆粒物來(lái)源的分析報(bào)告，給出城區(qū)(城關(guān)、七里河、西固、安寧)的顆粒物分布(濃度)水平及主要來(lái)源的結(jié)論性意見(jiàn)。

研究經(jīng)費(fèi)：20萬(wàn)

預(yù)期進(jìn)度：2001年5月全部完成，試驗(yàn)每進(jìn)行—個(gè)月提供前月的分析結(jié)果。

1.4微氣象觀測(cè)

主持單位：蘭州高原大氣物理研究所 負(fù)責(zé)人：

研究?jī)?nèi)容:(1)如果經(jīng)費(fèi)到位，1999年建成市區(qū)地面微氣象觀測(cè)網(wǎng)并開(kāi)始運(yùn)行，測(cè)站總數(shù)為10個(gè)(分布見(jiàn)附圖，并請(qǐng)省氣象局觀測(cè)站、皋蘭、榆中和中川民航氣象臺(tái)配合，提供地面和高空氣象觀測(cè)資料)。其中6個(gè)站左右觀測(cè)地面風(fēng)向、風(fēng)速(啟動(dòng)風(fēng)速為0.6m/s以下)、氣溫，觀測(cè)記錄每小時(shí)一次。在盤(pán)旋路附近進(jìn)行近地層風(fēng)、溫度梯度觀測(cè)、系留氣球(至500-800米高度)風(fēng)。觀測(cè)記錄每小時(shí)一次。

(2)選擇其中的兩個(gè)站(七里河、西固)增加大氣無(wú)線電探空,觀測(cè)時(shí)間選在大氣轉(zhuǎn)型時(shí)期或具有代表意義的天氣型期內(nèi)。選污染嚴(yán)重期增加3個(gè)左右的大氣無(wú)線電探空。

要求提供：所有觀測(cè)時(shí)段的地面、高空探測(cè)資料。保證資料的連續(xù)性，供模式同化資料使用。

研究經(jīng)費(fèi)：55萬(wàn)(自動(dòng)氣象站設(shè)備及維護(hù)費(fèi)4萬(wàn)X6＝24萬(wàn)、觀測(cè)埸地及人工費(fèi)5萬(wàn)、機(jī)動(dòng)系留氣球等觀測(cè)2.5萬(wàn)、地面觀測(cè)費(fèi)7萬(wàn)，探空觀測(cè)9萬(wàn)，業(yè)務(wù)費(fèi)7.5萬(wàn)）

預(yù)期進(jìn)度：人工觀測(cè)2001年4月前結(jié)束，自動(dòng)氣象站2001年9月結(jié)束

1.5資料信息庫(kù)

主持單位：省環(huán)保局信息中心 負(fù)責(zé)人：祁國(guó)偉

研究?jī)?nèi)容：按項(xiàng)目設(shè)計(jì)書(shū)的要求建立ASCII碼的蘭州市大氣污染資料信息庫(kù)，以便用戶可以根據(jù)自己的需求讀取所需資料，可在微機(jī)系統(tǒng)使用。

要求提供：所有規(guī)范化的污染物、微氣象條件觀測(cè)資料數(shù)據(jù)庫(kù)。

研究經(jīng)費(fèi)：14萬(wàn)

預(yù)期進(jìn)度：觀測(cè)資料獲得后—個(gè)月內(nèi)補(bǔ)充進(jìn)資料庫(kù)，并供各參加單位使用。

2、大氣污染化學(xué)作用過(guò)程及動(dòng)力模式研究

主持單位：蘭州地質(zhì)研究所 負(fù)責(zé)人：張平中

研究?jī)?nèi)容：大氣污染物的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在各種物質(zhì)之間的相互作用和反應(yīng)轉(zhuǎn)化過(guò)程、光解轉(zhuǎn)化過(guò)程等，這里注重考慮含硫、含氮、含碳等無(wú)機(jī)物及部分有機(jī)物的光解過(guò)程，以及它們之間的相互作川轉(zhuǎn)化過(guò)程，建立大氣污染化學(xué)動(dòng)力學(xué)模式。

要求提供：(1)蘭州市污染物成分之間的化學(xué)作用過(guò)程，給出化學(xué)反應(yīng)方程式。

(2)提供針對(duì)蘭州各種污染物分布的化學(xué)動(dòng)力數(shù)值模預(yù)報(bào)原有污染物和新生污染物的濃度變化，只有單獨(dú)運(yùn)行的能力。

