空气质量扩散模式应用及比较研究

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1、空气质量扩散模式应用及比较研究摘要为了加强空气污染防治，改善人们生活环境，增强人民的环保意识，提高城市形象，开展空气质量预测势在必行，采用空气质量预报模式预报空气质量是切实可行办法，而如何恰当的选取模式，准确地选取模式的参数是预报是否准确的关键。本文介绍了空气质量模式的历史发展、空气质量扩散模式的分类及应用，重点对ISC3和CALPUFF模式的应用进行了比较，从而对空气质量扩散模式的应用提出了一些建议。1引言空气污染已经成为世界上许多城市面临的最严重的环境问题之一，强化大气环境管理，防治空气污染及优化空气污染防

2、治措施是城市环境保护的一项紧迫任务。随着城市大气环境管理逐步由定性管理向定量管理转化和由浓度控制向总量控制方向发展[1]，各种污染源空气污染物排放量与环境空气质量之间的定量关系已成为大气环境管理中最为关心的问题之一。以数学方法描述源与环境之间定量关系的空气质量模式，特别是主要以描述大气对污染物的输送、扩散和稀释的空气质量扩散模式的应用为大气环境管理、规划、预测评价提供了坚实的科学基础。不同的空气质量扩散模式的主线基本均为通过对模式输入——输出的响应关系进行定性、定量分析，了解污染源——浓度分布之间的内在关系，从

3、而对空气污染控制策略提供可靠性分析和环境效益分析。而对于一个特定的区域，空气质量模式选择是否合适是计算结果能否可信的前提[2]。通过对空气质量扩散模式计算结果、实测数据之间的对比，得出模拟结果的可信程度以及模式的适用范围。通过模式的参数调整，使模式计算结果的误差和“不确定性”达到最小化，使空气质量模式的实际模拟计算结果和源——受体的响应关系更加符合客观现实。2空气质量扩散模式的综合研究空气质量扩散模式研究方法基本上是在把握城市下垫面特征和气象场特征的基础上，掌握各种类型的污染物排放源资料，进而运用边界层湍流扩散

4、理论及大气化学理论确立污染物迁移、扩散和转化的规律（即建模）[1]。2.1空气质量扩散模式的历史与发展空气质量扩散模式起源于20世纪20年代和60年代美国的欧洲原子能工程和军事工程，此期间主要应用Tayler（1921）的静电统计扩散模式，Sutton（1953）的高斯扩散模式。1962年Pasquill的《大气扩散》的出版以及1968年Slade在原子能会议报告中发表的《气象学和原子能》对空气质量扩散模式的发展起着积极的推动作用。1973年,美国国家环境保护局(USEPA)会同美国国家技术信息中心（NTIS）

5、公布了第一版“大气污染应用模拟用户网”（UNAMAP），其中包括APRAC，CDM等六个大气质量模拟模式，后经1978年、1981年、1983年和1986年的几次修订和增补，模式质量模式计算工作从简单过渡到复杂，从计算地面最大浓度过渡到计算地面浓度分布、了解高浓度出现的地区和范围、发生频率、持续时间，在模式计算时从单点源过渡到多点源、面源、以及点面复合源，从简单的物理传输过渡到可以模拟上百种复杂的化学反应，采用的模式也从箱模式过渡到多箱模式、复合源高斯烟流模式、烟团模式以及数值模式[2]。自78年，经过30多年

6、的发展，空气质量扩散模式基本可分为三代：9第一代模式模拟系统主要考虑个别污染物，在估算下风向的环境浓度时，用的是物理输送算法，这些模式广泛地应用于一次污染物的影响预测和控制措施的优化，代表模式有ISC3与EKMA模式（高斯）等；第二代模式则加入较为复杂的气象参数与反应机制，考虑了光化学反应机理，能够模拟臭氧、SOx,NOx,的化学过程和酸雨的形成，此类模式广泛地应用于二次污染物的影响分析和控制措施的改善，代表模式有CAMx,UAM（欧拉）等[3]；第三代空气质量模式是由美国国家环保局（EPA）于1998年开发成

7、功的，通称为Models-3。为了将所有的大气问题均考虑到模式之中，提出了所谓的一个大气的概念（one-atmosphere），模式将各种模拟分析复杂的大气物理、化学程序的模式系统化，可在一次模拟工作中，完成臭气、悬浮微粒(PM)及沉降作用的模拟，有效的进行较为全面的空气质量环境影响评估及决策分析[4]。2.2空气质量扩散模式分类空气质量扩散模式的分类从某种意义上体现了其发展的历程。随着科学技术的发展，一方面人们对大气扩散理论研究以及污染物的传输、扩散、迁移和转化研究的深入，另一方面，污染物从原来的一次污染物为

8、主向复杂的一、二次污染物混杂的污染形式转化，空气质量模式也随之不断的发展。空气质量模式的种类很多，可以从不同的角度来分类和鉴别其性质。按照模式发展的理论途径，可将空气质量模式分为统计理论模式、K理论（包知高阶闭合）模式和相似理论模式；按照模拟的时间尺度可以分为短期（1～24小时）平均及长期（月、季、年）平均模式；按照污染源的形态可以分为点源、面源、线源、体源及多源或复合源模式等等[5]