AERMOD模型中地表參數(shù)對大氣污染物最大小時(shí)濃度的影響規(guī)律

宋華豐 劉頤婷 徐君妃 潘華

摘要：針對不同高度污染源，研究地表參數(shù)對污染物最大小時(shí)濃度的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：（1）當(dāng)粗糙度增加時(shí)，距低架源350 m外最大小時(shí)濃度先降低后增加；距中等高度源350 m外最大小時(shí)濃度先增加后降低；高架污染源最大小時(shí)濃度逐漸降低。（2）當(dāng)反照率增加時(shí)，距低架源300 m外最大小時(shí)濃度保持不變；距中等高度源300 m外最大小時(shí)濃度先增大再減少最后保持不變；距高架源150～450 m最大小時(shí)濃度逐漸增加，其他范圍內(nèi)保持不變。（3）當(dāng)波文比增加時(shí)，在鄰近低中高度污染源區(qū)域，最大小時(shí)濃度逐漸減小，其他范圍保持不變；高架源最大小時(shí)濃度保持不變。

關(guān)鍵詞：

反照率；波文比；粗糙度；AERMOD；最大小時(shí)濃度

DOI： 10.14068/j.ceia.2015.06.014

中圖分類號：X11；X169文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-6444（2015）06-0057-05

AERMOD模型是我國環(huán)評中應(yīng)用最廣的大氣擴(kuò)散模型之一[1]，包括AERMET氣象預(yù)處理模塊、AERMOD計(jì)算模塊和AERMAP地形處理模塊。其中，在應(yīng)用AERMET氣象預(yù)處理模塊時(shí)，需要3個(gè)地表參數(shù)：反照率、波文比和地表粗糙度[23]。

地表環(huán)境的變化將影響大氣環(huán)境熱量交換、機(jī)械湍流和邊界層的穩(wěn)定性[4]，對大氣污染物在大氣環(huán)境中的擴(kuò)散有著重要影響。丁颯等[5]通過4種土地利用類型來評價(jià)不同地表參數(shù)對AERMOD模型預(yù)測濃度的影響，并提出增強(qiáng)地表參數(shù)波文比、地表反照率和地面粗糙度精確性的建議。王小燕[6]通過AERMOD模型在河西堡化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園的研究，提出地表參數(shù)輸入采用分區(qū)方法可提高地表參數(shù)輸入的準(zhǔn)確性，且分區(qū)方法應(yīng)按照預(yù)測范圍內(nèi)具體地形特征進(jìn)行。呂信紅[7]和回蘊(yùn)珉[8]等考察了AERMOD模型地表參數(shù)對大氣環(huán)評預(yù)測的影響。然而，AERMOD模型中地表參數(shù)對于隨污染源高度和預(yù)測點(diǎn)距離變化的大氣污染物預(yù)測的影響規(guī)律缺少系統(tǒng)研究。本文旨在找出AERMOD模型中地表參數(shù)對不同污染源高度和不同距離的大氣污染物濃度的影響規(guī)律，以期為大氣影響預(yù)測提供參考。

1研究方法及參數(shù)的選取

1.1研究方法

本研究基于某企業(yè)有機(jī)廢氣煙囪非甲烷總烴對周圍環(huán)境的大氣影響分析，在AERMOD模型中根據(jù)污染源高度設(shè)置低、中和高架源，每個(gè)污染源高度沿主導(dǎo)風(fēng)向下風(fēng)向按50～100 m間距設(shè)置8個(gè)預(yù)測點(diǎn)，通過調(diào)整地表參數(shù)（粗糙度、反照率和波文比），考察平坦地形條件下不同距離預(yù)測點(diǎn)大氣污染物最大小時(shí)濃度受地表參數(shù)的影響，從而得到地表參數(shù)對預(yù)測點(diǎn)大氣污染物最大小時(shí)濃度的影響規(guī)律。

1.2參數(shù)選取

1.2.1污染源參數(shù)

污染源分低、中和高架源，煙囪高度分別取值為15 m、25 m和45 m，非甲烷總烴排放速率采用單位速率1 g/s，出口溫度取值為環(huán)境溫度，出口風(fēng)速為3 m/s，出口內(nèi)徑為0.8 m[9]。

1.2.2計(jì)算點(diǎn)參數(shù)

以煙囪為中心，取主導(dǎo)風(fēng)向下風(fēng)向，分別在50 m、150 m、200 m、300 m、350 m、450 m、550 m和600 m位置，共設(shè)置8個(gè)預(yù)測點(diǎn)。

1.2.3地表參數(shù)

模式1：研究粗糙度的影響規(guī)律。以城市土地利用類型為基礎(chǔ)，反照率取值0.207 5，波文比取值1.625，粗糙度依次從0.1增加至1；

模式2：研究反照率的影響規(guī)律。以城市土地利用類型為基礎(chǔ)，波文比取值1.625，粗糙度取值1，反照率依次從0.1增加至0.55；

1.2.4氣象參數(shù)

地表氣象數(shù)據(jù)及探空氣象數(shù)據(jù)均采用杭州市2012年國際氣象交換站數(shù)據(jù)，其中地表數(shù)據(jù)頻次為每天24次，探空數(shù)據(jù)為每天2次，對于部分缺失的數(shù)據(jù)采用線性插值法插值。依據(jù)檢測結(jié)果，杭州2012年全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)。

