日本清洁空气计划JCAPII

No.12005年10月28日日本石油能源中心(JPEC)为了更好的空气质量机动车及燃油技术面临的挑战日本清洁空气计划（JCAP）II空气质量模拟No.2目录1.JCAP及空气质量模型研究概述2.JCAPII的空气质量模拟模型的发展理论3.空气污染浓度模拟的精度4.未来空气质量预测结果5.结论No.3１．JCAP及空气质量模型研究概述No.4JCAP是什么?•汽车厂商与石油行业的合作研究为了改善日本的空气质量，寻求汽车与燃料技术的最佳结合为政府制定政策提供合理的技术数据•由日本石油能源中心支持，获得METI的津贴帮助METI:经济、贸易与行业管理省•JCAPI:1997–2001(预算:大约54亿日元，职员数量:超过100名)•JCAPII:2002–2006(预算:大约56亿日元，职员数量:大约130名)日本清洁空气计划（JapanCleanAirProgram）No.5JCAP-1-的出发点(全日本平均值)197519801985199019952000年份ＳＰＭ（ｐｐｍ）197519801985199019952000年份ＮＯ２（ｐｐｍ）00.040.080.120.160.020.060.100.140.1800.010.020.030.040.050.060.070.08■■路边市区背景NO2SPM■■路边市区背景空气质量:-20世纪90年代早期没有改进-市区达标率低光化学氧化剂(0.06ppm)SPM(0.1mg/m3)NO2(0.06ppm)达标率(%)():空气质量标准100500’90’91’92’93’94’95’96’97’98’99’00No.6JCAP-2-的出发点机动车排放的降低vs排放总量的增加机动车保有量的增加柴油机的增加,燃料的消耗等等严格的排放法规介绍-1989注册：柴油机NOx-1994注册：柴油机NOx-1998注册：柴油机NOxandPM-2003注册：(讨论中)-2005注册：(讨论中)101500.40.00.6'04'06'08'10'90'92'94'96'98'00'02EURO4EURO3JapanEURO3EURO4YearNOx(g/kWh)PM(g/kWh)Japan50.22005Reg.2005Reg.2003Reg.2003Reg.EUEUUSAUSA010203040506070801970197519801985199019952000年台数（百万台）PCTruckMiniPCBus,Special为了以后的减排结合汽车技术与燃油品质发展空气质量模拟模型评估未来空气质量的改善No.7排放减少机动车减排技术的评估(机动车技术x燃油技术)有助于更合理的环境测量的技术信息JCAP研究的目标空气质量改善评估空气质量改善费用评估No.8JCAP结果应用于环境能源政策实例1.对燃油中影响尾气排放的硫含量的作用影响燃油标准:50ppm硫含量;汽油/柴油，2005.10ppm硫含量;汽油/柴油，2008/2007.1.对影响汽油蒸发排放的雷氏蒸汽压(RVP)的作用自愿接受汽油RVP控制2.加装在再用车上的柴油机颗粒物过滤器(DPF)不能充分满足市区路况影响东京政府柴油车排放法规的前期工作以上政策影响是通过:•机动车尾气排放专家委员会,•自然资源与能源咨询委员会石油产品质量分会,•柴油车排放控制技术评估委员会.No.9JCAPII的任务1.从事未来机动车与燃油技术研究，以实现零排放与促进燃油消费为目标依靠最新技术与整体能源效率2.为预测现实条件发展高精度空气质量模型3.研究机动车排放的未列入法规的超细颗粒物与其他污染物No.10JCAPII研究项目概述(1)机动车与燃油技术研究评估关于为了达到汽/柴车超低排放（接近零排放）与燃油/原油品质的高技术评估车辆排放与CO2减排潜力检测细颗粒物测量方法与评估利用先进测量方法的高技术关键词:零排放,CO2减排,汽油辛烷值,生物质燃料,超细颗粒物,原油品质(灰,磷,硫)(2)空气质量模型研究建立现实条件下的排放清单模拟模型建立关于城市空气质量模型的综合空气质量模型与路边空气质量模型评估综合空气质量模型及实例分析关键词:现实条件,高精度模型,路边,超细颗粒物No.11JCAPII对于政策立法扮演的角色为政策评估进行高精度空气质量模型与数据库建立研究环境政策能源政策为实现零排放进行机动车与燃油技术研究(结合CO2排放控制技术)未来现实条件下的排放清单估计未来机动车技术与燃油品质需求的发展方向空气质量改善效果前景例如机动车排放的较少预测石油的质量与供需通过公正的数据为环境与能源政策提供帮助No.12JCAPII研究结果及与政策制定的结合•硫含量的降低(从50降至10ppm)可以促进燃油经济性的改进–提交报告给自然资源与能源咨询委员会石油产品质量分会・该报告已经被列入分会报告中，“燃油中的硫含量应该分别于2007年（柴油）、2008年（汽油）降至10ppm或更低.”•通过模拟得到由于新排放控制技术带来的空气质量改善效果–提交报告听取中心环境委员会机动车尾气排放专家委员会的意见.