持久性有机污染物环境多介质空间分异模型研究进展_刘世杰

2011年 第6卷第2期,129-137

生态毒理学报

A si an Journal o f Ecotox icology

V o.l 6,2011

N o .2,129-137

收稿日期:2010-12-01 录用日期:2010-12-30

基金项目:国家自然科学基金面上项目(41071355);国家重点基础研究发展规划(973)项目(2007CB 407307);中瑞合作项目(G J H Z0910) 作者简介:刘世杰(1986-),男,硕士研究生,主要从事环境管理方面的研究工作,E-m ai:l li us j 04@g m ai.l com;*通讯作者(Correspond i ng

author),E-m ai:l yll u@rcees .ac .cn

持久性有机污染物环境多介质空间分异模型研究进展

刘世杰1,2

,吕永龙

1,*

,史雅娟

1

1.中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京100085

2.中国科学院研究生院,北京100049

摘要:环境多介质空间分异模型能够对持久性有机污染物(POP s)在环境多个介质中空间尺度上的迁移转化和分配过程进行准确、细致和接近真实的描述,是进行PO Ps 的环境多介质归趋模拟和环境风险评价的重要工具。将环境多介质空间分异模型分为环境多介质质量平衡空间区划模型和大气化学传输模型,对目前几种常用的环境多介质空间分异模型GLO B O-PO P 、C lM i oChe m 、BETR 、I M PACT 2002、G-C IE M S 、M SCE -POP 和DE HM-POP 模型的基本情况进行了介绍,并分析了这些模型近十年来在国内外的开发和应用情况。对当前国内外环境多介质空间分异模型研究中存在的不足进行了分析,指出监测手段的落后、基础环境参数的不足和实验数据的稀缺是制约国内此类模型发展的主要因素,并对环境多介质空间分异模型的开发和应用前景进行了展望。

关键词:环境多介质模型;空间分异模型;质量平衡;大气传输;逸度模型

文章编号:1673-5897(2011)6-129-09 中图分类号:X 171.5 文献标识码:A

Advances i n Spatiall y Explicit Environ m ent alM ulti m edi a Fate M odels of

POPs

L i u Sh ijie 1,2

,Lu Y onglong 1,*

,Shi Y ajuan

1

1.S tate K ey L aboratory o f U rban and R eg i onal Eco l ogy ,R esea rch C ente r f o r E co -Env iron m en tal Sc i ences ,Ch i nese A cade m y o f Sc-i

ences ,Be iji ng ,100085,Ch i na

2.G raduate U n i versity ,Chi nese A cademy of Sciences ,Be iji ng ,100049,Ch i na

R eceived 1Dece mber 2010 accept ed 30Dece mber 2010

A bstract :Spatially exp li c it env ironm enta lmu lti m ed i a fate m odels are used to g ive an accurate ,deta iled and d is -tinct descri p ti o n of t h e transpor,t transfor m a ti o n and partition o f POPs in mu lti m ed i a .They are i m po rtant too ls i n si m u lati n g the fate and assessing the risk of POPs .The spatial explic it mu lti m edia m ode ls w ere d i v i d ed i n to m ass balance m odels and at m ospher i c transport m ode ls .Several curren tl y ava ilab le spatia l exp licit mu lti m edia m odels such as GLOBO-POP ,C lM i oChe m,BETR,I M PACT 2002,G-C I E M S,M SCE -POP and DE HM-POPs w ere co m-pared based on the literature research .D evelopm ent and the applicati o ns in do m estic and abroad over the past dec -ade o f the m odels are rev ie w ed ,and the present sit u ations i n the deve l o pm ent of th is kind o fm ode ls in Ch i n a are ana l y zed .It is po i n ted out that the lack o fm easurable data and envir onm enta l para m e ters is a m ajor factor restric -ting the deve l o p m ent of the m ode ls .And the prospects o f spatial explic itm ulti m ed ia m ode ls are also pr oposed .K eywords :env ironm enta lm u lti m edia fate m ode,l spati a l explic itm ode,l m ass balance ,at m ospheric transpor,t fu -gacity m ode l

