研究区域地处东江湖流域，包括桂东、汝城、宜章三县和资兴市。其三县一市均属国家级重点生态功能区，是湖南省生态环境质量较好的地区。

研究区域总面积8 705.02 km²，2019年生产总值666.22亿元，常住人口151.69万人。研究区域多山，生态本底较好，但地处湖南省马蹄形地形的底部，环境空气扩散条件不佳。区域产业发展相对落后，污染物排放量小，环境空气质量较好，2019年桂东、汝城、宜章和资兴三县一市PM_2.5年均浓度分别为22、26、31和33 μg/m³，均达到了环境空气质量二级标准，桂东县更是长期排名湖南省县域环境空气质量第一。该区域2015年就开展了生态红线制度建设改革工作相关探索，先行先试划定了生态保护红线、环境质量底线，在生态环境分区管控方面积累了一定的实践经验。

根据“三线一单”管控分区思路，对研究区域进行大气环境管控分区划分，见表1^[10]。

表1可知，大气环境总体上分为优先、重点和一般3类管控区，其中优先保护区主要包括自然保护区、风景名胜区等环境空气质量一类功能区，重点管控区又根据不同的管控方向分为受体敏感、高排放、布局敏感和弱扩散4类，其他区域为大气环境一般管控区。各分区划定技术路线，见图1。其中，大气污染物扩散模拟是联系气象条件、污染物排放格局和环境敏感目标的中枢，是大气环境管控分区的核心。

研究使用WRF-CALPUFF耦合模型来实现大气污染物扩散与迁移转化模拟^[11-12]。WRF（Weather Research and Forecasting Model）是目前应用最广泛的中尺度天气预报模式，该模式是美国环境预测中心（NCEP）和美国国家大气研究中心（NCAR）等联合研发的一种统一的气象模式，广泛应用于天气预报预测、气候模拟和环境空气质量模拟，在本文的研究中主要用于生成研究区域模拟时段的气象场^[13]。CALPUFF模型属于非定场三维拉格朗日烟团输送模式，主要用于模拟污染物在大气三维流场中的输送、转化和清除过程^[14-16]，适用于从50到几百公里范围内的模拟尺度^[17-18]。考虑到研究区域尺度较小，PM_2.5年均浓度已经达到二级标准，复合型大气污染不是影响区域环境质量的主导因素，在区域污染物排放水平总体呈下降趋势的前提下，该方法计算速度快，模拟空间分辨率高^[19-20]。WRF到CALPUFF气象数据的传递通过CALWRF模块实现^[12]。

模拟网格划分。将研究区域划分为3 km×3 km的网格。将研究区域及周边人口密度较高的区域、执行环境空气质量一类标准的区域和大气环境质量监测站点作为环境质量关注点，用来评估虚拟点位排放对区域环境质量的影响。研究区域共设置48处环境空气质量关注点，网格划分与关注点分布，见图2。

气象场模拟。使用WRF模型，对研究区域2019年1、4、7和10月气象场进行模拟。气象场模拟区域采用UTM投影坐标，模拟区域中心点坐标为112.593°E，27.073°N，气象场模拟采用3层嵌套，最外层网格分辨率为27 km，第2层网格分辨率为9 km，最内层网格分辨率为3 km，气象场模拟区域，见图3。

本研究过程中收集了再分析数据以及区域气象站的观测数据对模拟结果进行参数同化和校验。使用WRF得到区域初始气象场后，在CALWRF模块的支持下，得到研究区域气象数据并作为参数输入CALPUFF。

污染物扩散模拟。污染物扩散模拟包括污染源布局敏感性分析和污染物聚集敏感性分析两方面^[21]。首先将研究区域三县一市所在的格点网格设置为虚拟点源，逐一分析965个虚拟点源对48处环境空气质量关注点的污染影响（以污染物落地浓度计）；取48个关注点的最大落地浓度值标记为该源的敏感性评价值。在试点区域及周边一定范围内等距离设置虚拟点源，虚拟点源间隔为9 km×9 km，共设置26×26个虚拟点源，模拟各虚拟点源同时排放等量污染物时，环境空气质量的空间分布情况，即污染源在空间上均匀分布时，污染物的空间聚集情况，并以此来表征污染物聚集敏感性。污染物扩散模拟虚拟点源，见图4。

