楊再東

（廣東省環(huán)境科學(xué)研究院，廣東廣州 510045）

空氣質(zhì)量的好壞通常與大氣污染物排放量有直接關(guān)系，因此，進(jìn)一步強(qiáng)化大氣污染物排放總量的宏觀約束不僅是有效制定減排控制情景的重要前提，更是污染防治工作中的重要任務(wù)。本研究擬采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法建立污染物排放量與濃度之間的響應(yīng)關(guān)系，并結(jié)合簡(jiǎn)單箱模型的A值法，估算WHO-Ⅱ和Ⅲ過(guò)渡階段目標(biāo)要求下珠三角區(qū)域大氣污染物排放的宏觀約束值，為區(qū)域排放限值的分配方案和減排控制情景的制定提供科學(xué)的依據(jù)。

1 研究方法

1.1 A值法

本研究在估算珠三角區(qū)域排放宏觀約束的過(guò)程中，選用A值法計(jì)算各污染物排放量，作為模型預(yù)測(cè)的一個(gè)對(duì)比參照，也可輔助驗(yàn)證模型計(jì)算結(jié)果的可靠性。

A值法理想大氣環(huán)境容量的一般計(jì)算公式：

式中：a——總量下標(biāo)；Ai——地理區(qū)域性總量控制系數(shù)（km2/a），Qa——區(qū)域理想大氣環(huán)境容量（t/a），104t/a；104km2/a；S——各類控制區(qū)域總面積（km2）；Si——研究區(qū)域第i個(gè)分區(qū)面積（km2）；Csi——研究區(qū)域第i個(gè)分區(qū)某種污染物的年平均濃度限值（mg/m3）；Cb——第i分區(qū)污染物背景濃度值（mg/m3）。

研究采用的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)包括PM10、PM2.5、NO2、O3-8 h-90per、SO2和CO-95per六項(xiàng)常規(guī)污染物濃度，主要通過(guò)廣東省歷年環(huán)境狀況公報(bào)和現(xiàn)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得到，在使用A值法估算珠三角在WHO-Ⅱ和Ⅲ過(guò)渡階段目標(biāo)要求下各污染物排放濃度約束時(shí)，本研究擬選取2018年作為基準(zhǔn)年，將各城市2018年污染物年均濃度作為該地區(qū)背景濃度值。

1.2 總量控制系數(shù)A的確定

在研究區(qū)域面積和污染物濃度限值確定的情況下，控制系數(shù)A的取值將直接影響大氣污染物允許排放總量限值，并最終影響區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的保護(hù)目標(biāo)或各污染源污染物削減的公正性。

本研究結(jié)合珠三角各個(gè)區(qū)域?qū)嶋H地理信息、氣候條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，利用WRF氣象模式計(jì)算了珠三角各城市的總量控制系數(shù)，有效減少了排放總量約束計(jì)算的誤差：

式中：Hi——第i分區(qū)大氣混合層高度（m）；Ai——第i分區(qū)總量控制系數(shù)（km2/a），104km2/a；——第i分區(qū)大氣混合層平均風(fēng)速（m/s）。

表1 2018年珠三角各城市總量控制系數(shù)（A）及區(qū)域面積

1.3 相關(guān)性分析法

相關(guān)性分析是數(shù)理統(tǒng)計(jì)科學(xué)中運(yùn)用統(tǒng)計(jì)推斷的方式，研究變量間相關(guān)關(guān)系的有無(wú)和相關(guān)關(guān)系形式的重要工具，同時(shí)也是回歸分析和數(shù)字建模過(guò)程中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)分析自變量與因變量的相關(guān)性，可剔除與因變量相關(guān)關(guān)系不顯著、甚至不相關(guān)的自變量，使因變量與每一個(gè)自變量之間的相關(guān)關(guān)系顯著存在，達(dá)到模型優(yōu)化的目的。

本研究在預(yù)測(cè)WHO-Ⅱ和Ⅲ過(guò)渡階段目標(biāo)要求下珠三角地區(qū)污染物排放宏觀約束時(shí)，擬通過(guò)分析主要污染物濃度與前提物（一次和二次）排放量的相關(guān)性，利用Matlab分別擬合最能反映濃度與排放量關(guān)系的回歸方程，估算在WHO-Ⅱ和Ⅲ過(guò)渡階段污染物濃度限值下，珠三角地區(qū)各污染物排放量限值。

2 2018年背景下珠三角排放約束情況

基于A值法測(cè)算，珠三角地區(qū)在WHO-Ⅱ階段目標(biāo)要求下，PM10和PM2.5分別需要在2018年的基礎(chǔ)上減排1.71 萬(wàn)t和7.13 萬(wàn)t，重點(diǎn)減排的城市包括江門、肇慶和廣州。其中江門市PM10和PM2.5減排量均為1.11 萬(wàn)t，肇慶市PM10和PM2.5減排量分別為1.09 萬(wàn)t和3.06 萬(wàn)t，廣州為0.5 萬(wàn)t和1.25 萬(wàn)t。

