CN109657026B - 一种基于空域尺度的航空大气污染物排放量测定方法 - Google Patents

Abstract

一种基于空域尺度的航空大气污染物排放量测定方法，主要步骤包括：1)界定研究空域的范围；2)建立空域内航班数据库，包括航班号、起降机场、飞行距离、飞行航线及航路点、载客率、机型；3)建立机型‑发动机数据库；4)将经过研究空域的所有航线划分为区域内航线和跨区域航线两种类型；5)根据模型计算研究空域内所有航线产生的大气污染物NO_x、HC、CO、CO₂、SO_x的排放量。本发明提供了一种精准测定不同研究空域内航空大气污染物排放量的计算方法，综合考虑不同类型的大气污染物，便于划定不同空域的航空大气污染物排放责任，进一步从区域尺度治理航空大气污染。

Description

一种基于空域尺度的航空大气污染物排放量测定方法

技术领域

本发明涉及一种基于空域尺度的航空大气污染物排放量测定方法。

背景技术

在航空大气污染物排放研究领域，大部分的研究关注的是机场和航线尺度的污染排放，而关于空域尺度的航空污染排放测算方法较少。以往的方法往往采用简化的计算方法，直接计算从空域内机场出发的所有航线在整个航程中排放的大气污染物，而不考虑哪个航段在空域内，哪些航段并不在空域内。因此，难以准确地对空域内航空大气污染排放做测算。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种基于空域尺度的航空大气污染物排放量测定方法，包括：

A)根据飞行情报区的空间范围和出/入航路点的信息，界定研究空域的范围；

B)建立空域内航班数据库，空域内航班数据库包括航班号、起降机场、计划飞行航线、飞行距离、航线经过的所有航路点、载客率、机型，

C)建立机型-发动机数据库，用于根据航班的机型确定发动机类型和数量，

D)将经过研究空域的所有航线划分为区域内航线和跨区域航线两种类型，

E)把经过研究空域的所有航线排放的大气污染物NO_x、HC、CO、CO₂、SO_x的排放量分别表征为：

其中：

EI为各类大气污染物的排放因子，

i表示经过研究空域的某条航线，可以是区域内航线，也可以是跨区域航线，

n为经过研究空域内所有航线的总量，

FC_d,a,cruise是机型a在空域范围内巡航飞行距离d过程中消耗的燃料量，飞机巡航阶段的燃料消耗量数据来自EUROCONTROL Experiment Centre开发的Base of AircraftData(BADA)，

m_j表示飞机起降循环的不同阶段，包括入场滑行、起飞、爬升、下降、着陆、离场滑行共6个阶段，其中j＝1,2,…6，

k_e,a表示机型a的发动机类型e的数量，

为发动机类型e在飞行起降循环的阶段m_j单位时间的燃油消耗率，

t_mj为航线在飞行起降阶段m_j消耗的时间，

对于区域内航线，d为航线全程的巡航飞行距离d₁，对于跨区域航线，d为航线在研究空域内的航段内的巡航飞行距离d₂，其根据航线起降机场的位置和研究空域的出/入航路点的信息确定。

附图说明

图1用于说明航线的类型。

图2用于说明航班起降循环的不同阶段。

具体实施方式

本发明提供了一种准确计算空域内航空大气污染物排放量的测算方法，该方法可以应用于空域内航空污染排放清单的制定，且有助于进一步分析影响航空大气污染排放的主要因素，为区域合作治理污染，未来实施区域补偿制度和排污权交易制度提供依据。

为了实现上述目的，本发明提供了一种航空大气污染物排放量测定方法，包括

1)根据飞行情报区的空间范围和出/入航路点的信息，界定研究空域的范围；

2)建立空域内航班数据库：包括航班号、起降机场、计划飞行航线、飞行距离、航线经过的所有航路点、载客率、机型，

3)建立机型-发动机数据库，以便根据航班的机型，确定发动机的类型和数量，各飞机类型对应的发动机类型和数量来自Airplane/Engine Substitution tables as usedin the NASA study(Sutkus et al.,2001,Scheduled Civil Aircraft EmissionInventories for 1999:Database Development and Analysis)，

