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一种城市街区尺度下的高时空分辨率大气污染溯源模型

污染溯源；模式；高时空分辨率

    城市街区尺度下的大气环境污染不仅会对人体健康造成伤害，而且对社会稳定和经济发展都会产生影响。因此，深入研究城市街区尺度环境下大气污染的时空分布特征，并对大气污染进行溯源及轨迹分析，在经济和社会效益上都具有重要意义。

    然而现有的关于城市街区尺度的大气污染溯源研究仍存在不足。目前城市街区尺度的大气污染溯源主要基于观测手段，通过在工业园区、城市街区等环境建立高网格密度的大气观测组网，利用点监测、线监测仪器及激光雷达、走航监测车等设备的监测结果，结合风速风向数据，追溯污染来源。但大气污染监测仪器通常造价昂贵，成本较高，且观测组网需要大量专业技术人员进行运行和维护，因此该类方法会耗费大量的人力物力。大气污染溯源的另一类方法则是数值模拟方法，利用空气质量模型的计算结果，结合少量观测数据进行污染溯源，其中最具代表性的模型有HYSPLIT模型与FLEXPART模型等。然而该类模型主要为解决中尺度（计算域100km量级，分辨率3-5km）大气污染的溯源问题而设计，对于解决小尺度甚至微尺度（计算域约为10km量级，分辨率为百米至十米量级）的城市街区尺度下的大气污染溯源问题仍存在一定困难。因此，研究如何在城市街区尺度下利用数值模型对大气污染进行高时空分辨率的高精度污染来源追溯，是非常有意义的。

    本研究首先对WRF计算的气象场进行降尺度诊断模拟。经地形动力、倾斜流、地形阻挡作用的调整等处理后，对计算区域的气象场进行降尺度的高精度诊断计算。计算域范围达到50km×50km，其水平网格分辨率可达到50m，垂直方向上分辨率达到20m（图1）。随后将降尺度气象模式与FLEXPART模式进行耦合，建立降尺度大气污染溯源模型，对具有不同地形和建筑特征的典型污染区域开展聚类污染溯源计算，通过气团滞留时间和浓度分布，获取可能排放源区位置（图2），并结合排放源清单，判定污染源区位置。该结果的空间分辨率可达到50m。时间分辨率可达到5分钟量级。