研究經(jīng)費(fèi)：20萬(wàn)(模式研制、調(diào)試計(jì)算及材料費(fèi)16萬(wàn)、業(yè)務(wù)費(fèi)4萬(wàn))

預(yù)期進(jìn)度：2001年6月完成

3、大氣污染環(huán)境動(dòng)力學(xué)研究

主持單位：蘭州大氣所 負(fù)責(zé)人：彭新東

3.1大氣中尺度動(dòng)力框架和數(shù)值模式

主持單位：蘭州高原大氣物理研究所 負(fù)責(zé)人：呂世華

研究?jī)?nèi)容：針對(duì)蘭州市地形和下墊而類型的復(fù)雜性及城市大氣污染的局地性等特點(diǎn)，建立一套具有地形追隨坐標(biāo)的非靜力原始方程動(dòng)力學(xué)框架；并以此動(dòng)力框架為基礎(chǔ)，建立蘭州地區(qū)的大氣中尺度動(dòng)力學(xué)模式系統(tǒng)。模式設(shè)計(jì)在UNIX系統(tǒng)上運(yùn)行，采用高精度的物理量平流計(jì)算方案，使模式具有較高的性能，并具有較強(qiáng)的實(shí)際業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)能力和較強(qiáng)的實(shí)用性。為使模式只有較高的可靠性，選用已經(jīng)被廣泛應(yīng)用、且有較好模擬能力的RAMS模式進(jìn)行改造。利用嵌套網(wǎng)格技術(shù)，使最小網(wǎng)格模式分辨率在5km左右，近地層的垂直分辨率最高15m，以保證高質(zhì)量、高分辨的大氣運(yùn)動(dòng)過(guò)程的預(yù)報(bào)描述。模式采用Z^*地形追隨坐標(biāo)，有利于觀測(cè)資料的(同化)嵌入利模式結(jié)果與觀測(cè)值的對(duì)比。首先利用歷史資料(網(wǎng)格點(diǎn)客觀分析資料和探空資料）檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降倪\(yùn)行和模擬能力。在數(shù)值試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定大氣動(dòng)力模式的分層，并固定下來(lái)，形成蘭州市特定區(qū)域的大氣動(dòng)力描述系統(tǒng)。

要求提供：可以在UNIX系統(tǒng)卜運(yùn)行的大氣動(dòng)力學(xué)模式運(yùn)行模塊

研究經(jīng)費(fèi)：20萬(wàn)(軟件購(gòu)置費(fèi)8萬(wàn)、模式改造4萬(wàn)、調(diào)試運(yùn)行費(fèi)4萬(wàn)、材料2萬(wàn)、業(yè)務(wù)費(fèi)2萬(wàn))

預(yù)期進(jìn)度：2000年12月完成

3.2 大氣物理過(guò)程及陸面過(guò)程參數(shù)化

主持單位：蘭州高原大氣物理研究所 負(fù)責(zé)人：張 強(qiáng)

研究?jī)?nèi)容：詳細(xì)刻劃大氣邊界層內(nèi)的物理過(guò)程(如對(duì)流利湍流輸送、能量收支、物理量的垂直混合等)、水汽循環(huán)過(guò)程、 輻射輸過(guò)程、地氣相互作用過(guò)程、人類活動(dòng)及生態(tài)過(guò)程對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)作用的參數(shù)化等。在蘭州市微氣象觀測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上驗(yàn)證和修改物理過(guò)程的參數(shù)化方案和參數(shù)，確定適合蘭州這一特殊地區(qū)的物理過(guò)程參數(shù)化描述。這部分中牽涉到的內(nèi)容較多、過(guò)程復(fù)雜，而且針對(duì)性強(qiáng)，必須根據(jù)蘭州市的地形、地表狀況、植被類型及其分布客觀確定參數(shù)。這里注重考慮的是大氣邊界層物理過(guò)程的描述，因?yàn)檫@是與大氣污染物擴(kuò)散過(guò)程關(guān)系最直接、最密切的部分，在模式中抓住湍流對(duì)風(fēng)、溫、濕垂直分布作用，及地表感熱利潛熱的通量計(jì)算，為大氣動(dòng)力模式捉供較為細(xì)致的邊界層物理過(guò)程和結(jié)構(gòu)。利用現(xiàn)有研究成果，對(duì)蘭州地區(qū)的地表物理特性及其相關(guān)的過(guò)程、人類活動(dòng)影響等進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化，使模式能夠在這一特定地理環(huán)境下對(duì)邊界層、特別是近地層的大氣物理特性和變化有較好的預(yù)報(bào)效果。