4)将经过研究空域的所有航线划分为区域内航线和跨区域航线两种类型，

5)把经过研究空域的所有航线排放的各种大气污染物NO_x、HC、CO、CO₂、SO_x)的排放量分别表征为：

其中：

EI为各类大气污染物的排放因子，飞机各阶段的大气污染物排放因子计算采用ICAO Engine Exhaust Emission Databank参数，

i表示经过研究空域的某条航线，可以是区域内航线，也可以是跨区域航线，

n为经过研究空域内所有航线的总量，

FC_d,a,cruise是机型a在空域范围内巡航飞行距离d过程中消耗的燃料量，飞机巡航阶段的燃料消耗量数据来自EUROCONTROL Experiment Centre开发的Base of AircraftData(BADA)，

m_j(j＝1,2,…6)表示飞机起降循环的不同阶段，包括入场滑行、起飞、爬升、下降、着陆、离场滑行共6个阶段(如图2所示)，

k_e,a表示机型a的发动机类型e的数量，

为发动机类型e在飞行起降循环的阶段m_j单位时间的燃油消耗率，飞机起降循环阶段的燃料消耗率数据来自ICAO Engine Exhaust Emission Databank(ICAO,2002)，

t_mj为航线在飞行起降阶段m_j消耗的时间，飞机起降循环的滑行时间由研究空域内每个特定机场的参数确定，其他阶段的时间按照ICAO提供的标准起降循环的时间：起飞阶段持续0.7分钟，爬升阶段持续2.2分钟，着陆4分钟，

对于区域内航线而言(如图1中的机场A-机场B)，d表示航线全程的巡航飞行距离(d₁)；

对于跨区域航线而言(如图1中的机场A-机场C)，d表示航线在研究空域内的航段内的巡航飞行距离，根据航线起降机场的位置和研究空域的出/入航路点的信息确定(d₂)。

关于大气污染物排放因子在飞机各阶段的数值采用ICAO Engine ExhaustEmission Databank的参数确定，以A330机型的一种发动机类型Trent 772为例，其产生大气污染物NO_x、HC、CO、CO₂、SO_x的排放因子，也就是每消耗1千克燃料所产生的大气污染物排放量(克)，如表1所示。

表1发动机Trent 772的大气污染物排放因子

本发明的优点包括：

1)相比传统的计算空域尺度的航空大气污染物的测算方法，本发明的计算方法更加精确，通过区分区域内航线和跨区域航线两类不同的航线，将跨区域航线进一步划分为研究空域内的航段和研究空域外的航段，仅仅将研究空域内的航段所排放的大气污染物计入研究空域的航空大气污染物排放。

2)已有的少量空域尺度航空大气污染物测算方法多关注单一类型的航空大气污染物，如CO₂排放量，本计算方法则综合考虑NO_x、HC、CO、CO₂、SO_x等各类大气污染物排放量，对于综合测评某空域的航空大气污染物更为有效。

3)本计算方法提供了一种精准测算不同研究空域内航空大气污染物排放量的方法，便于划定不同区域的航空大气污染物排放责任，进一步从区域尺度治理航空大气污染物。

Claims (4)

1.一种基于空域尺度的航空大气污染物排放量测定方法，包括：

A)根据飞行情报区的空间范围和出/入航路点的信息，界定研究空域的范围；

B)建立空域内航班数据库，空域内航班数据库包括航班号、起降机场、计划飞行航线、飞行距离、航线经过的所有航路点、载客率、机型，

C)建立机型-发动机数据库，用于根据航班的机型确定发动机类型和数量，

D)将经过研究空域的所有航线划分为区域内航线和跨区域航线两种类型，

E)把经过研究空域的所有航线排放的大气污染物NO_x、HC、CO、CO₂、SO_x的排放量分别表征为：

其中：

EI为各类大气污染物的排放因子，

i表示经过研究空域的某条航线，是区域内航线或是跨区域航线，

n为经过研究空域内所有航线的总量，

FC_d,a,cruise是机型a在空域范围内巡航飞行距离d过程中消耗的燃料量，飞机巡航阶段的燃料消耗量数据来自EUROCONTROL Experiment Centre开发的Base of Aircraft Data，

m_j表示飞机起降循环的不同阶段，包括入场滑行、起飞、爬升、下降、着陆、离场滑行共6个阶段，其中j＝1,2,…6，

k_e,a表示机型a的发动机类型e的数量，

为发动机类型e在飞行起降循环的阶段m_j单位时间的燃油消耗率，

t_mj为航线在飞行起降阶段m_j消耗的时间，

对于区域内航线，d为航线全程的巡航飞行距离d₁，对于跨区域航线，d为航线在研究空域内的航段内的巡航飞行距离d₂，其根据航线起降机场的位置和研究空域的出/入航路点的信息确定。

2.根据权利要求1所述的航空大气污染物排放量测定方法，其特征在于：

大气污染物排放因子在飞机各阶段的数值采用ICAO Engine Exhaust EmissionDatabank的参数确定。

3.根据权利要求1所述的航空大气污染物排放量测定方法，其特征在于：

飞机起降循环阶段的燃料消耗率数据从ICAO Engine Exhaust Emission Databank获取。

4.根据权利要求1所述的航空大气污染物排放量测定方法，其特征在于进一步包括：

根据研究空域内每个特定机场的参数确定飞机起降循环的滑行时间，

按照ICAO提供的标准起降循环的时间确定：飞机起降循环的起飞阶段持续0.7分钟、爬升阶段持续2.2分钟、着陆阶段持续4分钟。

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