烟台市作为山东省连续几年经济总量排名第二的旅游城市，大气环境质量对其发展至关重要，但从其能源消费结构上来看，烟台仍是一个典型的以煤炭为主的能源结构城市[1].同时作为沿海旅游城市，对城市发展的各方面要求都比较高，尤其是环境质量，环境质量的好坏取决于污染物排放量和环境容量.地区的环境纳污量是有限度的，这个界限就是环境容量.烟台市目前仍然以煤为主要能源结构，导致该地区空气污染水平居高不下，二氧化硫等污染气体排放量较高;烟煤等燃料的使用、城市机动车尾气排放量剧增等因素导致氮氧化物排放量增加;人类活动(例如大规模建筑施工等)导致烟粉尘这类颗粒物污染加重;酸性污染物排放未得到有效控制致使雨水偏酸性;城市群效应导致区域污染态势加重[2]。本文主要研究烟台市2005—2017年的大气环境容量与大气污染物排放量之间的关系，进而分析烟台市大气环境情况及其产生原因，为循环经济的发展提供理论参考。

1、研究区域概况

1.1自然地理概况

烟台市位于山东半岛东北部，东连威海、西接潍坊，西南与青岛毗邻，北濒黄渤海，与辽东半岛隔海相望。全市土地面积13745.95km2，海岸线曲长702.5km，海岛曲长206.62km，有大小基岩岛屿63个。烟台为低山丘陵地区，山丘众起伏缓和、沟壑纵横交错.烟台属于温带季风气候区，位于北纬37°左右的黄金气候区，与同纬度内陆地区相比，该地降水量适中、空气湿润、气候温和，全年平均气温在l2℃左右，年平均降水量为651.9mm，年平均日照时数为2698.4h，年平均风速内陆地区3～4m·s-1，沿海地区4～6m·s-1[3]。

1.2社会经济概况

烟台市地处我国东部沿海，是环渤海经济圈内重要节点城市、山东半岛蓝色经济区骨干城市[4]，同时也是中国首批的14个沿海开放城市之一。目前烟台市人口为701.41万，市辖芝罘区、莱山区、福山区、牟平区、开发区、高新区、金山港区、昆嵛山自然保护区、长岛县，以及龙口、莱阳、莱州、蓬莱、招远、栖霞、海阳7个县级市.该市形成以工业和经济贸易旅游为主的经济体系，工业体系已形成以生物制药、轻纺、重工业机械、建材、电子、冶金等行业为主的工业体系.其中市区人口最多、密度最大，西郊的工业区集中各大中型企业，尤其已形成了完善的海陆空交通体系，资源、能源的消耗量较大。

2、大气环境容量计算

我国大气环境容量研究的相关工作是从“六五”计划开始的，并逐步提出了“大气环境容量是包含大气环境的自然规律和社会效益两类参数的多变量函数，是一个多值函数”的观点，为建立大气环境环境容量理论体系奠定了基础。经过“七五”和“十五”期间有关区域大气污染物总量控制技术的一系列科技攻关项目研究，完善了大气环境容量理论体系[5，6]。

环境容量是指在人类生存发展不受危害、自然生态系统的平衡不受破坏的前提下，某一环境所能容纳污染物的最大负荷量值[7].当一个地区的排污量超过了它的环境容量，不仅会对当地人们的日常生活产生极大的危害，同时也会对牺牲环境所追求的经济发展产生不可预估的影响.因此，对环境容量进行估算，对环境污染总量进行控制，使社会的发展与环境保护相协调，是当今一个城市发展规划的非常重要的依据.因此，本文主要选取比较典型的大气环境容量进行测算。

2.1大气环境容量估算模型

大气环境容量与人类的生产生活有着密切关系，同时还与某区域的温度变化、风速变化等自然条件有着密切的关系，并且与特定大气环境质量标准相对应。在制定大气污染物总量控制方案过程中可选择不同方法，目前此领域常用的方法包括A值法、A-P值法、箱模型、线性优化模型、ADMS模型、多源模拟法及多种模型相结合的复合模式等，这些方法各有一定的适用范围，在制定时可根据情况进行适当的选择。多源模拟法在应用中涉及到很多因素，计算处理的难度大，分析时，在缺失污染源信息条件下，就不能得到区域内容许排放总量相关结果.在实际应用中受到地理因素，排放高度、气象状况等的影响，在排放浓度满足要求条件下，区域中某类污染物最大允许排放量，并不是一个常量，允许排放量是污染源排放高度的函数，随着排放高度的增加而增加[9]。