•结果数据被环境省中心环境委员会报告第八章用于预测由于实施更严格的排放法规带来的空气质量改善效果No.13日本空气质量改善(东京)平均的NO2/SPM浓度降低，路边环境标准达标率较低达标率(%)路边城市背景达标率(%)NO2SPM020406080100NO2SPMSPM（mg/m3）020406080100NO2(ppm)00.040.080.020.060.10'97'98'99‘00‘01‘02‘03'97'98'99‘00‘01‘02‘03’04’04'98'99‘00‘01‘02‘03'98'99‘00‘01‘02‘03’04’04NO2SPMNO2SPMSPM（mg/m3）NO2(ppm)年平均浓度达标率00.040.080.020.060.10'97'97No.142JCAPII空气质量模拟模型的发展理论No.15空气质量模型的组成路边超细颗粒物关键词区域尺度模型路边模型超细颗粒物模型沉降浓缩凝结/蒸发成核二次有机颗粒物形成综合模型2-300km1kmNo.16除车辆以外的排放清单估计微观交通流量模拟微观排放清单估计(路边空气质量模型)路边空气质量模拟模型多尺度空气质量模拟模型(区域空气质量模型)路与路连接结构运输需求(OD,PT数据)宏观交通流量模拟宏观排放清单估计(区域市区空气质量模型)二次气溶胶模型气象模型高排放车辆实际运行情况调查(遥感)空气污染物浓度包括路边超细颗粒物~市区~区域机动车排放效果评估底盘测功机上进行排放测试(1)空气质量模型的数据流No.17(2)灵敏度分析方法概述URM的灵敏度分析方法-去耦合直接法(DDM)参数p=eP∂c∂e传输/反应方程类比浓度方程（原始条件,边界条件,排放清单,风速,扩散系数等等.）(DDM是什么?)利用与浓度c的比较进行解决对于排放清单模拟,模拟目标位置可以被指定参数浓度现在状态数据置换灵敏度分析No.18NO2分析灵敏度(东京的坎大－中心时间系列分析)020406080100NO2(ppb)-50510152025309日00時9日12時10日00時10日12時NO2感度(ppb/100%)计算值观测值NOx排放风速原始浓度扩散系数边界浓度沉降率NO2conc.Dec.900:00Dec.912:00Dec.1000:00Dec.1012:00由于对早晨风速的高灵敏度使得计算值偏低夜晚沉降率的高灵敏度由于对于排放清单的高敏感度使得计算值偏低No.19(3)空气质量模型改善的关键-通过灵敏度分析衡量模拟精度的改善-i)建立多尺度模型iv)建立排放源数据的第三级单元格iii)考虑空气污染的边界层传输ii)再生市中心的复杂天气条件No.20025507512/700時12/712時12/800時12/812時12/900時12/912時12/1000時12/1012時NO2(ppb)宇都宫-NO2JCAPI观测值CMAQ05010015012/700時12/712時12/800時12/812時12/900時12/912時12/1000時12/1012時SPM(μg/m3)宇都宫-SPM(3)-1结合长距离空气污染物输送影响边界条件:CMAQ网格模拟结果使用范围从10—4km区域CMAQ边界的建立依据东亚地区模拟结果原始条件:从评估目标天前8天开始模拟Dec.700:00Dec.712:00Dec.800:00Dec.812:00Dec.900:00Dec.912:00Dec.1000:00Dec.1012:00CMAQG1URMCMAQG2CMAQEastAsiaareaDec.8,1999No.21(3)-2遥感装置(1)速度-加速度检测器-弄清测试车辆驾驶工况-排除由于急加速与急减速造成的不准确的分析结果(2)排放检测器-CO，CO2，HC*：利用红外线（IR）进行测量-NO，PM**：利用紫外线(UV)进行测量•*转换为丙烷(C3H8)•**用转换为每100g燃料（烟度）的颗粒物（PM）质量代替不透光度(3)自动牌照读取器-测试车辆的许多信息均可以从牌照获得，如车辆类型、法规适用、基准质量GVW、燃油类型等等。这些信息用于排放测试结果的分析。(4)数据处理设备-速度-加速度,排放测试值,测试车辆肖像实时记录,牌照号被分别输入(1)(2)(3)(4)No.22RSD排放清单测量极限速度/加速度范围高排放车辆截点的确立(如NO:1250ppm,与USI/M测试截点*2的水平一致)模拟年代高排放车辆数量比率估计建立高排放车辆的排放因子(依据:’78注册.机动车水-油型催化剂)高排放车辆的排放清单估计高排放车辆排放清单估计方法(仅对汽油车)02002002002002002002002002002002002002002002002468101214160yr1yr2yrs3yrs4yrs5yrs6yrs7yrs8yrs9yrs10yrs11yrs12yrs13yrs14yrs车龄(首次注册年代:2002)高排放车辆的比率[%]1978reg.(+’98reg.Idlingcontrol)reg.meetingvehicle2000reg.meetingvehicle(Incl.☆，☆☆，☆☆☆)-800-400040080012001600200024002800～198819891990199119921993199419951996199719981999200020012002首次注册年代NO[ppm]1978reg.meetingvehicleCutPoint====No.23(3)-3全部排放源排放清单估计JCAPⅠ网格大小:约5kmJCAPⅡ网格大小:约1km排放清单分配实例(NOx)增加基于以下考虑排除的排放源:建筑,工业与农业机械,开放式燃烧等等.No.243.空气污染浓度模拟的精度No.25SPM浓度分配(10月10日,18:00)0200(mg/m3)空气污染监测站观测数据最新排放清单数据JCAPI排放清单数据JCAPIJCAPIIJCAPI模型更新/气象条件长距离污染物输送的考虑排放清淡的更新No.26SPMSimulationprecision目标地区SPM的平均浓度标准平均偏差标准平均误差不成对峰准确度测量值模型更新/气象条件排放清单更新考虑空气污染物长距离传输模型更新/气象条件排放清单更新考虑空气污染物长距离传输SPMaverageconc.intargetarea(mg/m3)模型更新/气象条件排放清单更新考虑空气污染物长距离传输模型更新/气象条件排放清单更新考虑空气污染物长距离传输JCAPIJCAPIJCAPIJCAPI64.029.536.345.938.4010203040506070-50.9-40.1-25.7-38.2-60-50-40-30-20-100-69.9