大气环境优先保护区、大气环境受体敏感重点管控区和大气环境高排放重点管控区依据表1的原则结合区域发展现状和规划确定边界范围。

大气环境布局敏感重点管控区、大气环境弱扩散重点管控区分区过程涉及大气流场与污染物扩散模拟，需要借助WRF-CALPUFF模式^[22]进行。根据大气环境污染源布局敏感性分析结果，同等排放情况下，对关注点大气环境污染贡献值大的区域识别为布局敏感区，该类区域主要位于评价单元的主导上风向地区及大气环流通道，在此布局污染源对人口密集区、大气环境功能一类区等影响较大^[23-24]。根据大气环境聚集敏感性分析结果，将污染物均匀排放情况下，污染物空间聚集的区域识别为弱扩散重点管控区^[25]。该区域污染物扩散条件不佳（如山谷、河谷和盆地等区域），污染物易聚集，不适宜布局城镇等人口密集区域^[26]。将模拟取得的网格(点位)数据结果进行空间插值，得到评估区域大气源头布局敏感性、大气聚集敏感性评价结果栅格，并对栅格按照自然断点法分为3级，分别提取极敏感区(第一级)作为大气环境布局敏感重点管控区、大气环境弱扩散重点管控区。

地形数据使用研究区域1∶25万地形图生成，土地利用数据使用研究区域国土调查数据生成，并将相关栅格数据转换成CALPUFF能够识别的格式。研究区域初始气象场采用美国环境预报中心(NCEP)的FNL再分析数据。

本研究主要考虑工业点源布局对区域尺度环境质量的影响，因此布局敏感性分析、聚集敏感性分析都布设虚拟高架点源进行模拟计算，以污染物浓度评估敏感性。大气污染布局敏感性、聚集敏感性评价结果，见图5。

布局敏感性965个虚拟点源排放参数均设置为烟囱高度210 m，烟囱内径7.2 m，烟气出口温度383.15 K，烟气出口速度25 m/s（取研究区域内某火电厂污染物排放参数），分别模拟SO₂、NO_x 、烟粉尘排放速率为317 g/s(年排放1万t)、475.5 g/s(年排放1.5万t)、95.1 g/s(年排放0.3万t)时965个点源排放对分析区域48处敏感受体的影响。以48个点位SO₂、NO_x 、PM₁₀、PM_2.5 4项污染物的地面浓度最大值来表征布局敏感性，将各污染因子的敏感性程度进行综合并插值生成研究区域布局敏感性评估结果。将插值生成的评估结果按照自然断点法分成3类，取敏感值最高的类作为污染源布局敏感区。布局敏感性模拟与分区，见图5a)。研究区域污染源布局敏感区总面积879.50 km²。研究区域大气环境布局敏感区主要分布在三县一市中心城区（设置有环境空气质量关注点）上风向较近的区域。如资兴市常年主导风向为偏北风，夏季盛行南风，冬季盛行北风，模式识别的大气环境布局敏感区也呈南北纵向分布，集中分布在资兴市东江街道、三都镇。汝城县常年主导风向为东偏北，布局敏感区也分布在县城东偏北约10 km区域，包括汝城县田庄乡、集益乡等。桂东县主要分布在县城西偏北四都镇，宜章县则集中分布于县城西北部麻田镇、梅田镇。

在研究区域及其周边共设置26×26（间隔9 km，共计676个）的虚拟点源，聚集敏感性分析每个虚拟点源排放参数与布局敏感性分析保持一致。以三县一市965个网格点中心的4项污染物落地浓度表征该格点的污染物聚集敏感程度；同样将聚集敏感性评价因子进行综合并插值生成聚集敏感性评价结果。将插值结果分类后提取污染物聚集敏感区，聚集敏感性模拟与分区，见图5b)。研究区域污染物聚集敏感区总面积468.20 km²。污染物聚集敏感区集中分布在长乐水河道两侧谷地，包括宜章县天塘乡、笆篱乡、一六镇、岩泉镇和栗源镇等，以及东江水系河谷，主要包括资兴市兴宁镇部分区域。

研究区域有3处自然保护区，分别是莽山国家级自然保护区、八面山国家级自然保护区和狮子口省级自然保护区；研究区域有两处风景名胜区，分别是东江湖风景名胜区和热水汤河风景名胜区；上述两类区域面积总计728.06 km²，执行环境空气质量一级标准，划入大气环境优先保护区。

研究区域现状城市建成区(县城)和乡镇区为人口密集区域，识别为受体敏感区，研究区域共有80个受体敏感区图斑，总面积196.41 km²。研究区域工业园区和工业聚集区识别为高排放区，区域有23个高排放区图斑，总面积73.99 km²。

按照优先保护区>受体敏感区>高排放区>布局敏感区>弱扩散区的优先次序，将各类分区识别结果进行叠加，各分区在空间上存在重叠时，归入优先次序靠前的分类。研究区域各类分区识别结果存在重叠情况，在大气环境管控分区和管控规则制定过程中需要重点关注。

