AERMOD與CMAQ模式在園區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)大氣顆粒物濃度預(yù)測中的運(yùn)用對比

郭朋恒 李麗珍 張文宇 卿小燕 梁華孝

摘 要：AERMOD模型及CMAQ模式均可實(shí)現(xiàn)對大氣顆粒物濃度的預(yù)測，其中AERMOD模型以預(yù)測點(diǎn)源和小型面源為主，也可通過設(shè)置矩陣實(shí)現(xiàn)對片區(qū)多個(gè)污染源的預(yù)測，CMAQ模式則適用于更大尺度空間模擬。對于規(guī)模較小的工業(yè)園區(qū)，兩種模式均可達(dá)到預(yù)測效果。本文以昆明市?？诨@區(qū)為例，分別采用這兩種模式對顆粒物（PM10）濃度分布進(jìn)行預(yù)測，對結(jié)果進(jìn)行對比分析，提出各自優(yōu)勢及特點(diǎn)，為園區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)大氣模擬提供更多拓展思路。

關(guān)鍵詞：AERMOD；CMAQ；園區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)；大氣預(yù)測

中圖分類號(hào)：X82文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1673-9655（2024）01-00-05

0 引言

AERMOD全稱AMS/EPA REGULATORY MODEL，是由美國氣象協(xié)會(huì)和美國環(huán)保署聯(lián)合開發(fā)的大氣模擬預(yù)測法規(guī)模式； CMAQ全稱Community Multiscale Air Quality，是美國環(huán)保局開發(fā)的第三代空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)和評(píng)估系統(tǒng)（Models-3）的核心組成之一。AERMOD模型及CMAQ模式均可實(shí)現(xiàn)對大氣顆粒物濃度的預(yù)測，其各自均有優(yōu)勢，其中AERMOD模型也是我國《HJ/T 2.2—2008環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則——大氣環(huán)境》[1，4]推薦模型之一，能夠有效模擬點(diǎn)源、線源、面源、體源等排放的污染物在短期、長期的濃度分布[2]。CMAQ模型能夠更準(zhǔn)確地模擬對流層內(nèi)污染物的生消變化，例如大氣顆粒物污染、光化學(xué)煙霧、酸沉降以及能見度等[4，10]。規(guī)劃園區(qū)通常污染源構(gòu)成眾多、復(fù)雜，通過研究AERMOD與CMAQ模式在園區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)中的應(yīng)用，分析其優(yōu)勢、劣勢，對于有效優(yōu)化園區(qū)大氣預(yù)測模擬工作具有積極意義。在開展?？诨@區(qū)規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)過程中，分別采用AERMOD與CMAQ兩種模式對區(qū)域顆粒物、臭氧濃度進(jìn)行了模擬預(yù)測，其中AERMOD模式采用了多邊形矩陣設(shè)置污染源分布。通過模擬預(yù)測發(fā)現(xiàn)，在此園區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)中，兩種模式預(yù)測結(jié)果偏差不大，即在合理設(shè)置預(yù)測參數(shù)及條件情況下，兩種模式均可運(yùn)用；而實(shí)際運(yùn)用過程中，基于不同模式獲取參數(shù)條件差異，在進(jìn)行相關(guān)研究時(shí)，可根據(jù)不同情況分別選取。

1 研究區(qū)概況

1.1 園區(qū)基本情況

昆明?？诠I(yè)園區(qū)位于昆明市西山區(qū)?？?，距昆明主城40余km，是云南省政府確定的省級(jí)重點(diǎn)工業(yè)園區(qū)，總規(guī)劃面積為32.34 km2，2022年海口工業(yè)園區(qū)規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值完成209.69億元；財(cái)稅收入超2億元，該園區(qū)2022年入選云南省第二批化工園區(qū)[5]，化工園區(qū)認(rèn)定面積3.33 km2[6]。研究區(qū)為昆明地區(qū)較為成熟的磷化工產(chǎn)業(yè)片區(qū)，現(xiàn)已有磷化工企業(yè)20余家，且部分為地區(qū)重點(diǎn)龍頭企業(yè)。本次規(guī)劃功能定位：磷化工和精細(xì)化工集群產(chǎn)業(yè)區(qū)，以重大磷化工項(xiàng)目建設(shè)為契機(jī)，加快磷化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)換代和發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，提高資源利用率和附加值，重點(diǎn)發(fā)展食品級(jí)、醫(yī)藥級(jí)、電子級(jí)精細(xì)磷化工高端產(chǎn)品[6]。規(guī)劃區(qū)地理位置及分布如圖1。

