AERMOD在环境影响评价中的应用

大气评价软件 Aermod 可视化软件 淘宝搜索 大学副教授大学副教授 32 HENAN CHEMICAL INDUSTRY 2010 年 3 月 第 27 卷 第 3 期 下 浅析 AERMOD 在环境影响评价中的应用 龚慧娟 福建华大环保工程有限公司 福建 泉州 362021 摘要 随着世界环境的日益破坏 温室效应的逐渐显著 越来越多的人开始关注大气环境的质量 其中 大气环境影响预测是实 施大气环境保护合理措施的重要环节 目前 国内主要使用的大气预测模型包括 EIAA ADMS AERMOD CALPUFF 等 而 AERMOD 模型在大气环境影响预测中起到了广泛的应用 文章为了进一步深入了解 AERMOD 模型 并推广其应用 在简要分析其 基本理论知识的基础上 对其实际应用范围 应用过程及应用特点进行分析 关键词 AERMOD EIAA 环境影响评价 中图分类号 V216 5 文献标识码 B 文章编号 1003 3467 2010 06 0032 02 AERMOD 模型由美国国家环保局联合美国气象学会组建 美国法规模式改善委员会 AERMIC 开发 AERM IC 的目标是 开发一个能完全替代 ISC3 的法规模型 应用最新的扩散理论和 计算机技术更新 ISC3 计算机程序 20 世纪 90 年代中后期 美国法规模式改善委员会在美国国家环境保护局的财政支持下 成功开发出 AERMO 扩散模型 1 AERMO 系统组成及应用范围 AERMOD 模式系统包括 AERMOD 大气扩散模型 AERMET 气象数据预处理器 和 AERMA 地形数据预处理器 AERMET 的尺度参数和边界层廓线数据可以直接由输入的现场 观测数据确定 也可以由输入的 NW S 国家气象局 的常规气象 资料生成 尺度参数和边界层廓线数据经过设于 AERMOD 模 式系统中的界面进入 AERMOD 模型后 给出相似参数 同时对 边界层廓线数据进行内插 最后 将平均风速 湍流量 温度梯 度 dT d2 及边界层廓线等数据输入扩散模式 并计算出浓度 AERMOD 模式系统流程如图 1 所示 1 图 1 AERMOD 模式系统流程图 AERMOD 模式系统以扩散统计理论为出发点 假设污染 物的浓度分布在一定程度上服从高斯分布 它可用于多种排放 源 包括点源 面源和体源 的排放 也适用于乡村环境和城市 环境 平坦地形和复杂地形 地面源和高架源等多种排放扩散 情形的模拟和预测 为了便于对其了解 其详细系统组成及应用 范围如表 1 所示 2 表 1AERMOD 模型系统组成及应用范围 式 2 AERMOD 应用过程分析 2 1 气象资料 AERMOD 模型系统中包含一个 AERMET 气象数 据预处理器 可将常规的气象观测数据处理成 AER2 MOD 大气 扩散模型所需的数据格式 运行 AERMOD 模型系统所需的气 象数据包括地面气象数据和探空数据 其中地面气象数据输入内 容主要为全年逐日逐时的风速 风向 气温 干球 湿球温度 云层覆盖率和云底高度等 探空数据输入内 容主要为位势高度 气压 气温 露点 风速和风向 地面和探 空气象数据经 AERMET 处理生成两个文件 地面气象数据文件 SFC 和探空廓线据文件 PFL 其中地面气象数据文件包 括 Monin 一 0buhov 长度 表面摩擦速度 表面流 混合层 高度 温度 对流速度尺度 风速 风向和位温梯度等边界层 参数 探空廓线数据文件包括位势高度 温度 风向 风速 水 平向及垂直向湍流脉动量等参数 鉴于国内气象观测数据不甚 规范 部分数据不能满足 AERMET 处理的要求 需对输人数据进 行适当修正和补充 气象数据处理的正确与否直接影响后续 AERMOD 大气扩散模型的结果 2 2 地形资料 AERMOD 模型系统包含 AERMAP 地形预处理 器 可使用网络化地形数据计算预测点的地形高度数据 AERMAP 输入的地形参数包括评价区域网格点或任意点的地理 坐标 评价区地形高程数据文件 数据经 AERMAP 运行后生成 AERMOD 大热气扩散模型所需的网格点或任意点的高度尺度 地形高程 2 3 污染源参数 AERMOD 模型系统处理的污染源包括点源 面源 体源和线源 模型系统预测时所需输入的污染源参数主要 包括 点源 排放速率 烟气温度 烟囱高度 烟囱出口烟气排放速 率 烟囱出口内径和烟囱地理位置坐标 规则形状面源 排放速率 面源的高度 长度 宽度和方向 角 面源顶点地理位置坐标 项目 AERMOD 模型系统 模型组成 AERMET 气象数据预处理器 AERMAP 地形数据预处理器 AERMOD 大气扩散模型 对流边界层扩散模 稳定边界层 SBL 扩散模式 