要求提供：UNIX系統(tǒng)下的上述模式系統(tǒng)

研究經(jīng)費(fèi)：12萬(wàn)(模式開(kāi)發(fā)調(diào)試費(fèi)6萬(wàn)、材料費(fèi)3萬(wàn)、業(yè)務(wù)費(fèi)：3萬(wàn))

預(yù)期進(jìn)度：2001年6月完成

3.3蘭州市大氣氣溶膠輻射特性研究

主持單位：蘭州高原大氣物理研究所 負(fù)責(zé)人：沈志寶

研究?jī)?nèi)容：蘭州市大氣氣溶膠的季節(jié)特征和特性；氣溶膠對(duì)長(zhǎng)、短波輻射傳輸?shù)挠绊?；冬季穩(wěn)定邊界層與氣溶膠輻射特性的相互作用；不同氣溶膠對(duì)輻射傳輸影響的理論模型建立及數(shù)值模式計(jì)算。

要求提供：蘭州市不同季節(jié)大氣氣溶膠的輻射特性及其對(duì)邊界層

結(jié)構(gòu)的影響；氣溶膠輻射傳輸?shù)睦碚撃Ｊ郊坝?jì)算結(jié)果分析。

研究經(jīng)費(fèi)：10萬(wàn)(研究費(fèi)5萬(wàn)，材料及資料3萬(wàn)、接口實(shí)施2萬(wàn))

預(yù)期進(jìn)度：2001年6月完成

3.4大氣污染物擴(kuò)散數(shù)值模式

主持單位：蘭州高原大氣物理研究所 負(fù)責(zé)人：彭新東

研究?jī)?nèi)容：在大氣動(dòng)力學(xué)模式和物理過(guò)程參數(shù)化的基礎(chǔ)上，建立污染物的物理擴(kuò)散過(guò)程模式系統(tǒng)，采用Euler-Lagrange混合方案，求解大氣污染源擴(kuò)散方程計(jì)算污染物的平流、湍流擴(kuò)散。采用混合求解方案的主要原因是考慮了污染物從污染源排放以后的運(yùn)動(dòng)幾何特性決定的。當(dāng)污染物排放出來(lái)以后，由于其運(yùn)動(dòng)距離較短，湍流擴(kuò)散相對(duì)較小，污染物煙團(tuán)的直徑較小，在常規(guī)的歐拉運(yùn)動(dòng)系內(nèi)很難精確描述其運(yùn)動(dòng)，所以這段時(shí)間主要采川拉格朗日運(yùn)動(dòng)系描述；當(dāng)污染物經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)動(dòng)之后，湍流擴(kuò)散已經(jīng)達(dá)到模式網(wǎng)格可分辨的空間尺度，此時(shí)則改用歐拉系計(jì)算。由于蘭州市冬季靜風(fēng)情況較多，污染物的湍流擴(kuò)散過(guò)程將是更為重要的物理過(guò)程。

要求提供：蘭州市大氣污染物平流、擴(kuò)散模擬預(yù)測(cè)系統(tǒng)，

研究經(jīng)費(fèi)：20萬(wàn)(氣象資料費(fèi)3萬(wàn)、模式研制5萬(wàn)、運(yùn)行費(fèi)2萬(wàn)、

計(jì)算及材料6萬(wàn)、業(yè)務(wù)費(fèi)4萬(wàn)

預(yù)期進(jìn)度：2001年6月完成

3.5蘭州市大氣環(huán)境容量研究

主持單位：蘭州大氣所 主持人：董文杰

研究?jī)?nèi)容：利用開(kāi)發(fā)的大氣動(dòng)力學(xué)模式，研究在不同的大氣污染水平條件下，蘭州城區(qū)的污染物容量，供管理部門(mén)掌握各類污染物的最大排放限度，制定污染物排放限制標(biāo)準(zhǔn)。

要求提供：蘭州市城區(qū)大氣環(huán)境總?cè)萘?/FONT>

微氣象觀測(cè)站一覽表

項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)進(jìn)度表

2001年中期工作匯報(bào)