130生态毒理学报第6卷

近年来,POPs对全球环境和人类健康的危害被各界越来越重视,因此围绕POPs已经开展了许多研究工作。POPs是一类具有毒性、持久性并可在生物体内蓄积的污染物。由于其在多种介质中残留,并可通过空气、水、迁徙物种及其产品进行远距离传输,因此分析评价较大尺度区域内POPs的残留状况及其生态风险具有很重要的意义。而由于在实际研究过程中对POPs进行大范围连续监测的困难,寻找合适的数学工具对区域内POPs的分布和归趋状况进行模拟和预测,成为进行大尺度区域内POPs研究需要完成的一项紧迫的任务。

在这种情况下,数学模型正在越来越多地应用于POPs的环境归趋模拟。由于POPs类污染物具有多介质残留的特点,使用同时考虑多介质中POPs 含量及迁移转化的模型进行模拟可以对P OPs在环境中的整体分布状况有较为清楚的认识,这类模型通常被称为环境多介质模型。而环境多介质空间分异模型正是环境多介质模型中具有空间分辨率,可对污染物空间归趋进行模拟分析的一类模型。本文在文献调研的基础上,将环境多介质空间分异模型进行分类,综合分析了不同类别模型在POPs迁移转化模拟方面的研究和应用现状,并对其发展趋势和应用前景进行了展望。

1POPs环境多介质空间分异模型

环境多介质空间分异模型,是指具有空间分辨率,能对POPs在时间和空间上的多介质归趋进行模拟分析的一类模型。1979年,加拿大学者Dona l d M ackay首次提出了化学品多介质环境迁移的逸度方法[1],并于1983年将其首次应用于QWASI模型中来评价污染物在加拿大安大略湖中的分配行为[2]。所谓逸度,是指物质从某一相中逃逸的趋势,单位为压力单位(Pa)。逸度被用来描述污染物在环境各相间的分配行为,并通过预测污染物在环境各相(如空气、水、土壤、底泥及生物等)中的浓度水平、质量分布及持久性等,揭示其在环境各相中的分配、迁移和转化规律。基于质量平衡原理,多介质环境逸度模型对应于3种质量平衡方程可以分为I 级、II级、III级和?级逸度模型4类。近年来,逸度模型在预测化学品环境归趋和评价化学品环境风险中得到了广泛应用。

根据模型机理的不同,环境多介质空间分异模型可分为环境多介质质量平衡空间区划模型和大气化学传输模型两类。

针对普通多介质质量平衡模型空间辨识度较差,无法进行空间迁移分析的缺点,具有空间分异性的环境多介质模型在使用逸度方法对多介质环境中有机物的分配进行计算模拟的同时,引入了大气传输模型的原理,并根据研究需要将研究区域划分为若干个子区域,通过区域间大气和水的流动将若干个子区域连接起来,从而形成具有空间分布特征,能够进行空间迁移转化分析的环境多介质模型,即环境多介质质量平衡空间区划模型。

另外,由于POPs半挥发性和长距离迁移的特点,研究人员发现在POPs的长距离迁移过程中,大气传输是其主要的传输途径,而针对常规大气污染物和重金属的模型开发和应用已经相对成熟。因此他们试图在已有的普通大气化学传输模型的基础上,根据POPs多介质迁移的特点,对模型进行了部分修改并在模型中加入土壤、海洋和淡水等模块,开发出专门针对POPs的环境多介质迁移模型。由于大气化学传输模型本身具有很高的空间分辨率,因而也成为另一类重要的环境多介质空间分异模型。

1.1环境多介质质量平衡空间区划模型

环境多介质质量平衡空间区划模型(以下简称为质量平衡模型)主要基于逸度模型的概念和计算方法,由多介质质量平衡箱式模型发展而来,如G lo-bo-POP模型、BETR北美模型、C lM i oChe m模型、G-C I E M S模型和I M PACT-2002等。在这类模型中,通常假设环境介质是均质的,介质中的污染物浓度依据平均浓度、介质间的对流和扩散交换(湿沉降、干沉降和蒸发等)、区域间的对流和大尺度扩散以及降解作用来计算。由于复杂性较小,此类模型经常被用于风险评价,如大量化学品的筛选评价。