2結(jié)果與討論

2.1粗糙度的影響規(guī)律

通過AERMOD預(yù)測分析，模式1粗糙度對于污染物最大小時(shí)濃度的影響見圖1～圖3。對于低架污染源（15 m），距源300 m范圍內(nèi)的最大小時(shí)濃度隨粗糙度的增大變化規(guī)律不明顯（圖1a），而距源350 m以外區(qū)域的最大小時(shí)濃度隨粗糙度的增加呈先降低后增加的趨勢（圖1b）；對于中等高度污染源（25 m），距源300 m范圍內(nèi)的最大小時(shí)濃度隨粗糙度的增大無明顯變化規(guī)律（圖2a），距源350 m以外區(qū)域最大小時(shí)濃度隨粗糙度的增加呈先增加后降低的趨勢（圖2b）；對于高架污染源，污染物最大小時(shí)濃度隨粗糙度的增加基本呈逐漸降低的趨勢（圖）。

2.2反照率的影響規(guī)律

模式2反照率對污染物最大小時(shí)濃度的影響見圖4～圖6。對于低架污染源，距源300 m范圍內(nèi)最大小時(shí)濃度與反照率沒有較明顯的規(guī)律（圖4a），距源300 m以外的區(qū)域最大小時(shí)濃度隨反照率的變化保持不變（圖4b）；對于中等高度污染源，距源300 m范圍內(nèi)最大小時(shí)濃度與反照率沒有較明顯的規(guī)律（圖5a），距源300 m以外的區(qū)域最大小時(shí)濃度隨反照率的增加呈現(xiàn)先增大后減少最后不變的趨勢（圖5b）；對于高架污染源，在距源150～450 m，最大小時(shí)濃度隨反照率的增加而增加，在其他預(yù)測范圍內(nèi)，最大小時(shí)濃度隨反照率的增加基本保持不變（圖6）。

2.3波文比的影響規(guī)律

模式3波文比對污染物最大小時(shí)濃度的影響見圖7～圖9。對于低架污染源，在鄰近污染源的區(qū)域（50 m），污染物最大小時(shí)濃度隨波文比的增加而減小，在其他預(yù)測區(qū)域，污染物最大小時(shí)濃度隨波文比的增加而保持不變（圖7）；對于中等高度污染源，在鄰近污染源的區(qū)域（50 m和150 m），污染物最大小時(shí)濃度隨波文比的增加而減小，在其他預(yù)測區(qū)域，污染物最大小時(shí)濃度隨波文比的增加而保持不變（圖8）；對于高架污染源，在預(yù)測范圍內(nèi)，污染物最大小時(shí)濃度隨波文比的增加基本保持不變（圖9）。

3結(jié)語

本文針對不同高度的污染源，通過假定地表參數(shù)中任意兩個(gè)參數(shù)不變，改變另一個(gè)參數(shù)的方法，研究地表參數(shù)對污染物最大小時(shí)濃度的影響規(guī)律。本研究中，部分地表參數(shù)組合在實(shí)際中并不一定存在，所得到的模擬結(jié)論僅代表數(shù)值分析結(jié)果。研究得到，粗糙度對低架源300 m范圍內(nèi)的預(yù)測點(diǎn)影響不明顯，對其他范圍有較大影響；反照率對低架源300 m外的預(yù)測點(diǎn)以及高架源150 m范圍內(nèi)、450 m范圍外的預(yù)測點(diǎn)影響不明顯，對其他范圍有較大影響；波文比對低架源50 m外的預(yù)測點(diǎn)、中等高度污染源150 m外的預(yù)測點(diǎn)以及高架源所有范圍的預(yù)測點(diǎn)影響不明顯，對其他范圍有較大影響。綜上所述，環(huán)評中采用AERMOD模型進(jìn)行預(yù)測分析時(shí)，應(yīng)提高地表參數(shù)選擇的準(zhǔn)確性，減少因環(huán)評中大氣影響錯(cuò)誤預(yù)測分析導(dǎo)致個(gè)別敏感點(diǎn)超標(biāo)或局部小范圍超標(biāo)，從而做出錯(cuò)誤的環(huán)評結(jié)論。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1]環(huán)境保護(hù)部. HJ 2.2—2008 環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境[S]. 北京： 中國環(huán)境科學(xué)出版社， 2009.

[2]U.S. Environmental Protection Agency. EPA-454/B-03-001 Users guide for the AMS/EPA regulatory model – AERMOD[S]. North Carolina： U.S. Environmental Protection Agency. 1998：

[3]U.S. Environmental Protection Agency. EPA-454/B-03-002 Users guide for the AERMOD meteorological preprocessor （AERMET）[S]. North Carolina： U.S. Environmental Protection Agency. 2004.

[4]樸美花， 劉壽東， 王詠薇， 等. 夏季太湖表面輻射和能量通量特征觀測分析[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程， 2014， 14（19）： 16711815.

[5]丁颯， 丁業(yè)， 孔杉， 等. 地表參數(shù)對AERMOD模型預(yù)測濃度精確度的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2011， 39（34）： 2122121223， 21313.

[6]王小燕. AERMOD在區(qū)域大氣環(huán)評中的應(yīng)用研究[D]. 蘭州： 蘭州大學(xué)， 2013.

[7]呂信紅. 大氣環(huán)評預(yù)測模式之AERMOD應(yīng)用研究[D]. 揚(yáng)州： 揚(yáng)州大學(xué)， 2011.

[8]回蘊(yùn)珉， 許鳳霞， 許建軍. AERMOD模式在大氣環(huán)境影響評價(jià)中的實(shí)例研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理， 2012， 37（7）： 183187，191.

[9]De WISPELAIREV C， SCHMEIER F A， GRLLANI N V. Air Pollution Modeling and Its Application[M]. New York： SpringerVerlag New York Inc.， 1986.