由中國(guó)科學(xué)院蘭州分院和甘肅省環(huán)保局主持的甘肅省政府一中國(guó)科學(xué)院科技合作項(xiàng)目“蘭州市大氣污染及對(duì)策研究”從2000年1月正式啟動(dòng)已經(jīng)一年半時(shí)間?，F(xiàn)將該項(xiàng)目的進(jìn)展及有關(guān)情況做簡(jiǎn)要匯報(bào)，請(qǐng)省計(jì)委、科技廳和蘭州市政府對(duì)項(xiàng)目執(zhí)行進(jìn)行指導(dǎo)，以利項(xiàng)目研究工作能夠較好的完成合同預(yù)期目標(biāo)，在2001年底按期驗(yàn)收。

一、合作基本情況簡(jiǎn)介

5月28日，中科院蘭州分院和省環(huán)保局組織了項(xiàng)目2001年中期檢查匯報(bào)會(huì)。會(huì)前，各專題分別召開(kāi)了預(yù)備會(huì)，對(duì)工作進(jìn)行了匯報(bào)、溝通，為中期檢查會(huì)作了充分的準(zhǔn)備。會(huì)議首先進(jìn)行了14個(gè)學(xué)術(shù)報(bào)告，對(duì)研究工作進(jìn)行了學(xué)術(shù)交流。其次各專題、子專題分別進(jìn)行了研究工作和進(jìn)展匯報(bào)，課題組成員詳細(xì)討論和分析了項(xiàng)目研究過(guò)程中的相關(guān)問(wèn)題，進(jìn)一步明確了研究方向。第三由項(xiàng)目主持人對(duì)研究進(jìn)展和取得的階段性成果進(jìn)行了小結(jié)，對(duì)各單位給予的支持、對(duì)各課題人員的努力表示感謝，對(duì)現(xiàn)階段取得的成果給予肯定，并對(duì)下一階段的工作內(nèi)容和進(jìn)度提出要求，突出強(qiáng)調(diào)了第三季度工作重點(diǎn)和繼續(xù)發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，按照原定計(jì)劃再次明確了各專題的進(jìn)度計(jì)劃，明確了責(zé)任。同時(shí)，對(duì)項(xiàng)目結(jié)題驗(yàn)收準(zhǔn)備工作進(jìn)行了布置。

二、項(xiàng)目執(zhí)行進(jìn)展

● 研究目標(biāo)：

在研制新一代高分辨率、高精度大氣污染環(huán)境動(dòng)力學(xué)模式和大氣化學(xué)動(dòng)力學(xué)模式的基礎(chǔ)上：

為蘭州市大氣污染防治提供直觀、新穎、定量化優(yōu)化的方案評(píng)估和咨詢。

建立蘭州市空氣環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)試驗(yàn)系統(tǒng)，為污染防治方案評(píng)估提供工具。

● 研究?jī)?nèi)容：

1、在分析歷史資料的基礎(chǔ)上，增加重點(diǎn)地區(qū)污染濃度監(jiān)測(cè)和微氣象條件觀測(cè)，掌握蘭州市目前污染源的強(qiáng)度和分布，進(jìn)一步研究各污染源對(duì)市區(qū)污染的貢獻(xiàn)和自然條件對(duì)污染物傳輸、擴(kuò)散的影響，為發(fā)展蘭州市大氣污染的高分辨率、高精度大氣環(huán)境動(dòng)力學(xué)模式和大氣化學(xué)動(dòng)力模式系統(tǒng)提供觀測(cè)分析資料。

2、建立明確針對(duì)蘭州這一特殊地理環(huán)境和復(fù)雜下墊面條件下人類活動(dòng)與環(huán)境相互作用的，包含有污染物物理輸送過(guò)程、陸面過(guò)程和化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程等的新一代高分辨率、高精度大氣污染環(huán)境動(dòng)力學(xué)模式和大氣化學(xué)動(dòng)力學(xué)模式系統(tǒng)，研究大氣污染的傳輸、轉(zhuǎn)化和沉降機(jī)制。

3、在模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立蘭州市環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的客觀有效方法和研究模式系統(tǒng)，為蘭州市大氣污染防治對(duì)策及優(yōu)化方案的論證和評(píng)估提供可靠的數(shù)理描述及理論依據(jù)。

● 主要進(jìn)展：

1．蘭州市大氣污染的監(jiān)測(cè)

從2000年11月一2001年4月對(duì)在蘭州市設(shè)立的8個(gè)大氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了三項(xiàng)污染物因子的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。獲得了項(xiàng)目需要的污染物分布資料，并提交給項(xiàng)目資料信息庫(kù)。 采集的部分樣品也提供給有關(guān)課題進(jìn)行分析研究。