质量平衡模型的主要输入数据为具有空间地理分布特征的数据。在环境相的划分方面,模型可以在逸度模型所划分的八区间的基础上[3],根据具体情况进行增减或对其中部分环境相进行细化。

模型所针对的研究区域可以是全球,也可以是局部地区。区块划分上,在目前的研究中主要有两种划分方式,即基于流域和基于栅格的划分。基于流域的划分通常考虑淡水流域的分布和走向,这种划分方法可以使每个区块的河流数目变得最少,而且区域间的水流方向通常为单向,因此可以大大简化划分后区块内及区块间河流流量及流向计算,如在BETR北美模型中的应用。但这种方法在进行区块划分时考虑因素较多,且对宏观模拟结果的表现

第2期刘世杰等:持久性有机污染物环境多介质空间分异模型研究进展131

并不直观形象。相较而言,基于栅格的划分方法在进行区块划分时只需简单地将所研究区域划分为大小合适的栅格单元,而将复杂的河流流量及其他计算可以借助地理信息系统(GIS)分析工具来完成。此外,在划分精度较高的情况下,用栅格表现出的污染物的地理空间分布更具直观形象的特点,如在BETR 欧洲模型(EVn -BETR )中的应用。目前,在以上两种划分方法之外,还出现了一类将上述两种相结合的划分方法,即按照不同环境相的特性来进行不同的划分,如在G-C I E M S 模型中的应用。在该模

型中将组成较为均匀的大气划分为5@5km 2

的栅

格单元,地表集水区根据其本身的分布进行流域区块划分,对河流采用线状区块划分,而不同环境相间的物质传输则借助于GIS 分析工具进行分析计算。图1为3种不同区块划分方法的对比示意图。通过比较可以看出,基于流域的划分侧重应用于土壤和河流等非均质介质在污染物迁移中占主导作用时,而且得到的模拟结果更容易进行局部区域的污染来源分析;基于栅格的划分更能体现出大气在污染物迁移中的作用,从模拟结果来看更易分析出污染物在整个研究区域中的整体分布情况。在模型的开发

应用研究中则应根据实际情况加以选择。

图1 3种不同的区块划分方法:(a)BETR 北美模型中基于流域的划分[4];(b)BETR 欧洲模型(EVn -BETR)中基于栅格的划分[5];(c)G-CIE M S 模型中两种方式相结合的划分[6]

F i g .1 Three d ifferen tw ays o f seg m entation :(a)seg m entati o n based on catch m ent [4]

;

(b)Seg m entation based on gri d [5]

;(c)co mb i n ed segm entati o n

[6]

1.2 大气化学传输模型

大气化学传输模型的计算方法主要基于空气动力学原理,在大气传输模型的基础上引入土壤和海水等模块来描述大气与其他介质之间的界面过程,从而达到模拟POPs 类污染物在环境多介质中迁移转化过程的目的,如DE HM-P OP 模型和MSCE -POP 模型等。

使用这类复杂模型的目的是为了将其作为工具进行污染物多介质传输机理的识别和研究,进而更加精细地描述和模拟污染物在环境中的迁移行为。 从概念上来说,大气传输模型与质量平衡模型完全不同,质量平衡模型关注点为某种特定的化学品,求解化学品在各种介质中的质量平衡方程,而很

132生态毒理学报第6卷

少考虑各种介质本身的质量平衡与循环。大气传输模型是基于大气质量平衡和动态循环的描述,在此基础上加入化学品随大气的循环流动以及在此过程中的迁移,因此大气传输模型能够达到描述和模拟化学品环境行为的目的。