由于前期规划管控等原因，产业聚集区与人口聚集区交错分布，导致研究区域高排放区与受体敏感区有6.5 km²重叠区域；重叠区域纳入了受体敏感区，但制定管控政策时仍应关注高排放区的环境管理要求。研究区域布局敏感区与优先保护区有47.66 km²的重叠区域，涉及资兴市东江街道、清江镇，汝城县集益乡和热水镇，桂东县青山乡、四都镇和寨前镇；重叠区域划入优先保护区，涉气环境管控上要求会更严格。研究区域布局敏感区与受体敏感区有61.94 km²的区域重叠，涉及资兴市东江街道、唐洞街道和三都镇，宜章县玉溪镇、梅田镇，重叠区域纳入受体敏感区，在制定管控要求时互有侧重，应兼顾两类区域的环境管理要求，同时也需要重点关注低矮源和面源排放对周边的影响。研究区域布局敏感区与高排放区有31.48 km²的区域重叠，重叠区域划入高排放区，但此类重叠区域管控要求存在较大冲突，应严格落实高排放区不得超环境容量引入涉气排放企业，区域已经存在的排放量大，对环境质量影响严重的企业应考虑退出。弱扩散区与优先保护区有2.13 km²的重叠区域，位于资兴市兴宁镇；划入优先保护区；弱扩散区与受体敏感区有17.42 km²重叠区域，分布于汝城县卢阳镇，宜章县一六镇、天塘镇、笆篱镇、岩泉镇和栗源镇等区域；重叠区域划入布局敏感区，应重点关注区域内空气质量变化及其对区域人群的影响。弱扩散区与布局敏感区有0.96 km²重叠，制定管控政策时应互有侧重。

依照原则形成区域大气环境管控分区结果，并对分区过程中产生的小图斑进行聚合处理，分区结果，见图6和表2。

表2可知，研究区域大气环境优先保护区面积为731.67 km²（较聚合前增加，增加区域为自然保护地内的天窗，区域面积小，一并纳入优先保护区，对大气污染实施优先保护），占区域总面积的8.41%；重点管控区总面积1 457.84 km²，占区域总面积比例为16.75%；一般管控区面积6 515.51 km²，占区域总面积比例为74.85%。优先保护区、布局敏感区、高排放区和受体敏感区在各县市都有分布，汝城、桂东两县没有弱扩散区。

根据各分区的划定原则和分区特征，确定研究区域各大气环境分区的管控策略。大气环境优先保护区应禁止新、扩建污染源，现有源改建时执行一级标准；不符合现有管控政策的企业应退出。大气环境重点管控区又细分为4类，其中：大气环境受体敏感重点管控区应制定空气质量达标计划（针对不达标区域），并根据环境空气质量状况制定削减方案；严格控制污染物排放总量，对商用民用锅炉实施严格管控，对低矮源、无组织排放源加强监管；鼓励集中供热；禁止在城市建成区新建大气污染严重的企业（或新增产能）；禁止在人口集中地区和其他依法需要特殊保护的区域内焚烧产生有毒有害烟尘和恶臭气体的物质。大气环境高排放重点管控区应对重点行业污染物实施总量控制；严格环境准入，严格落实大气污染物达标排放、环境影响评价、排污许可等各项环境保护制度；开展清洁生产技术改造。大气环境布局敏感重点管控区应限制涉气园区、重点企业布局；已经存在的影响区域环境质量的企业应制定退出时间表。大气环境弱扩散重点管控区应限制涉气园区、重点企业布局；控制区域人口聚集，不进行大规模城镇化工业化开发。大气环境一般管控区应落实大气环境管控基本要求，确保区域环境空气质量达标。

本研究提出了一种县域区域尺度大气环境分区管控方案划定的技术路线，并使用WRF-CALPUFF耦合模型，对郴州市东江湖流域三县一市大气环流特征进行了分析，识别了污染源布局敏感区和污染物聚集敏感区。结合区域保护地规划、城市建设现状与规划、产业园区规划等，提出了研究区域大气环境分区管控方案。该方案对三县一市确定环境综合分区管控方案，制定国土空间规划都有一定的指导意义。WRF-CALPUFF耦合模式能在基础数据有限的情况下对区域尺度大气环流特征进行模拟分析，有效支撑“三线一单”大气环境管控分区相关技术工作。与WRF-Chem、CMAQ、CAMx等模式相比，具有操作简便，计算速度快等技术优势，有一定的推广应用前景。

研究区域三县一市优先管控区、重点管控区累计占比达到了25.15%，区域四分之一的国土空间在进行开发利用的过程中，应重点关注环境空气因素的影响，识别其分区属性并落实相关管控要求。

在划定大气环境管控分区的过程中，由于各类功能区存在重叠，导致部分管控要求可能被忽视。如资兴市高排放区与布局敏感区存在较大面积的重叠，但该区域已经开发建成产业园区，由于布局敏感区优先级靠前，以致该区块划定为布局敏感区。该区域在制定管控清单时，应根据环境质量目标提出特定管控要求，对现有产业园区大气污染物排放量进行科学合理管控。