鉴于资料限制以及各类计算方法所存在的优缺点，本研究决定采用《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》中的箱模型的方法，并进行改进分析，对烟台市的大气环境容量进行估算[10]。“箱模型”即将整个区域看做一个独立的空间体，把城市上空的大气层看作为箱体，且假设此箱体混合层内污染物的浓度相一致，城市的整体面源强度保持一致，对应的混合层高度设为H，这样可通过如下的关系式确定出距城市上风向边缘L处箱中浓度的均值:

式中:p0具体表示箱内混合层均浓度(g·m-3);v为混合层的平均风速(m·s-1);H为箱体高度(m);L为箱长度(m);q是箱内污染源单位面积内污染物排放量(g·m-2·s-1).

假设各地没有第二次污染的问题，也就是各地区出现二次污染问题也可以通过特定的方式将其内部化，因此，可以认为p0=0，所以:

根据已有的研究成果，用“箱模式”估算大气环境容量时，可以将其改写为:

式中:其区域内的等效直径为作(s为区域面积)，q为区域污染物单位时间允许排放量.当满足区域大气环境容量，即p=p0(大气质量标准)时，某污染物的最大允许排放量为:

2.2计算标准

2.2.1混合层平均风速

混合层平均风速是指混合层内空气水平输送平均速率v¯，由于烟台临近青岛且同为沿海城市，而青岛的气象资料相对较为完整全面，故本文选取的青岛市的平均风速作为参照值，得出混合层年平均风速(表1)。

表1混合层平均风速导出到EXCEL

2.2.2大气混合层高度

污染气象学把湍流特征不连续界面以下的大气称为混合层.混合层高度可以认为是从地面开始，到第一层稳定层底层的高度。大气稳定度与大气边界层的高度关系紧密，且我们一般认为随着大气稳定层高度的增加，由于污染物的扩散范围变大，加速污染物的分散稀释，减轻大气污染(大气稳定度如下表2所示).本文采用《环境影响评价技术导则大气环境》(HJ/T22—93)中的公式来确定混合层高度(H)，得出箱体高度即混合层高度H[11]。

表2大气稳定度导出到EXCEL

注:a为风廓线幂指数.

a.当大气稳定度为A，B，C和D类时:

b.当大气稳定度为E和F类时:

其中，H为混合层厚度(E，F时指近地层厚度)，单位:m;U10为10m高度处平均风速，单位:m·s-1;大于6m·s-1时取6m·s-1(见表3)。

表3混合层系数导出到EXCEL

f为地转参数:f=2Ωsinφ;Ω为地转角速度:7.29×10-5(rad·s-1);φ为地理纬度(deg)(此处取φ=36°[12]).青岛市的经纬度位置为:120.38E，36.07N。

U10为10m处高度的平均风速，如表4。

表4混合层平均高度导出到EXCEL

2.2.3大气环境质量标准

本文采用2012年2月29日环境保护部和质检总局联合发布的《环境空气质量标准》(GB3095—2012)中污染物一级限值作为大气质量标准，具体见表5[13].

表5环境空气质量标准导出到EXCEL

2.3数据来源

对烟台市大气环境容量进行计算的数据中H和v¯均来自参考文献《青岛市大气环境容量及总量控制研究》;大气质量标准p0为环保部和质检总局联合发布的《环境空气质量标准》;面积s来源于烟台市2017年《烟台市统计年鉴》相关数据。

2.4结果分析

取大气环境质量一级标准(即p0)，平均风速v¯为4.1m·s-1，混合层高度H为741.9m，区域面积S为烟台市土地面积13864.54km2，带入公式(4)得出:

P氮氧化物=50μg·m-3，得出Q氮氧化物的环境容量224234t;

P二氧化硫=20μg·m-3，得出Q二氧化硫的环境容量89713t;