在空间区块的划分方面,由于大气化学传输模型中所关注的主要环境相为大气,因此在划分时一般采用栅格单元的划分方式。从环境相的划分来说,大气化学传输模型是在原有普通大气模型的基础上加入土壤和海洋等环境相构建而成,这也使得这类模型在模拟污染物的环境归趋时更加偏向于细致描述污染物在大气中的传输过程。此外,大气传输模型相比于质量平衡模型,对模拟区域外部与区域内大气之间的化学品传输描述更加细致,而且作为随时间变化的动态变量进行考虑,而质量平衡模型通常将模拟区域外部化学品的长期平均浓度作为恒定不变的背景值代入模型。此外,由于大气传输模型可以更加精细地描述污染物在环境中的动态迁移行为,因此此类模型要求更加高精度的排放数据、环境介质属性和动态过程以及不同环境状况下化学品的物理化学特性。

综上,大气传输模型与质量平衡模型相比,空间分辨率更高,能够更加真实地描述化学品在环境中的动态迁移行为。然而,从所需数据来看,大气传输模型对输入参数的要求也更高,在可获得的参数无法达到高精度模型的要求时,此类模型无法显示出其优势。因此,在选择模型时,应该根据所研究区域的实际情况和所能获得的参数情况选择合适的模型类型和模拟精度,而非盲目追求模型的复杂性和高空间精度。目前几种常用环境多介质空间分异模型主要参数的比较如表1所示。

表1几种常用的环境多介质空间分异模型比较

Table1Co m parison o f several co mm only spatially exp lic it env ir onm enta lmu lti m ed i a fate m ode ls

模型名称模型类型主要输入数据研究区域区域划分方法环境相划分参考文献

GLOBO-POP 环境多介质

空间区划模

型

排放数据、化学品属性、

环境数据

全球

基于纬度将全球划分为9

个纬度带

9个:大气层垂直分为4

层,陆地划分为淡水、淡水

沉积物、表层海水、农业土

壤、天然土壤

[13-16]

C lM i oChe m 环境多介质

空间区划模

型

化学品属性数据(环境介

质中半衰期、分配系数

等)、排放数据

全球

基于纬度将全球划分为6

个纬度带

5个:裸地土壤、植被覆盖

土壤、植被、表层海水、对流

层空气

[9,17-19]

BETR-Nort h Am eri ca 环境多介质

空间区划模

型

化学品属性数据、排放点

源数据、气象数据、水文

数据、地理信息

北美地区基于流域边界

7个:上层大气、下层大气、

海水、淡水、沉积物、土壤、

植被

[4,20]

I M PACT2002环境多介质

空间区划模

型

气象水文数据、地理信息

数据、社会人口信息、化

学品属性数据、排放数据

西欧地区

或全球

陆地基于流域、大气基于

栅格(2b@2.5b)

5个:空气、水、土壤、沉积

物、植被

[21-23]

G-C IE M S 环境多介质

空间区划模

型

环境、水文和气象数据、

排放数据、污染物性质

日本

大气基于栅格单元划分、

陆地基于流域划分、海洋

基于多边形划分

7个:空气(上、下层)、淡

水、河湖沉积物、不同利用

类型的土壤、森林冠层、海

水、海水沉积物

[6]

M SCE-POP 大气传输模

型

气象数据、排放数据、地理

信息、土壤和植被属性、洋

流数据、化学品属性

全球、欧洲

地区

栅格:2.5b@2.5b(针对

全球);50@50km2(针对

欧洲地区)

4个:大气、植被、土壤、海

水

[11,24]

DEHM-P OP 大气传输模

型

气象数据、排放数据、在3

种环境介质中的初始浓度

北半球栅格3个:大气、土壤、海洋[25-27]

2POPs环境多介质空间分异模型应用进展

2.1全球尺度上的POPs空间多介质归趋模拟评价

1999年,F.W an ia等[7-8]对全球范围内A-HC H 的历史排放进行估算,首次使用G l o bo-POP模型对其全球归趋进行模拟,并对时间趋势进行预测;2000年,M.Scheringer等[9]用C lM i oChe m模型计算和探

