JPS6240668B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

(1) 発明の利用分野 本発明は、局地的に生じた高濃度大気汚染の原
因と目される汚染物質の排出源を同定し、かつ同
定された排出源の、当該高濃度地域に対する汚染
物質負荷寄与率を算出することにより、大気汚染
規制を効果的に行わせしめる手段を提供する方法
に関するものである。 (2) 従来技術 大気汚染防止のための排出源規制に関しては、
昭和50年に、環境庁より提示され、現在各地方自
治体がその実施を急いでいる硫黄酸化物に関する
排出総量規制方式が、当面最も有効な規制方策と
して期待される。しかしながら、上記の総量規制
方式は、年間平均予測値をもとに、排出規制値を
決めるという方式を採つているため、地形的条件
や、気象条件によつては、局地的、短期的（１日
又は一時間平均値）には、環境規準を越える地域
が出現する可能性がある。このような局地的、短
期的な高濃度汚染に対してはより簡便で機動性に
富む規制方策の立案が必要となるが、総量規制計
算は計算量が膨大であり、弾力的な規制に対処し
にくいという問題点があつた。 (3) 発明の目的 本発明は、上記問題点を除去し、局地的でかつ
短期的な高濃度汚染に寄与する汚染物質排出源を
同定し、かつ同定された排出源の、高濃度地域に
対する汚染物質負荷の寄与率を計算することによ
り、総量規制計算に比して簡便で、大気汚染規制
をより効果的、弾力的に運用せしめる方法を提供
することを目的とする。 (4) 発明の総括説明 本発明は、上記目的を実現するために、移流径
路推定部、径路上汚染物質排出量推定部、汚染物
質濃度推定部、適合性判定部および、汚染寄与率
算出部の５つの処理部分を設けるものである。 (5) 実施例 以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明す
る。 第１図は、本発明による大気汚染要因推定方法
を、ブロツク図の形で示したもので、気象データ
入力部１０、径路推定部１１、径路上汚染物質排
出量推定部１２、汚染物質濃度推定部１３，適合
性判定部１４、パラメータ変更部１５、汚染寄与
率算出部１６から構成される。 気象データ入力部１０は、定期的に、対象地域
内に散在する大気汚染データ観測局で測定され
た、風向WD、風速WSデータを入力するための
もので、実装置的には、磁気テープ装置、カー
ド・テープリーダ等が考えられる。この風向
WD、風速WSは、このデータに基づき風速の東
西成分Ｗ_EW、南北成分Ｗ_SNが計算しうるものであ
ればよい。径路推定部１１は、予め定められた解
析対象時点（高濃度汚染発生地点Ｘ_A、時刻Ｔ_A）
に到達する大気塊の移流径路Ｌを、気象データ入
力部１０から得られる観測局測定データを基に計
算する。ここで、Ｘ_A＝（ｘ_A，ｙ_A）であり、ｘ
_A，ｙ_Aは後述する汚染物質排出源ｓに関する座標
Ｘ_s＝（ｘ_s，ｙ_s）と原点を同じくする直交座標の
座標値である。またＬは大気塊の各時刻における
位置のベクトルであり、同じく原点を共有する直
交座標上の座標（移流径路点）をその要素とする
ものである。 移流径路Ｌは次の方法で求める。 解析対象地点Ｘ_A＝（ｘ_A，ｙ_A）における時刻
Ｔ_Aの大気塊の移流速度ｕ〓（Ｘ_A，Ｔ_A）を大
気汚染データ観測局での風向、風速値（具体的