地形影响公式 混合层顶处理 烟羽抬升到混合层顶部 采用部分反射 部分 穿透 穿透部分又部分返回 混合层高度对流混合层 稳定边界层 边界层参数 摩擦速度 莫宁 奥霍夫长度 对流速度尺 度机械和对流混合层高度 热通量 扩散参数和大气稳 定度 按空气湍流结构和尺度概念 湍流扩散有参 数化方程给出 扩散参数 稳定度有 连续参数表示 复杂地形处理 提出临界分界线 将简单和复 杂地形一体化 建筑物下洗 当烟囱高度小于建筑高度的 2 5 倍时 考虑建筑物的下洗作用 不稳定条件下的垂 采用非正态高斯概率密度函数 PDF 表示 直扩散 化学反应有 应用范围点源 面源和体源 河南化工 2010 年 3 月 第 27 卷 第 3 期 下 H ENAN CHEMICAL INDU STRY 33 不规则形状面源 排放速率 高度 面源多边型点数 烟羽初始 高度和面源多边型定点的地理位置坐标 体源 排放速率 高度 体源初始长度 初始宽度和体源顶点地理位 置坐标 线源 将线源处理成一个个微小的体源 2 4 参数选择 AERMOD 模型系统中各类预测参数均由该模型根 据输入的气象 地形和污染源数据 自动选择计算 2 5 输出内 容 由于 AERMOD 模型系统输入的资料经该模型系统预测可得 到更多的计算结果 包括预测范围内各网格点的浓度值 敏感区 域的浓度值分布以及预测范围内污染物浓度等值线图 该模型 系统输出的浓度值包括年均值 日均值和小时值 还可输出逐日 逐时污染物浓度值 输出的等值线图包括年均值 日均值 小时 值 3 种类型 此外 该模型系统还可对预测结果中最高的几个浓 度值的出现时间和出现位置等进行排序 同时 该模型系统还可 输出污染物浓度超过相应环境质量标准的预测点浓度 出现时 间 位置等 2 6 预测结果可信度 AERMOD 模型系统作为新开发的模型 虽 然其中存在一些小缺陷 但在小范围预测的精准性是其他模型不 能比拟的 相关实例表明 SO2 NO2 预测浓度值与现状测值的 比值在 0 5 2 0 的频率分别为 64 3 85 7 结果表明 AERMOD 模型系统对究区域污染扩散模拟具 有较好的实用性和可信度 3 AERMO 应用的优缺点分析 3 1 模型在应用方面的优点 1 输入输出简洁明 用于控制 AERMET 及 AERMOD 运行的 Inp 参数文件语法简洁 相关控 制参数简单明了 其中涉及到模型计算参数的选择精炼规范 避 免了用户使用时主观因素的影响 2 输出文件和格式灵活多 样 便于制图该模型能按用户需要 一次计算同时输出多种格式 和要求的文件 如输出小时浓度 日均 季均 年均不同保证率 的浓度值 以及不同污染源的影响值 预测区各点最大浓度值等 等 若配合相关软件 如 Excel Surfer 和 Arcview 等 后期 分便和快捷 3 模型预测结果准确度 精确度较高 3 2 模型在应用方面的缺点 1 应用局限性 AERMOD 模式 虽然以最新的大气边界层和大气扩散理论为基础 但是 AERMOD 扩散模式只是在地面与上部逆温层对污染物全反射 污染物质性质保守的前提下才能使用 在小风条件下不适用 AERMOD 模式的对流边界层的湍流结构和扩散相当成熟 且与 观测事实吻合的较好 然而 在稳定条件下 大气边界层实际上 一直处于不断的演变中 不但边界层的深度一直在演变 而且湍 流特征也一直处于变化中 目前 在扩散计算中 AERMOD 模式 一直都难于反应这种特征 稳定边界层湍流存在一种突发现象 这种湍流就像脉冲一样 会突然发生 持续很短时间 又迅速消失 这种突发的湍流 会将高处的污染物带到地面 此外 当风速不 高时 大气的背景湍流较弱 而大气的波动 地形效应起着重要 作用 在稳定条件下 还会出现低空急流 可见 稳定边界层的 湍流特征 实际比对流边界层复杂的多 目前 AERMOD 还不能 从理论和数学上精确地描述稳定边界层 稳定边界层的缓慢变 化如何在扩散模式中体现 是 AERMOD 空气质量模式所关注的 课题 2 部分气象资料获取不易 根据模型要求 AERMET 须 输入与地面观测数据同步的高空气象参数 否则对预测结果会有 一定的影响 但目前国内各城市的高空探空数据非常缺乏 各气 象部门所能提供的同步气象观测的探空数据很少 即使有部分探 空数据 也很难得到全年的实测数据 目前国家环境保护总局环 境质量模拟重点实验室正在着手利用高性能集群计算机及 MM5 气象模拟系统模拟全国范围内 30km 30 km 分辨率的 5000m 以下逐日探空气象数据 若该项工作实施成功 将能解决 国内大气预测探空气象数据不足的问题 极大地推动 AERMOD 模式系统在我国环境影响评价工作中的应用 4 结语 由于 AERMOD 环境评价预测模型