2．蘭州市大氣污染源調(diào)查

前期系統(tǒng)整理了1999年污染源調(diào)查資料，并提交項(xiàng)目信息資料庫(kù)。目前又對(duì)蘭州2000年污染源進(jìn)行了第二次調(diào)查，工業(yè)污染源抽樣調(diào)查已經(jīng)結(jié)束，生活污染源調(diào)查正在進(jìn)行。

3．蘭州市大氣污染物化學(xué)組份分析及顆粒物來(lái)源分析

已經(jīng)對(duì)2000年11月至2001年2月共四個(gè)月的TSP樣品進(jìn)行了分析測(cè)定。處理了408個(gè)樣品，得到6528個(gè)分析數(shù)據(jù)。源解析分析的本底樣品已經(jīng)采集完畢，采用16個(gè)。源解析分析軟件正在調(diào)試。

4．蘭州市大氣污染微氣象觀測(cè)

從2000年11月開(kāi)始，對(duì)蘭州市4個(gè)自動(dòng)氣象站進(jìn)入正式觀測(cè)，共獲取了地面氣象要素?cái)?shù)據(jù)14400組。自動(dòng)氣象站工作穩(wěn)定，觀測(cè)連續(xù)。在蘭州大學(xué)和西固進(jìn)行了系留氣球風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度、濕度梯度觀測(cè)，分別在2000年12月和2001年1月進(jìn)行了1周時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)。

5．高分辨率污染預(yù)報(bào)模式的發(fā)展

引進(jìn)最新的RAMS中尺度模式，通過(guò)5重嵌套，在蘭州市區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了一公里網(wǎng)格的高分辨率的數(shù)值模式，較好的模擬了蘭州市環(huán)流和溫度的日變化特征，模擬出了蘭州的逆溫及日變化特征。除此，將該模式與一個(gè)污染輸送模式嵌套，使用調(diào)查的污染源資料和蘭州大氣觀測(cè)資料，模擬了蘭州市大氣中二氧化硫的分布及日變化特征。研究表明可以使用該模式系統(tǒng)研究蘭州大氣污染機(jī)理及防治對(duì)策。

6．污染模式預(yù)報(bào)系統(tǒng)

在美國(guó)NCAR中尺度模式MM5的基礎(chǔ)上，以國(guó)家氣象中心中期數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品T106模式的預(yù)報(bào)為邊值，以地面和高空觀測(cè)資料和T106分析資料為初值，以蘭州市為中心的較大區(qū)域進(jìn)行數(shù)值天氣預(yù)報(bào)。該系統(tǒng)已經(jīng)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，可以為蘭州市污染預(yù)報(bào)模式提供邊界值。目前正在開(kāi)發(fā)以MM5模式為基礎(chǔ)的污染預(yù)報(bào)模式，建立蘭州市大氣污染預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)。

7．資料信息庫(kù)

已經(jīng)完成蘭州市1999年污染源、蘭州市大氣污染物的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及微氣象等大量資料的入庫(kù)工作。信息資料系統(tǒng)已經(jīng)基本建成，通過(guò)信息系統(tǒng)提供給項(xiàng)目各有關(guān)成員使用。

8．對(duì)策研究

蘭州大氣污染的對(duì)策研究專題分為6個(gè)子專題，分別從不同方面進(jìn)行對(duì)策研究?，F(xiàn)各子專題的初步研究進(jìn)展如下：

治理汽車尾氣對(duì)蘭州市大氣環(huán)境影響

對(duì)基礎(chǔ)資料進(jìn)行了調(diào)研整理，分析了1996—2000年49個(gè)監(jiān)測(cè)站位的車流資料，

提出了一個(gè)計(jì)算汽車尾氣對(duì)蘭州市大氣污染的分擔(dān)率的新方法，初步計(jì)算了汽車尾氣對(duì)蘭州市大氣污染的分擔(dān)率。

能源結(jié)構(gòu)改變對(duì)蘭州市大氣環(huán)境的影響

調(diào)查了1999年蘭州市四城區(qū)污染工業(yè)源采暖期能耗、全年能耗、燃煤量、燃油量、廢氣排放量及主要污染物煙塵、SO₂、NO_x、CO排放量。并計(jì)算其等標(biāo)污染負(fù)荷比。以1999年為基準(zhǔn)年，研究了蘭州市利用天然氣以后的大氣污染狀態(tài)，分析計(jì)算表明在引入天然氣后，蘭州市大氣污染物排放量明顯減少，煙塵、SO₂、NO_x、三項(xiàng)主要污染物平均減少21.9％，特別是煙塵減少43.63％，對(duì)改變蘭州市污染有重要意義。