には上記Ｗ_EW，Ｗ_SN）から次式で求める。 Ｗ_EW（Ｔ_A），Ｗ_SN（Ｔ_A）：時刻Ｔ_Aにおける
風速の東西成分，南北成分、ここでＭ：観測局
個数xobi，yxbi：ｉ番目の観測局座標。 この移流速度でｘ_A上の大気塊が流れてきた
とし、Δｔ時間前の該大気塊の位置Ｘ（Ｔ_A−
Δｔ）を次式によつて求める。 Ｘ（Ｔ_A−Δｔ） ＝Ｘ_A−ｕ〓（Ｘ_A，Ｔ_A）・Δｔ (1) 但しＸ（Ｔ_A−Δｔ）＝（Ｘ_A（Ｔ_A−Δｔ），ｙ_A
（Ｔ_A−Δｔ））で時刻Ｔ_AにＸ_A上にあつた大気塊
のＴ_A−Δｔ時刻における座標位置を示す。 ついで、地点Ｘ（Ｔ_A−Δｔ）、 時間Ｔ_A−Δｔにおける移流速度 ｕ〓（Ｘ（Ｔ_A−Δｔ），Ｔ_A−Δｔ）を前記式
（０）と同様の計算によつて求め、これをもとに
２Δｔ時間前の大気塊の位置を定める。これを順
次繰り返すことにより、解析対象時点（Ｘ_A，Ｔ
_A）に到達する大気塊の移流径路を求めることが
できる。すなわち、移流径路点列Ｘ（・）は、次
式で求められる。 ここで、Ｎは移流径路計算点数で、径路点間時
間Δｔと、移流径路の全時間Ｔ_Tから次式で与え
られる。 Ｎ＝Ｔ_T／Δｔ (3) 時間Ｔ_Tは任意であるが、汚染濃度変化の日周
期性からみて、最長でも24時間でよい。 径路推定部１１で求めた大気塊の移流径路Ｌ
は、径路上汚染物質排出量推定部１２に与えられ
る。径路上汚染物質排出量推定部１２では、上記
の径路Ｌと、予め調査記録してある排出源（Ｓ）
別、時間（Ｔ）別の汚染物質排出量Ｑ（Ｓ・
Ｔ）、および各Ｓの座標Ｘ_sを入力として、径路Ｌ
上の汚染物質排出源を同定し、あわせて、汚染物
質排出量Qlを求める。例えば、ある径路点Ｌ_iに
ついて考えてみる。この径路点Ｌ_i上の排出源と
は、その径路点座標を中心として、予め定められ
た大気塊の大きさAP内に存在する排出源である
と定義する。そして、この径路点上汚染物質排出
量Ｑ_Liは、径路上排出源Ｓ_Liの排出量の和とし
て、次式で計算する。 Ｑ_Li＝ΣＱ（Ｓ_Li，Ｔ_Li） (4) 以上の手続を各径路点について行うことによ
り、径路点上排出量｛Ｑ（Ｘ_A，Ｔ_A）， Ｑ（Ｘ（Ｔ_A−Δｔ），Ｔ_A−Δｔ），……， Ｑ（Ｘ（Ｔ_A−ＮΔｔ），Ｔ_A−ＮΔｔ）｝が推定で
きる。 径路上汚染物質排出量推定部１２で得られた径
路上汚染物質排出量は、汚染物質濃度推定部１３
の入力となる。汚染物質濃度推定部１３は、移流
径路終端の汚染物質濃度を再帰的演算により推定
する部分である。Δｔ時間の間の大気塊内外の拡
散現象が、ある関数ｆで表わされると仮定する
と、Δｔ時間後の大気塊濃度Ｃ（ｔ＋Δｔ）は、 Ｃ（ｔ＋Δｔ）＝ｆ（Ｋ，Ｃ（ｔ），Ｑ（ｔ），
ｔ） (5) で表現できる。ここでＫは反応パラメータを意味
し、Ｃ（ｔ）は、拡散前の大気塊濃度、Ｑ（ｔ）
は、時刻ｔにおける径路上汚染物質排出量であ
る。この関数ｆとしては、例えば ｆ（Ｋ，Ｃ（ｔ），Ｑ（ｔ），ｔ＋Δｔ） ＝∂／∂ＺKz∂Ｃ（ｔ）／∂Ｚ＋Ｑ（ｔ）−Ｋ_HＣ（ｔ
）(6) が考えられる。ここで、Ｋ_z：垂直拡散係数、Ｋ
_H：水平拡散係数である。このときＫ_z，Ｋ_Hは、
過去の経験値を用いてよい。汚染物質濃度推定部
１３は初期値（Ｉ_v）（移流径路始点での大気塊濃
度）を与えることにより、前記径路上汚染物質排
出量（Ql）を入力として、式(5)を再帰的に解
き、径路終点での汚染物質濃度推定値Ｃ_Sを求め
