随着我国经济快速发展和城市化的快速推进，特别是以重化工为特征的产业发展模式、煤炭为主的能源结构以及快速的机动车增长，我国主要污染物排放量均已升居世界第一，结果造成了严重的空气污染和公众健康威胁。中国大气污染呈现出多污染源多污染物叠加、城市与区域污染复合、污染与气候变化交叉等显著特征，其治理难度远大于发达国家，是一项长期艰巨的任务^{[1, 2]}。尤其是2013年1月的灰霾污染，其持续时间之长，覆盖范围之广，污染程度之高，影响人群之多，在全球均属罕见，引起了国内外的高度关注^{[3, 4]}。为了改善空气质量和保护公众健康，新一届政府采取了史上最严格的大气污染治理措施，于2013年9月12日正式发布了第一个国家《大气污染防治行动计划（2013—2017）》^{[5, 6]}，要求到2017年，全国地级及以上城市PM10浓度比2012年下降10%以上，京津冀、长三角、珠三角等区域2017年PM2.5浓度分别比2012年下降25%、20%、15%以上，其中北京市PM2.5年均浓度控制在60μg/m3。本研究结合《大气污染防治行动计划》研究工作，模拟分析了《计划》实施的污染减排潜力、基于减排的空气质量改善效果。

首先基于2010年全国污染源普查数据^{[7, 8]}，结合清华大学MEIC排放清单^[9]，建立了覆盖全国、涵盖SO2、NOx、PM、VOCs及NH3等多种污染物的高时空分辨率排放清单，并在全国多污染物高时空分辨率排放清单基础之上，结合WRF-CMAQ空气质量模型^{[10, 11]}，建立了国家“大气污染减排”与“空气质量改善”响应模拟平台。其次基于2012年环境统计数据对2010年排放清单进行更新，建立2012年排放源清单，2017年排放清单依据大气污染防治行动计划SO2、NOx、烟粉尘和VOCs减排潜力测算。最后利用国家“大气污染减排”与“空气质量改善”响应模拟平台分别模拟了2012年及和2017年全国、各省份及各城市的PM2.5污染状况，分析了《计划》实施后全国、重点区域及各省份PM2.5年均浓度相比2012年的下降幅度。

《计划》实施后，预计到2017年通过工业企业综合治理将减排315万吨SO2、437万吨NOx、247万吨颗粒物、460万吨VOCs，移动源污染治理将减排303万吨NOx、38万吨颗粒物、167万吨VOCs，以上综合治理措施将累计实现减排315万吨SO2、740万吨NOx、285万吨颗粒物、627万吨VOCs；通过淘汰落后产能，全国电力、钢铁、水泥、焦炭、电解铝等重点行业将累计减排138万吨SO2、71万吨NOx、127万吨颗粒物；通过调整能源结构，使用清洁能源（天然气）替代燃煤将减排99万吨SO2、43万吨NOx、35万吨颗粒物，煤炭清洁利用将减排41万吨SO2、62万吨颗粒物，实行集中供热将减排48万吨SO2、15万吨NOx、38万吨颗粒物，能源结构调整措施累计实现减排188万吨SO2、58万吨NOx、135万吨颗粒物。综上所述，《计划》中多污染源综合治理、落后产能淘汰与能源结构调整等主要措施合计将产生SO2减排量641万吨、NOx减排量859万吨、颗粒物减排量547万吨（不含扬尘污染控制）、VOCs减排量627万吨^{[6, 12]}。

预计2013—2015年，全国GDP仍将保持7.5%的年均增长速率，燃煤消耗总量将在2012年的基础上增加7亿吨，汽车保有量增加1亿辆，煤电装机容量增加2.5亿千瓦，原油加工能力增加2亿吨，水泥熟料增加1亿吨。在此情景下，到2017年年底全国将新增SO2排放量253万吨、NOx排放量247万吨、颗粒物排放量175万吨、VOCs排放量413万吨^{[6, 12]}。

综合减排量与新增量预测两个方面的结果，预计2017年SO2、NOx、烟粉尘和VOCs排放量分别为1730万吨、1727万吨、906万吨、2486万吨，分别比2012年下降18.3%、26.6%、29.1%和7.9%^{[6, 12]}。

本研究采用的国家“大气污染减排”与“空气质量改善”响应模拟平台主要由空气质量模型CMAQ和中尺度气象模型WRF组成。CMAQ模型主要由边界条件模块（BCON）、初始条件模块（ICON）、光分解速率模块（JPROC）、气象—化学预处理模块（MCIP）和化学输送模块（CCTM）构成。化学输送模块（CCTM）是CMAQ的核心，污染物在大气中的扩散和输送过程、气象化学过程、气溶胶化学过程、液相化学过程、云化学过程以及动力学过程均由CCTM完成，其他模块的主要功能是为CCTM提供输入数据和相关参数。CCTM模块可输出多种气态污染物和气溶胶组分的逐时浓度以及逐时的能见度和干湿沉降。CMAQ模型所需气象数据由WRF模型模拟，WRF模型输出结果经气象—化学预处理模块（MCIP）处理后作为CMAQ模式的输入气象场。

1.CMAQ模型参数

模拟时段：模拟时段为2012年1月和2012年7月两个典型月，输出结果时间间隔为1小时，用两个典型月模拟结果的平均值代表全年模拟结果。

模拟范围：CMAQ模拟区域采用Lambert投影坐标系，中心经度103°，中心纬度37°，两条标准平行纬度为25°和40°。水平模拟范围为X方向（-2682 ~2682 km）、Y方向（-2142 ~2142 km），网格间距36km，共将模拟区域划分为150×120个网格，研究范围为中国全部陆域范围。模拟区域垂直方向共设置9个气压层，层间距自下而上逐渐增大。

