近日，AEMC团队在《中国环境科学》期刊发表题了为“东部沿海地区大型机场污染物排放特征及其环境影响评估”的最新研究成果。

       本研究基于真实航班飞行轨迹数据，建立青岛胶东机场飞机高分辨率污染物排放清单，同时改进三维非稳态拉格朗日扩散模型(CALPUFF)使其适用于高 动态性的飞机移动源，考察污染物模拟结果对飞机排放时空分辨率的敏感性，在此基础上，定量评估机场飞机排放对大气环境的影响。

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第一作者：马思萌

学生一作：郑文慧（2022级硕士生）

通讯作者：韩博 教授

通讯单位：中国民航大学交通科学与工程学院，中国民航环境与可持续发展中心

期刊：中国环境科学（EI 源刊、T1级期刊）

网络首发日期：2025.6.25 

资助项目：国家自然科学基金项目（U2133206、42305192），天津市教委科研项目（2024KJ102）

DOI：https://doi.org/10.19674/j.cnki.issn1000-6923.20250625.009.

01研究背景

       作为全球交通运输系统的重要组成部分，航空运输在经济贸易和全球连通性方面发挥着关键作用。随着经济增长和全球化进程的加快，我国民航运输需求持续增长，航空业发展速度位居世界前列，随之而来的环境问题日益凸显.航空排放是城市空气污染的重要来源之一，尤其是机场区域飞机发动机的污染排放。由于其排放高度通常位于大气边界层以下，且具有集中性和局部性的特点，对城市空气质量和人体健康造成了更为突出的负面影响，逐渐成为备受关注的热点问题。

02研究方法

       本研究选用WRF和CALPUFF模型进行空气质量模拟，分别采用四层和两层网格嵌套，如图1所示。本研究对CALPUFF模型进行改进以使其适用于高动态性的飞机源的情况。具体而言，将飞机连续的航迹离散化为一系列具有时间意义的空间点，表示飞机在不同时刻的空间位置，用于近似飞机的进离场航迹.基于微分理论，近似认为连续离散点之间的微分时段内，飞机的飞行工况各污染物排放是恒定的，由此创建不均匀的点源排放文件(PTEMARB.DAT)以模拟高动态飞机源排放。利用CALPUFF模型模拟微分时段内的烟团排放和扩散，并叠加不同地理坐标点在不同时刻的扩散烟羽，获得飞机飞行中大气污染物扩散的基本规律。

      为验证WRF-CALPUFF模型在航空源扩散模拟中的适用性和可行性，本研究设置了多组时空敏感性试验，如表1。其中A3、A4和A5差值代表空间分辨率的影响，A1和A2、A3和A5以及A6和A7差值代表时间分辨率的影响。

03研究结果

3.1机场排放时空特性

       从时间维度来看，三种污染物的排放量与航班起降架次呈现出相似的时间变化特征，如图2所示。在飞机起降架次较少的03:00-05:00时段内，三种污染物排放量最低。相反，在15:00-17:00的航班高峰时段，NO_x、SO₂和PM_2.5排放量达到高值，分别为排放最低时段的13.25、12.94和13.34倍，主要由于该时段飞机频繁起降和地面滑行增加了燃油消耗和污染物排放量。

图2  胶东机场飞机排放与航班量的小时变化

       从空间维度来看，飞机排放的空间分布与机场的空间布局以及航线轨迹具有显著相关性，三种污染物的排放主要集中于机场及其周边区域，其空间分布与进离场路线基本吻合(图3)，这与进离场航线的固定性和航空排放的集中性密切相关。

图3 机场飞机排放的空间分布

3.2 不同时空分辨率对扩散模拟结果影响分析

       飞机排放清单的时空分辨率对WRF-CALPUFF模型的污染物浓度贡献模拟结果具有显著影响，且随着空间分辨率的升高，时间分辨率对模拟结果的影响愈发显著，如图4所示。

图4 排放清单时间分辨率对扩散模拟结果的影响

       排放空间分辨率对污染物浓度贡献模拟结果的影响如图5所示，结果表明，在三种不同空间分辨率（1km、500m和100m）下，NO_x浓度贡献的空间分布呈现出较高的一致性，模拟差异主要集中于跑道、滑行道等飞机活动频繁的区域。基于采用高空间分辨率(100 m)模拟得到的NO_x浓度贡献在跑道附近显著升高(区域浓度贡献最大值为138.38 μg/m³)，能够更准确地捕捉排放源的局部聚集特征，有助于揭示机场飞行活动污染物浓度贡献的精细化分布特征，并识别机场活动相关的排放和扩散浓度热点。

图5 排放清单空间分辨率对扩散模拟结果的影响

3.3机场区域飞机排放对大气环境的影响

       不同气象条件和活动水平下胶东机场飞机排放对周边区域NO_x、SO₂和PM_2.5的浓度贡献结果如图6所示。由于可知，胶东机场飞行活动排放对机场NO_x、SO₂和PM_2.5浓度贡献年均值分别为4.21、0.53和0.07 μg/m³，区域最大值分别为225.2、34.2和4.8 μg/m³。受不同季节气象条件影响，飞机排放对周边区域污染物浓度影响存在显著差异性。冬季，污染物浓度贡献的空间分布呈现四周辐射状特征，主要分布在机场及其东南区域；相比之下，夏季受东南风影响，飞机排放影响较大的区域为机场及其西北区域，呈片状分布，差异主要归因于污染物排放量和气象条件的共同作用。

图6 胶东机场飞机排放对污染物地面浓度贡献

04小结

       本研究基于高精度航班飞行轨迹数据，建立胶东机场飞机高分辨率污染物排放清单，同时改进CALPUFF模型使其适用于高动态性的飞机移动源，实现飞机排放污染扩散的精细化模拟。研究发现，2023年胶东机场飞机NO_x、SO₂和PM_2.5排放量月均值分别为164.15、8.51和1.23 t，三种污染物的排放量与航班起降架次呈现出相似的时间变化特征。飞机排放清单的时空分辨率对污染物浓度贡献模拟结果具有显著影响，且随着空间分辨率的升高，时间分辨率对模拟结果的影响愈发显著。胶东机场飞行活动排放对NO_x、SO₂和PM_2.5的年均浓度贡献分别为4.21、0.53和0.07 μg/m³，主要集中于机场区域为中心，辐射周边10~15km范围内。本研究为机场区域飞机排放环境影响评估提供可靠方法，并为优化飞机运营和制定减排策略提供科学依据。