基于时空规律的船舶排放特征研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

海上贸易的繁荣是推动我国经济繁荣发展的强大动力，但是与此同时，船舶在航行过程中会排放大量的硫氧化物、氮氧化物和颗粒物等污染物，船舶活动的增加致使船舶大气污染物排放日趋严重，给港区空气质量带来的巨大压力和挑战也不容小觑。现行研究对船舶排放研究较少，存在船舶排放“底数不清”控制无从下手的窘境，故估算船舶大气排放清单是防控船舶大气污染的重要基础。目前国际上的船舶排放清单研究，从研究尺度分为全球、区域和局地，从方法体系分为自上而下和自下而上两类，总结为表1的研究矩阵．自上而下的方法包括:燃油法、贸易法;自下而上的方法包括统计法和动力法．一般而言，自下而上的方法在排放清单精度和时空分辨率上优于自上而下的方法．船舶排放计算的基础数据一般可以分为排放因子、动态数据(活动水平)、静态数据(技术参数)，由于船舶排放因子在全球范围具有普适性，因此，在以下的研究现状综述中，所涉及的基础数据均指动态和静态数据．分别从4种方法综述国内外研究进展．

近年来国内外研究者在清单方法和基础数据等方面做了大量工作，大大提高了清单质量．下面从不同研究尺度进行介绍:在全球清单方面，表2和表3分别展示了采用燃油法和采用动力法得到的全球船舶清单的结果．不同方法得到的全球船舶排放结果存在差异．根据采用燃油法的研究，全球船舶排放so2为5．8～13tg，nox为10．12～22．93tg，pm为0．912～1．4tg，co2为437．5～913tg;根据采用动力法的研究，全球船舶排放so2为9．081～13．7tg，nox为15．5～24．5tg，pm为1．3～1．6tg，co2为653．875～1101．1tg．从表中可以看出，采用动力法得到的结果大多高于采用燃油法的结果．如2014年imo(imo，2015)发布的远洋船舶绿色气体排放报告中，分别采用了燃油法和基于ais数据的动力法估算了2007年全球船舶排放．除nox外，其他主要污染物的结果均是动力法高于燃油法．可能的原因一是不同方法计算的系统误差(moreno-gutierrezetal．，2015)，二是燃油法中统计数据不全面导致油耗计算结果偏低．此外，部分污染物(如pm和ch4等)相比于其他污染物，在不同研究中的计算结果存在更大差异，不确定度更大(eyringetal．，2010)．近年来全球航运贸易保持了4%左右的年增长(unctad，2016;2015;2014;2013)，使得全球船舶排放逐年增长，这也体现在不同年份清单计算结果中．

在东亚地区，近年来该地区船舶排放在全球范围内的贡献率明显增长，如图2所示(liuetal．，2016)．传统基于燃油法的研究认为，该地区的船舶排放约占全球船舶排放的4．5%～6．6%之间．2016年清华大学的liu等(2016)使用基于卫星和岸边基站ais数据的动力法，结合本土化的船舶静态数据库，首次在东亚地区区域尺度上实现了逐船模拟排放，建立了该地区远洋船排放清单．研究结果显示，2013年东亚地区远洋船舶排放了(1．85±0．07)tg(百万吨)so2、(2．8±0．1)tgnox和(126±4)tgco2，分别贡献了全球船舶排放的19%、17%和16%(全球清单来自imo报告(imo，2015))．

在我国区域清单方面，京津冀、长三角和珠三角区域清单的研究逐渐成为了近年来的研究热点．我国京津冀、长三角和珠三角三大城市群港口分布最为密集，我国前十大港口全部分布在上述地区(unctad，2016;2015)，且三大区域为第一批排放控制区实施地区，这些区域清单的建立具有重要意义．目前针对3个区域的船舶清单研究均采用基于ais数据的动力法，如表4所示．从表中可以看出，长三角地区虽然港口数量偏少，但其核心港口上海港和宁波舟山港吞吐量分居世界港口吞吐量前两位，导致长三角船舶排放高于京津冀和珠三角．思汇政策研究所(civicexchange，2012)和li等(2016)分别计算了珠三角地区2007年及2013年船舶排放量，但后者的计算结果低于前者．可能的原因在于li等研究范围更小(约离岸20海里)，且未包括香港港的船舶排放．除了京津冀、长三角和珠三角等区域范围的清单研究，还有辽宁省(邢辉等，2016)和广东省(叶斯琪等，2014)等针对单一省份的船舶清单研究．

2. 研究的基本内容与方案

本文主要是要得出深圳港港区内各种船舶在不同时空分布下的船舶污染排放特征，根据船舶在行驶过程以及停泊港口和码头期间都会排放大气污染物为切入点，采用动力法即基于船舶发动机做功状况对船舶排放进行计算。为此，需首先确定船舶发动机 ( 包括主机、辅机和锅炉) 在不同运行工况下的发动机功率，根据排放因子以及相应的发动机负载校正因子、油品校正因子，结合对应工况下的运行时间计算得到排放量。得出的数据信息通过在matlab中分析得出相应的图表，分析图表得出排放特征。

3. 研究计划与安排

1）2020年3月 阅读整理船舶排放时空分析的文献资料，并完成深圳港船舶排放清单构建；

2）2020年4月 完成基于arcgis的船舶排放时空分析，完成基于统计分析的船舶排放源特征及相关性分析；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 王征[1] , 张卫[1] , 彭传圣[1], et al. 中国近周边海域船舶排放清单及排放特征研究[j]. 交通节能与环保, 2018.

[2] 叶斯琪, 郑君瑜, 潘月云,等. 广东省船舶排放源清单及时空分布特征研究[j]. 环境科学学报, 2014, 34(3):537-547.

[3] 王征, 张卫, 耿雄飞,等. 典型航线船舶排放清单及排放特征研究[j]. 交通节能与环保, 2015, 12(5):44-49.