化学机制：模型采用CMAQ 4.7.1版本，化学机制为CB05气相化学反应机制和AERO5气溶胶反应机制。

2.WRF气象模型参数

模拟时段：WRF模拟时段与CMAQ模型相同，为2012年1月和7月两个典型月。

模拟范围：WRF模型与CMAQ模型采用相同的空间投影坐标系，但模拟范围大于CMAQ模拟范围，其水平模拟范围为X方向（-3582 km~3582 km）、Y方向（-2502 km~2502 km），网格间距36km，共将研究区域划分为200×140个网格。垂直方向共设置28个气压层，层间距自下而上逐渐增大。

气象数据：WRF模型的初始输入数据采用美国国家环境预报中心（NCEP）提供的6小时一次、1°分辨率的FNL全球分析资料^[13]。

CMAQ模型所需排放清单的化学物种主要包括SO2、NOx、颗粒物（PM10、PM2.5及其组份）、NH3和VOCs（含多种化学组份）等多种污染物。其中SO2、NOx排放数据采用2010年污染源普查更新数据，人为源颗粒物（含PM10、PM2.5、BC、OC等）、VOCs（含主要组份）等排放数据采用2010年清华大学MECI排放清单，生物源VOCs排放数据源于全球排放清单GEIA^[14]，NH3排放数据源于REAS^[15]排放清单。本研究通过整合区域排放清单（MEIC、REAS、GEIA）与中国本地化排放数据（污染源普查），采用“自上而下”与“自下而上”相结合的方法，经空间分配、时间分配、化学分解三个技术环节，建立了CMAQ模型所需的高空间分辨率、高时间分辨率、高化学分辨率排放清单。2010年大气污染物排放清单数据来源如表1所示，SO2、NOx、PM2.5及VOCs国家尺度排放清单如图1所示。

图 1()

图 1 全国36公里分辨率主要大气污染物排放清单

表 1()

表 1 大气污染物排放清单数据来源

表 1 大气污染物排放清单数据来源

CMAQ模型模拟结果表明（表2），《计划》中拟定的各项污染减排措施落实后，全国、京津冀、长三角及珠三角区域PM2.5年均浓度将分别比2012年下降22.08%、33.99%、23.98%、24.04%，可以实现《计划》提出的PM2.5年均浓度下降目标，《计划》拟定的空气质量可达。PM2.5降幅最大的地区主要集中在北京、天津、石家庄等重污染城市周边，其次为整个京津冀地区；此外以“北京—三门峡—上海”为顶点构成的污染三角区及珠三角地区PM2.5降幅较大。PM2.5浓度降幅较大的地区与PM2.5高污染地区在空间上高度重合，体现了空间差异化的控制要求，具体见图2。

表 2()

表 2 重点区域PM2.5年均浓度降幅情况

表 2 重点区域PM2.5年均浓度降幅情况

图 2()

图 2 《 计划》实施年均PM2.5浓度降幅模拟结果

从各地PM2.5改善效果来看，北京、天津、河北降幅最大，PM2.5年均浓度降幅超过30%；山东、江苏、上海、广东、浙江、河南、湖北、安徽、湖南、广西及四川PM2.5年均浓度降幅均超过20%；其他省份PM2.5年均浓度降幅均低于20%，西藏PM2.5基本不发生变化，具体见表3。

表 3()

表 3 全国各省份PM2.5年均浓度降幅情况

表 3 全国各省份PM2.5年均浓度降幅情况

通过对2013—2014年全国PM2.5监测数据进行对比分析表明，《计划》颁布实施以来，除承德、大连、厦门、银川4个空气质量相对较好的城市PM2.5年均浓度略微下降以外，其他开展PM2.5监测的城市PM2.5年均浓度均有不同程度下降。由于部分省份开展PM2.5监测的城市少，不足以代表各省总体情况。选取河北、山东、山西、广东、浙江、江苏6个开展PM2.5监测城市数较多的省份以及北京、天津、上海、重庆4个直辖市进行分析，得出以下结果：PM2.5年均浓度降幅较大的省（直辖市）为山西、山东、上海，降幅分别为17.9%、17.3%、16.1%；降幅较小的省（直辖市）为江苏、重庆、北京，降幅分别为8.9%、7.1%、3.4%；重点区域中，京津冀、长三角、珠三角PM2.5年均浓度分别下降12%、24%、11%。按照目前下降比例推测，《计划》所制定的2017年空气质量下降目标总体能够实现，但是从目前北京市下降比例来看，要实现2017年PM2.5年均浓度控制在60μg/m3存在较大困难。

（1）如果《计划》得以完全实施，将可以减少641万吨SO2、859万吨NOx、547万吨颗粒物（不含扬尘污染控制）、627万吨VOCs，预计2017年SO2、NOx、烟粉尘和VOCs排放量分别为1730万吨、1727万吨、906万吨、2486万吨，比2012年分别下降18.3%、26.6%、29.1%和7.9%。

（2）如果《计划》得以完全实施，全国、京津冀、长三角及珠三角区域PM2.5年均浓度将分别相比2012年下降22.08%、33.99%、23.98%、24.04%，《计划》所制定的目标将能够实现。

（3）北京、天津、河北降幅最大，PM2.5年均浓度降幅超过30%；山东、江苏、上海、广东、浙江、河南、湖北、安徽、湖南、广西及四川PM2.5年均浓度降幅均超过20%；其他省份PM2.5年均浓度降幅均低于20%，西藏PM2.5基本不发生变化。