P烟粉尘=40ug·m-3，得出Q烟粉尘的环境容量179427t。

烟台市2005年—2017年氮氧化物、二氧化硫和烟粉尘的排放量如图1所示。

图12005—2017年氮氧化物、二氧化硫、烟粉尘排放量趋势图

根据2005—2017年氮氧化物(资料仅有2011—2017年)、二氧化硫、烟粉尘的排放量变化曲线图可看出，这三类污染物的排放量随着时间的推移，呈现逐渐减少的趋势.其中氮氧化物排放量于2014年呈现增加趋势，之后出呈现下降趋势并始终低于环境容量;二氧化硫排放量在大气环境容量值附近浮动，总体上呈现出排放量逐渐减少的趋势，2011年开始呈逐年减少趋势、并于2013年开始低于其环境容量;烟粉尘的排放量低于按一级指标计算的大气环境容量，其排放量总体呈下降趋势。

剩余环境容量，即污染物排放量与大气环境容量之差.由上述结果和图表可以看出，烟台市主要大气污染物开始出现剩余环境容量，剩余环境容量越来越大，环境资源对烟台经济社会发展的支撑作用在加强。

3、大气污染物来源分析

以氮氧化物、二氧化硫和烟粉尘为主的大气污染物，主要是由于能源矿产的大量使用造成的，图2反映了2005—2017年烟台市规模以上工业企业主要能源消费量。热力能源和电力能源早期主要是由煤炭、石油等化石能源的燃烧得到，此过程不但消耗了大量的化石能源，而且会产生大量的大气污染物.近年来，随着科学技术的发展，天然气、水能、核能等清洁能源开始广泛应用于热力能源和电力能源的生产，进而减少了煤炭等化石能源的使用，减少了大气污染物的产生量和排放量。如图所示，原煤和热力能源是消耗量最大的两类能源(清洗煤这项指标自2016年起被天然气这项指标所取代).由此得出，烟台市仍然是一个以煤炭资源为主要消费能源的城市，并且随着工业的稳步发展，各种能源的消耗总量量呈现逐年递增的趋势。

随着科学技术的发展，各类化石能源的使用效率不断提高、工业生产设备逐渐优化升级，全社会节能环保意识不断加强，工业的主要能源消耗量结构随之产生相应的变化，如表6所示.

图22005—2017年年规模以上工业企业主要能源消费量

表6各主要能源的消耗量在主要能源消耗总量中所占比重导出到EXCEL

由表6可知，烟台市煤炭使用量较大、但所占比重在逐年降低.大气中的二氧化硫污染主要来自于工业用煤.制造业，电力、热力、燃气及水生产和供应业都是用煤量巨大的产业;三大产业的全行业用电量也是占据了社会用电量的绝大部分份额.发电厂，铝电基地等都需要大量能源尤其是煤炭的燃烧，因此会产生大量二氧化硫，这样的经济结构以及能源消费结构必然导致烟台市二氧化硫排放量数年来难以下降.煤炭的使用比重从2005年的60.3%降至2017年的30.3%，使得烟台市二氧化硫排放量开始呈现出逐年下降的趋势，自2013年起，二氧化硫的排放量均低于大气环境容量值，出现了剩余环境容量，说明近些年能源结构调整发挥了重要作用，政府的减排措施取得了很好的成效。

氮氧化物主要产生于化石燃料的燃烧，如工业生产过程中的燃烧过程，有色金属冶炼，生产过程中硝酸的大量使用，氮肥的生产过程汽车，飞机等交通工具的使用等.氮氧化物这类大气污染物会刺激人的肺部，使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病，而且会危害环境.从表6可以看出，煤、石油等一次能源的使用比重在明显降低，热力、电力等能源的使用量在大幅度的提高，烟台市氮氧化物的排放量近年来也在逐渐降低并开始低于其大气环境容量.政府及相关部门在节能环保方面的投入以及废气处理工作取得了一定的成果，新能源汽车的推广使用、清洁能源的出现，使得烟台市氮氧化物这类大气污染物的排放量处于一个合理可控的数值。

煤炭的燃烧、汽车尾气排放以及建筑扬尘都是烟台市烟粉尘污染的主要来源。根据烟台市统计年鉴中的各区市污染物排放总量的统计结果，工业生产中烟粉尘排放量占据了主要部分。以烟台市的下属县市莱州市为例，该市有丰富的矿产资源储量，黄金在全国居于首位，滑石、菱镁石储量居全国第二位;矿产资源的开采以及相关产业的发展为莱州市的经济发展提供了极大的机遇，极大地促进了当地经济的发展，同时也带来了很多负面影响，其中最严重的就是粉尘的肆虐[15，16].加之城市发展带来的建筑杨尘，工业生产中煤炭燃烧带来的颗粒物排放，生活用煤带来的颗粒物排放，汽车使用过程中产生的尾气的共同作用，使得烟粉尘排放量巨大.然而随着政府部门环保意识的不断加强，建筑行业等产生的烟粉尘量得到控制、清洁能源得到相应的推广使用、相关的环保政策被推广使用，使得烟粉尘的排放量已经被控制在一个合理的范围内。