沙塵暴對(duì)蘭州大氣污染的影響

利用實(shí)時(shí)和歷史常規(guī)氣象觀資料和大氣顆粒物污染監(jiān)測(cè)資料，研究了沙塵暴對(duì) 蘭州市污染的影響，發(fā)現(xiàn)沙塵天氣使污染加局，造成空氣污染異常嚴(yán)重，大氣顆粒物 污染濃度增加100—200％。春季沙塵暴對(duì)蘭州市大氣污染有重要影響。

兩山綠化對(duì)蘭州市污染的影響

通過(guò)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，皋蘭山頂大氣通過(guò)地面加熱，然后輸送到蘭州市上空，形成蘭州逆溫，逆溫沿皋蘭山一帶比較嚴(yán)重。通過(guò)皋蘭山綠化及改善地面植被狀態(tài)可以減緩蘭州逆溫。提出加強(qiáng)蘭州皋蘭山及山頂?shù)木G化、退耕還林，減少在皋蘭山及附近建設(shè)大型建筑等建議。除此，提出由于皋蘭山地形較高應(yīng)作為蘭州的“青藏高原”加強(qiáng)保護(hù)的觀點(diǎn)。

蘭州市大氣污染物排放總量控制對(duì)策評(píng)估研究

分析了大氣污染源按功能區(qū)分布和分類，源強(qiáng)和源高分類。與蘭州有關(guān)部門(mén)協(xié)商，確定二氧化硫、顆粒物等主要污染物按行政區(qū)，功能區(qū)的分解目標(biāo)和分配指標(biāo)及相關(guān)措施。評(píng)價(jià)、驗(yàn)證各類總量分配技術(shù)方法，用基本確定的主要技術(shù)方法將排放總量分解到主要污染源，提出了幾種分配方案，并進(jìn)行了綜合評(píng)估和可行性論證。

污染源對(duì)蘭州污染影響的研究

研究了近年來(lái)能源結(jié)構(gòu)變化的主要特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)燃煤量從1989年到1995年呈上升趨勢(shì)，1995年以后下降；燃油量呈逐年上升趨勢(shì)，主要集中在機(jī)動(dòng)車消耗方面。此外研究了1998年能源結(jié)構(gòu)和能源消耗情況，對(duì)重點(diǎn)源能源消耗量進(jìn)行了分析。初步提出對(duì)策為：對(duì)交通源加大雙燃料車的比重，減少耗油量，加速機(jī)動(dòng)車的更新?lián)Q代，利用南北兩條道路，分流過(guò)境車量等。對(duì)生活源要加速城市集中供熱，城市餐飲業(yè)限期達(dá)到煤改氣，利用東、西兩個(gè)電廠和籌建的然氣電廠加大供熱面積，停止燃煤供熱鍋爐，減少耗煤量等。

三、2001年下半年工作計(jì)劃

2001年下半年是該項(xiàng)目攻堅(jiān)階段。項(xiàng)目計(jì)劃在9月份召開(kāi)項(xiàng)目學(xué)術(shù)交流及項(xiàng)目驗(yàn)收準(zhǔn)備會(huì)，為項(xiàng)目在2001年底順利結(jié)題提供保障。要求各子專題必須在10月份提交研究報(bào)告及成果，由專題匯總向課題提交研究報(bào)告。項(xiàng)目要求對(duì)策研究的7個(gè)子專題必須在9月份提供對(duì)策研究報(bào)告，10月份匯總報(bào)有關(guān)部門(mén)在2001年冬季蘭州大氣污染防治時(shí)使用。項(xiàng)目要求研究成果以3種形式體現(xiàn)。主要計(jì)劃有：對(duì)策研究要為蘭州市污染防治提供6個(gè)防治對(duì)策和1個(gè)綜合性防治對(duì)策。出版一本研究論文專集。項(xiàng)目將在資料信息庫(kù)的基礎(chǔ)上出版1套光盤(pán)，作為研究蘭州大氣污染的基礎(chǔ)資料。

計(jì)劃2001年12月進(jìn)行部分補(bǔ)充觀測(cè)，2002年1月進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收。

“蘭州市大氣污染及對(duì)策研究”項(xiàng)目組