るものである。このとき初期値Ｉ_vとしては、域
内の各観測点で測定されている実測濃度から空間
的に内挿してもよく、また径路が充分長いか、も
しくは、環境濃度が低い地点から出発するときに
は、零を仮定してもさしつかえはない。この汚染
物質濃度推定部１３で推定された径路終点での濃
度推定値Ｃ_Sは、適合性判定部１４に入り、実測
された濃度C₀と比較される。比較された結果
が、予め定められた誤差範囲Δｃ内にあれば、式
(5)の各パラメータＫが、汚染寄与率算出部１６に
送られ、汚染寄与ベクトルＤが計算される（具体
例に基づく詳細は後述する）。しかし、Ｋは過去
の経験から適宜決められているため、汚染濃度の
推定値と実測値が適合しない場合がある。このと
きには、パラメータＫがパラメータ変更部１５で
変更される。このときは、実測値と推定値の誤差
の程度をみて、最急勾配法等の最適化手法を用い
ればよい。最も簡単には、実測値と推定値の誤差
の符号をみて、Ｋの変更方向を決め、誤差の程度
に応じて、Ｋの変更幅を決めることができる。こ
の適合性判定は、誤差が許容範囲以内にはいるま
で続けられるが、二回目以降のパラメータＫの変
更には、最急勾配法を用いればよい。この場合、
変更ΔＫは次式で得られる。 ΔＫ＝（Ｃ_０−Ｃ_２）・（Ｋ_２−Ｋ_１）／Ｃ_２−Ｃ_１
(7) ここで、C₀は実測濃度、C₁は１回目の試みの
ときの推定濃度、C₂：２回目の試みのときの推
定濃度、K₁，K₂：１回目、２回目のときのパラ
メータ値である。このようにパラメータ変更を行
つた後、再び汚染物質濃度推定部１３で、変更さ
れたパラメータを用いた再帰的計算が行なわれ、
その結果の推定値Ｃ_Sが適合性判定部１４で実測
値と比較される。以上の手続は、比較結果が、許
容範囲に入るまで続けられ、その結果、最終的な
パラメータＫが決定される。 汚染寄与率算出部１６では、以上の手続きで決
定されたパラメータＫをもとに、各径路点と径路
終点（高濃度汚染発生地点）との間の汚染寄与ベ
クトルを作成する。 下記のＤはこの汚染寄与ベクトルの１例であ
る。

【表】

【表】 これは、各径路点に単位量の排出があつたとし
て、式(5)を再帰演算することにより容易に求めら
れる。 以下、パラメータＫから前記汚染寄与ベクトル
Ｄを求める処理を具体的に説明する。 前記径路点１〜Ｘ_Aのうち、最終の径路点Ｘ_Aを
高濃度汚染発生地点としたとき、径路点Ｍ（Ｍ＝
１，…，Ｘ_A−１）に対応したベクトルＤの要素
は、径路点Ｍから汚染濃度０の大気塊に排出され
た単位量（１とする）の汚染物質が移流しながら
前記パラメータＫの割合で拡散してうすめられて
いつたとき径路点Ｘ_Aにおいてどの程度残存して
いるかを示す量、すなわち、径路点Ｍでの汚染発
生が最終の径路点Ｘ_Aの高濃度汚染発生にどの程
度寄与しているかを示す寄与度（以下、Cx^M _Aと
記す）である。 なお、最終の径路点Ｘ_AにおけるベクトルＤの
要素はＸ_A自身の寄与度であり、Ｘ_Aから汚染物質
が排出されていない場合は０になる。 次に、ベクトルＤの各要素を式(5)の連続適用に
よる再帰演算を行なつて求める例を述べる。 まず、式(5)は現時刻ｔにおける大気塊の汚染濃
度Ｃ（ｔ）が、排出された汚染物質量Ｑ（ｔ）に
よりΔｔ時間後にどのように変化するかを表わし
ている。 ここで、Ｑ（ｔ）を単位排出量１，Δｔを単位
時間１として径路点ＭのＸ_Aへの寄与度（Cx^M _A）
