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京津冀地区是我国大气污染问题较为严重的地区之一,自《大气污染防治行动计划》发布以来,2013年～2017年京津冀地区各城市典型污染物PM2.5质量浓度逐年下降,空气质量得到了有效改善。近几年年来陆续发布了《北京市打赢蓝天保卫战三年行动计划》、《北京城市总体规划（2016年-2030年）》草案,大气攻关项目课题“区域大气承载力与空气质量改善路径”制定了“2+26”城市的空气质量达标规划建议,然而如何制定科学合理的北京市及其周边城市大气污染源优化控制与空气质量达标规划方案,是大气污染物减排的重点研究问题。为此,本论文以实现北京市及其周边城市的空气质量持续改善达标规划为目标开展研究,基于区域环境污染特征分析和京津冀区域大气污染源排放清单,建立空气质量数值模拟系统,进行北京市及其周边城市PM2.5敏感区域和敏感源筛选,基于PM2.5优化减排原理制定合理的污染源优化减排方案。典型城市北京、石家庄、唐山2017年污染特征分析发现,三个城市PM2.5浓度呈现为夏季和春季<秋季<冬季,冬季PM2.5浓度明显高于其他季节,石家庄市秋冬季超标天数最重;SNA组分占PM2.5总质量浓度的34.1%～49.9%,北京呈现为硝酸盐>硫酸盐>铵盐,石家庄、唐山呈现为硫酸盐>硝酸盐>铵盐;OC和EC质量浓度呈现为石家庄>唐山>北京,SOC质量浓度呈现为唐山>石家庄>北京。同时对京津冀地区大气污染源排放清单进行更新与完善,2017年京津冀地区典型污染物SO2、NOx、PM2.5、VOCs年排放量分别为86.8万吨、197.0万吨、234.8万吨、1942.9万吨,其中燃煤活动和工业源对SO2、NOx、颗粒物具有较高贡献。在污染源排放清单的基础上,建立WRF-CAMx-PSAT数值模式系统,进行PM2.5中一次颗粒物及二次组分(SO42-、NO3-、SOA)与其前体物（SO2、NOx、VOCs）的敏感性分析。一次颗粒物敏感系数为1.61～12.16×E-5（μg/m3）/t,保定、唐山、天津、石家庄的敏感性较高;二次前体物敏感性中,SO2-SO42-敏感性系数为0.45～5.87×E-5（μg/m3）/t,NO2-NO3-敏感性系数为0.42～1.92×E-5（μg/m3）/t,VOCS-SOA敏感性系数为0.09～0.38×E-5（μg/m3）/t,前体物对PM2.5二次组分敏感系数之和为1.06～7.98×E-5（μg/m3）/t。由于石家庄、邢台等地排放结构和二次转化率的特征,虽处于西南通道而其二次组分敏感系数排名有所下降。基于上述的研究基础,根据优化控制技术理论,以区域污染治理费用最小为目标函数,以各城市PM2.5浓度改善、政策减排、减排潜力等为约束条件,建立优化减排方程,将京津冀减排城市单位污染物排放对区域PM2.5浓度贡献的敏感系数引入优化方程,方程求解并提出PM2.5达标规划优化控制方案。PM2.5优化控制减排方案结果显示,综合减排当量、各城市敏感性和各城市PM2.5改善目标,2025年实现北京市PM2.5质量浓度达到35μg/m3、周边城市45μg/m3,保定、邯郸PM2.5当量减排比例较大,分别为58.5%、57.3%。其中,北京市PM2.5当量减排比例为54.0%,其中机动车源需减排30.2%,扬尘源、工业源、其他源,减排比例分别为55.2%、55.1%、50.2%,京津冀10个减排城市共需减排68.6万吨,其中工业源、燃煤源和扬尘共需减排12.8万吨、17.4万吨、16.9万吨;在2030年各城市均实现到35μg/m3的情景下,周边城市中保定市、邯郸市PM2.5当量最高需减排64.3%、63.2%,周边9个城市共需PM2.5当量减排71.7万吨。优化减排方案的可行性分析结果表明,在2025年需实现北京35μg/m3、周边城市45μg/m3的空气质量限值所需减排力度过大,基于行业发展趋势和环境管理规划难以实现相应的污染控制,且目标浓度的实现还需保证有利的气象条件,因此建议在2025年～2030年延期实现相应减排规划;而在2030年北京及其周边城市均实现35μg/m3在中长期规划和优化减排方案下可在限期内完全落实各类源优化减排方案,实现相应环境管理规划。基于污染物削减情景和基准情景相同的气象背景场和模式设置的模拟结果可知,实现优化减排方案可使各城市浓度改善基本达到既定目标。