第2期刘世杰等:持久性有机污染物环境多介质空间分异模型研究进展133

讨了四氯甲烷、A-六六六及灭蚁灵在全球范围内的空间分布情况;2004年,L.Toose等[10]应用BETR 世界模型,将全世界范围内划分为25个区域进行多介质归趋模拟,研究了化学物质从排放源区域向接收区域的长距离迁移过程;2004年,A.M alan ichev 等[11]运用M SCE-POP模型对选定的几种PCB同系物(28,118,153,180)在北半球的传输和环境归趋进行了数值计算,并对整个半球和北极地区的计算结果进行了分析,可靠性可通过比较计算结果和监测数据进行验证分析;2005年,M a tthe w M acleod 等[12]使用BETR-G lobal模型模拟了7种PCB的同系物在70年间的全球环境归趋。

2.2区域尺度上的POPs空间多介质归趋模拟评价

2002年,M.M ac Leod等[28]用BETR北美模型模拟了北美地区毒杀芬的环境归趋,计算了毒杀芬在各种环境介质中的残留情况;同年,K.B reiv i k 等[29]使用非稳态的POPCYCL I N G-Ba ltic模型对波罗的海地区A-H C H和C-HC H在1970-2000年间环境行为进行了模拟;2003年,M.M ar gni等[21]使用I M PACT2002模型,对西欧地区二恶英(PCDD/ F)同系物的暴露风险进行了案例研究及预测;2004年,Prevedouros等[30]使用EVn-BETR模型对欧洲地区林丹在大气和土壤中的分布进行了模拟。同年, Prevedouros等[5]再次利用该模型对五溴联苯醚(Pe-B DE)产品中相关的多溴联苯醚(PBDE s)的环境归趋进行了模拟并与监测数据进行了对比,对1970-2010年间大气中多溴联苯醚浓度变化进行了估算; 2004年,N.Suzuk i等[6]使用G-C I E M S模型针对日本地区模拟了二恶英、苯、1,3-丁二烯及邻苯二甲酸二辛酯在日本的环境中的多介质归趋;2005年,D. W.Penn i n gton等[22]使用I M P ACT2002对西欧地区PeCDF的环境浓度分布、相关食品中的污染物水平,以及化学品排放被人体摄取的比例进行了计算,并与普通箱式模型计算结果进行比较,来探讨化学品多介质归趋和多途径暴露模拟中空间分辨率的必要性;2007年,N.Suzuk i等[31]使用G-C I E M S模型对日本境内化学品的空间归趋情况进行了模拟,并利用监测数据、模型模拟和社会调查统计等方法分析和估算了人体食用鱼类后的暴露水平。

2.3POPs环境迁移机理研究及模型不确定性分析

2002年,F.W ania等[13]利用G lobo-POP模型估算了7种多氯联苯(PCB)同系物(8,28,52, 101,153,180,194)在大气中与羟基自由基反应去除以及向深海的迁移,并使用其他3种半经验方法进行同样的估算;2004年,M.Scheri n ger等[17]针对POPs的长距离迁移问题,使用一维静态箱式模型Che mRange和二维多介质模型C lM i oChe m以PCB 的同系物为研究对象,开展了模拟研究并对计算结果进行了比较;2005年,Yushan Su等[32]通过G lobo-POP进行模拟,研究了森林过滤作用对半挥发性有机物长距离迁移潜力以及在北极累积潜力(ACP)的影响;2007年F.W ania等[15]利用G lobo-POP模型结合对氟调聚物醇(FTOH s)和全氟代有机酸(PF-C A s)的历史排放估算,评价了北冰洋地区PFC A s的两种来源)))FTOH s等前体物质在空气中氧化和PFCAs的海洋直接排放对应的两种传播途径的相对效率和对北冰洋总PFCAs污染负荷的贡献率;2008年,K.M.H ansen等[27]应用DEHM-POP模型研究了积雪场地对A-H C H归趋的影响;2009年,U. Schenker等[33]利用C lM i oChe m模型计算了当前和未来全球DDT的环境浓度变化,并采用蒙特卡洛方法评价了物质属性数据、排放速率和环境参数不确定性对模拟结果影响。