を求めるシーケンスにおける式(5)の再帰演算はつ
ぎのようになる。 径路点Ｍで、Ｃ（ｔ）＝０，Ｑ（ｔ）＝１とする
と、Ｃ^Ｍ _Ｍ＝１であるから、 Ｃ^Ｍ _Ｍ＋１＝Ｃ（ｔ＋１） ＝ｆ（Ｋ，Ｃ（ｔ），Ｑ（ｔ），ｔ）＝ｆ
（Ｋ，０，１，ｔ） Ｃ^Ｍ _Ｍ＋２＝Ｃ（ｔ＋２） ＝ｆ（Ｋ，Ｃ（ｔ＋１），１，ｔ） ＝ｆ（Ｋ，ｆ（Ｋ，０，１，ｔ），１，ｔ）
＝ｆ（Ｋ，Ｃ^Ｍ _Ｍ＋１，１，ｔ） 〓 〓 Cx^Ｍ _Ａ＝Ｃ（ｔ＋Ｘ_A−１） ＝ｆ（Ｋ，ｆ（Ｋ，Cx^Ｍ _Ａ−２，１，ｔ） ＝ｆ（Ｋ，Cx^Ｍ _Ａ−１，１，ｔ） このようにして求められた汚染寄与ベクトルＤ
を用いて、前記径路上汚染物質推定部１２で既に
求められている径路Ｌの各排出源毎に高濃度汚染
発生地点での負荷量Ｗおよび寄与率γを次式で計
算する。 Ｗ＝Ｄ・Ｐ (8) γ＝Ｗ／C₀ (9) ここで、Ｗは各排出源毎の汚染負荷量、Ｄは汚
染寄与ベクトルで、大きさは１×Ｎ、ＰはＮ次元
ベクトルで、対象地域の排出源のうち、径路点上
の排出源として同定されたもののみの排出量をそ
の要素としたものである。(8)，(9)式の計算は、対
象地域内の排出源のうち径路点上排出源として同
定された排出源毎に行うことができ、各排出源が
高濃度地点Ｘ_Aの濃度にどの程度の寄与を与えて
いるかが明らかになる。 以上の結果を、帳表等の形で出力すれば、指定
された解析対象地点の高濃度に対する寄与排出源
が同定でき、かつ各排出源別の寄与率も知ること
ができる。 (6) 発明の効果 以上説明したごとく、本発明によれば、任意の
地点の汚染濃度にどのような排出源が、どの程度
寄与するかという汚染発生の因果関係を定量的に
明確化することが可能となる。また実測濃度によ
るパラメータの変更等により、正確な寄与関係が
与えられる。 寄与率算出所要時間も短く、大気汚染規制を弾
力的かつ効果的に行うことができるほか、高濃度
汚染に大きく寄与する排出源を特定できるため、
規制の平等性を保証することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の全体構成を示すブロツク図
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 定時的に、対象地域内の複数カ所で測定され
   る風向、風速データから、高濃度汚染発生地点に
   到達する大気塊の移流径路を推定し、推定した移
   流径路と、対象地域内の排出源の位置情報から移
   流径路上の複数の径路点における排出源を同定
   し、かつ、予め調査し記録してある排出源別の汚
   染物質排出量に基づいて、各径路点での汚染物質
   排出総量を求め、過去の経験から決めらた汚染物
   質拡散パラメータと前記移流径路上の汚染物質排
   出総量から、移流径路終点に対応する前記高濃度
   汚染発生地点での汚染濃度を推定し、推定された
   汚染濃度と、予め実測してある汚染濃度との差分
   値を計算し、該差分値が所定の許容値をこえると
   きには該差分値に応じて前記パラメータを変更し
   て該変更したパラメータにもとづき前記汚染濃度
   を推定する処理を繰返し、前記差分値が許容値以
   下になつたときの前記パラメータを用いて、前記
   移流径路上の排出源毎の移流径路終点における汚
   染濃度への汚染寄与率を算出することを特徴とす
   る大気汚染要因推定方法。