在WHO-Ⅲ階段目標(biāo)要求下，珠三角地區(qū)需要在2018年基礎(chǔ)上分別對(duì)PM10和PM2.5減排20.41 萬(wàn)t和16.48 萬(wàn)t。從城市層面來(lái)看，珠三角各城市均需對(duì)顆粒物進(jìn)行減排，重點(diǎn)減排的城市有肇慶、江門、惠州和廣州，肇慶需減排5.46 萬(wàn)t和5.25 萬(wàn)t，其次為江門市，分別減排4.8 萬(wàn)t和2.95 萬(wàn)t。珠三角SO2濃度相對(duì)較低，即使在WHO-Ⅱ階段和準(zhǔn)則值目標(biāo)要求下，珠三角SO2仍有可排放的空間，允許排放量分別為37.43 萬(wàn)t和9.38 萬(wàn)t。

3 WHO-Ⅱ和Ⅲ過(guò)渡目標(biāo)下宏觀排放約束總量

本研究在計(jì)算珠三角地區(qū)在WHO-Ⅱ和Ⅲ過(guò)渡目標(biāo)下污染物排放宏觀約束總量時(shí)，基于式（1）不計(jì)背景濃度Cb的影響，直接估算目標(biāo)污染物濃度限值下污染物排放的總大氣環(huán)境容量作為宏觀排放約束：

計(jì)算得到珠三角各城市污染物排放宏觀約束，如圖1和圖2所示。

圖1 WHO-Ⅱ過(guò)渡階段珠三角PM10、PM2.5和SO2宏觀約束總量

圖2 WHO-Ⅲ過(guò)渡階段珠三角PM10、PM2.5和SO2宏觀約束總量

珠三角地區(qū)在WHO-Ⅱ階段要求下可排放PM10、PM2.5和SO2分別為47 萬(wàn)t、23 萬(wàn)t、47 萬(wàn)t；在WHO-Ⅲ階段要求下可排放PM10、PM2.5和SO2分別為28 萬(wàn)t、1 419 萬(wàn)t。

從空間分布來(lái)看，在WHO-Ⅱ和Ⅲ階段目標(biāo)要求下，珠三角地區(qū)面積較小的城市污染物排放約束量普遍小于面積較大的江門市、肇慶市、廣州市和惠州市。各城市PM2.5排放量的約束值均為最小，是制約珠三角乃至廣東省環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)一步優(yōu)化和改善的主要問(wèn)題。

4 相關(guān)性分析及排放約束預(yù)測(cè)

4.1 線性分析法

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，珠三角地區(qū)SO2、NO2以及顆粒物（PM10、PM2.5）排放量與其前體物濃度呈極高的線性相關(guān)性，相關(guān)性系數(shù)R為分別為0.98、0.81、0.87和0.72。

根據(jù)污染物與其前體物的線性相關(guān)性預(yù)測(cè)得到珠三角在WHO-Ⅱ和Ⅲ過(guò)渡階段目標(biāo)要求下SO2、NO2、PM10和PM2.5排放量約束分別約為80 萬(wàn)t和39 萬(wàn)t、87 萬(wàn)t和87 萬(wàn)t、49 萬(wàn)t和26 萬(wàn)t、16 萬(wàn)t和5 萬(wàn)t。

4.2 非線性分析法

研究結(jié)果顯示，PM2.5濃度削減量與其前體物NOx、NH3、VOCs和SO2減排比例之間分別呈四次、三次、二次多項(xiàng)式和線性關(guān)系，通過(guò)擬合珠三角PM2.5濃度響應(yīng)值與各前體物削減比例的非線性響應(yīng)關(guān)系，預(yù)測(cè)得到珠三角在WHO-Ⅱ和Ⅲ過(guò)渡階段下NOx、NH3、VOCs和SO2排放約束分別約為72 萬(wàn)t和54 萬(wàn)t、17 萬(wàn)t和15 萬(wàn)t、91 萬(wàn)t和92 萬(wàn)t、26 萬(wàn)t和24 萬(wàn)t。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）綜合考慮A值法和統(tǒng)計(jì)分析法的結(jié)果，最終得到珠三角地區(qū)在WHO-Ⅱ和Ⅲ過(guò)渡階段下，PM10、PM2.5、SO2、NOx、NH3和VOCs的排放約束分別為48 萬(wàn)t和27 萬(wàn)t、20 萬(wàn)t和9 萬(wàn)t、26 萬(wàn)t和24 萬(wàn)t、72 萬(wàn)t和55 萬(wàn)t、17 萬(wàn)t和15 萬(wàn)t、91 萬(wàn)t和92 萬(wàn)t。

（2）在WHO-Ⅱ和Ⅲ過(guò)渡階段目標(biāo)要求下，珠三角地區(qū)SO2和NH3排放量約束值相對(duì)2015年下降幅度較小，PM10、一次PM2.5和NOx有較大的減排空間，加大其減排力度對(duì)顆粒物濃度削減效果更好。此外，VOCs的排放量與PM2.5濃度呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)性，所以在過(guò)渡階段目標(biāo)下，其排放量有輕微增長(zhǎng)。