2.4国内POPs环境多介质空间分异模型研究现状

国内POPs环境多介质归趋研究开始于2001年,研究区域涵盖天津、兰州、北京、广州、杭州和粤港澳地区,以及海河、黄河、辽河、珠江、长江和松花江流域;针对的化学品包括PAH s、DDT、H C H、PCB 和PCDD/F等[34-45]。但国内研究多集中于使用不具有空间分辨率的III级或?级逸度模型对POPs 在不同环境相中的迁移和分布进行模拟和评价预测,对于区域内污染物的空间分布和迁移模拟研究并不多,环境多介质空间分异模型的研究和应用也较少。只有极少数国内研究者针对局部地区化学品空间迁移扩散进行了探索性研究,并开发出了适用于各自研究区域的环境多介质空间分异模型。但与国际上其他同类模型相比,这些模型的开发应用也还只是一些初步的尝试性研究,对环境相和空间的划分都比较简单,缺乏研究的系统性和对不同环境状况和区域尺度的适应性,在模型检验和不确定性分析方面还有待于进一步的研究和开发。

2003年,曹红英等[46]在稳态假设条件下研究了菲在天津市的多介质分布和相间迁移。在探讨了废气排放、土壤有机质含量和土壤中菲降解速率常数的空间变异的基础上,建立了具有空间变异特征的多介质模型。模型包括气、水、土和沉积物等4个

134生态毒理学报第6卷

主相,各主相根据情况细分为气、水和固等子相。为表现区域分异,将气和土2相各自划分为3113个小区(2@2k m2)。根据实际观测数据对平均浓度进行验证的结果表明,所研究的4种介质的模型误差在0.5个对数单位左右,完全符合区域多介质模型的精度要求。土壤菲含量空间计算结果和实际观测数据在宏观尺度上趋势一致。

2007年,刘振宇等[47]开发出了针对辽河流域的动态多介质环境模型)))辽河流域多介质归趋传输模型(LRB M FTM)。该模型在空间上将辽河流域划分为若干相互连接的子系统,在每个子系统使用逸度方法探讨污染物的多介质归趋。他们利用该模型对辽河流域A-H C H、B-HC H和C-H C H的多介质归趋进行了模拟。模拟结果表明3种HCH s从该流域向周围环境迁移的主要途径是大气水平对流,降解是主要的去除途径。污染物主要的汇为土壤,且土壤中的浓度与累积量和排放呈正相关。模型结果还表明所有过程中的物质流动都显示出明显的季节性。

2008年,王戎等[48]在轨迹计算的基础上,利用概率方法和多介质模型方法,建立了一种基于正向轨迹计算的污染物归趋概率模型(潜在汇影响函数),并在模型中嵌入了诸如降解、干沉降和湿沉降等主要去除过程。运用这一模型研究了广东省排放的芘在大气中的空间分布及长距离输送。