4、节能减排措施及建议

经过前面的计算和分析得出，在国家污染物一级限值标准下，烟台市的二氧化硫排放量自2013年开始低于大气环境容量，其他污染物排放量持续低于大气环境容量，出现了剩余环境容量.说明在较高的大气质量标准下，烟台市的污染治理工作比较到位，政府加大监管和整改力度效果较显著.为了让烟台市保持巨大的发展空间，为了烟台市民能继续享受蓝天白云，政府应该继续加大力度，从各方面降污减排，为烟台市创造更好的发展和生活环境。

烟台市主要的大气污染物是氮氧化物和二氧化硫，其次是烟粉尘，随着国民经济的发展、人口的不断增加和能源消耗量的不断增大，烟台市经济也得到了持续快速的发展，全国和烟台市排入空气中的各种污染物也在逐渐增加.大气中的污染物主要来自燃煤等产生的烟粉尘、煤燃烧时产生的二氧化硫、工业生产以及汽车尾气所排放的氮氧化物、建筑施工和交通运输产生的烟粉尘污染.通过比较烟台市今年大气主要污染物的排放量变化趋势和烟台市大气环境容量，我们可以从以下几个方面采取必要措施进行大气污染的防治。

4.1煤机企业实施新旧动能转换，实现转型升级方略

1)借助政府出台政策，助推企业新旧动能转换。

2)利用好现有资源，实现由煤机向非煤机产品的成功转型。

3)加快产品的技术升级，推动煤机企业新旧动能转换。

4)实施品牌战略，提高产品的性能、质量，提升服务客户的水平。

5)加快改革改制步伐.激发企业发展新动能。

4.2加强机动车尾气排放控制

我国氮氧化物类污染气体产生的重要来源是机动车尾气的大量排放，这也是造成雾霾、光化学烟雾等污染灾害的重要原因，针对氮氧化物类污染气体，相关部门可以:

1)建立严格的机动车尾气排放标准体系。

2)建立完善的机动车油品质量标准体系。

3)建立完善的机动车尾气排放监督管理体系。

4)建立有序的机动车淘汰管理体制。

5)建立有效的新能源机动车激励机制。

4.3实行产业融合战略

产业融合是高新技术及其产业作用于传统产业，使得不同产业或同一产业的不同行业通过相互渗透、相互交叉，最终融为一体，逐步形成新产业的过程.这是产业发展的高级阶段，是社会生产力进步和产业结构优化的必然趋势，同时也是现代产业发展的新特征和必然趋势。

产业融合主要源于技术进步(信息技术)和管制(市场化)的放松;产业关联(技术关联、市场关联、产品关联)是产业融合的前提和基础;产业融合的结果是改变了原有产业企业之间的竞争合作关系。

通过政府相关部门创造良好的经济环境、发挥企业在产业融合中的主体作用、推进信息技术的发展和培育复合型高技术人才来推动产业的渗透式和延伸式融合。

4.4大力发展循环经济

资源充分利用、减少废物排放甚至达到零排放，发展集约型经济，努力构建资源节约型、环境友好型社会，早日实现区域协同发展.推动产业转移，形成合理的要素配置;贯彻落实新旧动能转换重大工程，坚持以“四新”促“四化”的发展方向，助力经略海洋、推动乡村振兴、优化产业结构配置。

5、结论

本文运用“箱模型”法，对烟台市2005—2017年二氧化硫、氮氧化物和烟粉尘这三类大气污染物的环境容量进行计算，并与大气污染物排放量进行比较分析得出:在环境空气污染物浓度值取一级指标的情况下，氮氧化物和烟粉尘排放量低于大气环境容量、二氧化硫于排放量2013年开始低于环境容量;三种大气污染物排放量也呈现下降趋势。清洁能源的使用、科学技术的发展、热能电能的大量使用、政府在节能环保方面的投入以及相关政策制度的出台实施，使得烟台市的大气污染物排放量处于一个稳定合理的区间，有利于烟台市经济的发展和环境质量的提升。

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基金:山东社科规划项目(18CSJJ14).