3讨论与展望

首先,在国际上环境多介质空间分异模型的开发应用中,通过表1中几种模型在研究尺度、区域划分方法、空间分辨率以及环境相划分的比较可以看出,在环境多介质模型的开发和应用中,越来越多的机理模型开始得到开发应用,这些模型趋向于更加细致地描述POPs在各个环境中迁移的真实过程。无论是质量平衡模型还是大气传输模型,研究区域是针对局部地区还是全球,模拟的空间分辨率越来越高,并趋向于在模型中考虑更多的环境相。随着模型技术和计算机技术的发展,更复杂的模型结构和更高的空间分辨率所带来的计算量的增加已不再是模型开发的主要瓶颈。从原理上说,基于对流-弥散方程的大气化学传输模型与基于质量平衡的空间多介质模型相比,不仅具有更高的空间和时间精度,也更加接近于真实的迁移过程[49]。然而现实情况并非如此,许多研究结果表明,模型结果的准确性并不仅仅取决于模型结构的复杂性和空间分辨率,也需要输入数据和参数达到相应的精度和准确性要求。偏向机理性的大气传输模型与质量平衡模型相比,并未显现出明显的优势。尽管这些模型中使用了许多描述污染物真实传输过程的对流-弥散方程,但由于缺乏实验数据,很多计算参数无法实际获得,需要在模型计算时加入许多经验公式和校正因子,这就使得机理性模型无法完全描述污染物真实的迁移过程。其次,环境参数的空间分辨率也限制了机理性模型本身的空间分辨率。基于以上两点,在目前的研究中,机理性模型的模拟结果与由箱式模型发展而来的质量平衡模型基本相似,难分伯仲。在这种情况下,如何选择适当的模型复杂性和空间精度,而不是盲目追求高复杂性和大计算量,是模型的开发和应用人员所要考虑的重要问题。

从我国的实际情况来看,对于POPs空间传输与扩散模型的研究还处于起步阶段,除了对于专门针对我国实际情况的模型本身的开发应用需要加强之外,监测数据和排放数据都还处于初步的数据积累时期,并没有形成完善的全国性POPs监测网络,也没有完整的针对POPs的全国排放清单。在环境参数方面,进行POPs归趋模拟所需的气象、水文和地理信息等基础环境信息也无法系统完整的获得,这些都极大地限制了我国此类模型的开发和应用。因此,POPs区域归趋模拟研究工作的加强,一方面有待于国家对相关的排放数据、环境信息和实验数据进行完善和系统化、公开化,为此类研究提供有利的外部条件;另一方面,如何采取合适的监测方法和一定的假设对排放和环境浓度等数据进行获取和参数化,使其达到模拟所需的时间和空间要求,也是在模型的开发和应用中所要研究的主要问题。

基于上述分析和讨论,本文对环境多介质空间分异模型,特别是在我国的开发应用,提出以下几点展望:

(1)针对局部地区的环境多介质空间分异模型的研究。目前对于全球大尺度的多介质空间分异模型的研究已经较为成熟,无论是质量平衡模型还是大气传输模型,都已经有较多的针对性研究。专门针对局部地区的多介质空间分异模型虽对POPs生态风险评价来说具有更重要的意义,但此类针对性的模型仍然太少。由于区域尺度进行模拟中应更多考虑污染物通过水环境的传播,区域尺度的多介质空间分异模型与全球尺度的模型相比,从主要考虑的传输路径到模型的参数化都有较大不同,对空间

第2期刘世杰等:持久性有机污染物环境多介质空间分异模型研究进展135

精度也有更高的要求。因此,应对区域的多介质空间分异模型进行进一步研究,开发出专门针对区域的POPs多介质归趋模型。

(2)模型的结构和参数的优化识别。正如讨论中所述,环境多介质空间分异模型正在向着复杂和计算密集型发展,模拟的污染物也越来越多,需要输入大量的环境参数。然而每个环境参数都有一定的不确定性,如何估算和评价这些参数带来的不确定性,并且对模型结构和参数进行优化和识别,也是未来进行模型理论研究和实际应用的重要课题之一。

(3)POPs基础信息库的完善。就我国实际情况来看,对于POPs的迁移转化以及风险评价模型研究中,最大的障碍在于环境参数信息和监测数据的缺乏,特别是系统性的数据积累。目前数据多是研究人员所进行的分散研究获得的,并未形成全国性或区域性的系统的POPs监测数据库,因此,尽快建立全国性或区域性的P OPs监测网络,完善全国性POPs排放清单、多介质浓度数据库以及相关环境参数信息,并对这些数据进行系统化和公开化,不仅能为POPs的区域性迁移与扩散模型研究提供系统地数据支持,也是POPs控制和管理不可或缺的基础性工作。

通讯作者简介:吕永龙(1964)),研究员、博士生导师,主要研究方向为环境管理政策及污染生态学。

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