1.2 大氣污染源分析

園區(qū)入駐化工相關(guān)重點(diǎn)企業(yè)12家，擬入駐化工企業(yè)7家，建材等其他類型企業(yè)16家[7]。磷化工企業(yè)涉及磷礦石、黃磷、磷肥、氟化物、磷石膏處理及綜合利用等，生產(chǎn)過程涉及的主要化學(xué)品包含磷酸、鹽酸、硫酸、堿等；本次大氣污染源強(qiáng)核算統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采用已入駐企業(yè)排污許可證載明總量、擬入駐企業(yè)主要采用項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)預(yù)測總量，遠(yuǎn)期規(guī)劃項(xiàng)目新增量采用單位面積污染負(fù)荷量進(jìn)行推算。經(jīng)核算，規(guī)劃園區(qū)顆粒物總量如表1所示。

2 預(yù)測參數(shù)

2.1 AERMOD模式

2.1.1 氣候特征

區(qū)域?qū)俦眮啛釒У途暩咴撅L(fēng)氣候區(qū)，其主要?dú)夂蚯闆r統(tǒng)計(jì)如表2。

2.1.2 氣溫

選取區(qū)域2020年各月平均溫度進(jìn)行分析，溫度月變化情況見圖2。

2.1.3 四季風(fēng)玫瑰

區(qū)域主要風(fēng)向?yàn)镹、SW、WSW、W，占42%，靜風(fēng)頻率為7.57%。全年及四季風(fēng)頻玫瑰見圖3。

2.1.4 風(fēng)速月變化及季變化特點(diǎn)

區(qū)域3月風(fēng)速最大，11月份風(fēng)速最低。其月變化情況如圖4所示。

2.2 CMAQ模式

2.2.1 模擬范圍

本次模擬采用蘭伯特（Lambert）投影方式，中心點(diǎn)經(jīng)緯度北緯24.8°，東經(jīng)102.5°。本次模擬采用四層網(wǎng)格嵌套，模擬范圍見圖5，D01覆蓋中國西南區(qū)域，D02主要覆蓋昆明市及周邊城市，D03主要覆蓋昆明市，D04主要覆蓋項(xiàng)目所在區(qū)域，四層網(wǎng)格分辨率分別為27 km、9 km、3 km、1 km。垂直共分為32層，最高層為100 hpa。

2.2.2 模擬參數(shù)

本次模擬參數(shù)設(shè)置見表3。

2.2.3 地形及地表參數(shù)

（1）FNL全球再分析數(shù)據(jù)

本次模擬邊界場和初始場數(shù)據(jù)采用美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）提供的FNL全球格點(diǎn)分析數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)為1°×1°網(wǎng)格，分析時(shí)間間隔為6 h。

（2）地形數(shù)據(jù)

WRF地形和地表類型數(shù)據(jù)采用美國地質(zhì)調(diào)查局USGS全球數(shù)據(jù)。

3 預(yù)測結(jié)果

兩種模式下分別選取26個(gè)預(yù)測點(diǎn)進(jìn)行濃度預(yù)測，其結(jié)果見表4。

兩種模式的預(yù)測結(jié)果較為接近，偏差率在-0.74%～2.432%，總體而言AERMOD模式較CMAQ模式的預(yù)測值略微偏大，但濃度變化規(guī)律基本一致；另外從圖像表達(dá)的角度來看，AERMOD模式則顯得更加精細(xì)化。就此次研究對象而言，兩種模式預(yù)測結(jié)果均為可信，且能夠達(dá)到相互驗(yàn)證的效果。

4 結(jié)論

AERMOD模型及CMAQ模式在大氣環(huán)境影響預(yù)測中的運(yùn)用越來越廣泛和成熟，其中AERMOD模型在預(yù)測的精細(xì)化方面有更加優(yōu)異的表現(xiàn)，尤其是評(píng)價(jià)范圍<50 km2時(shí)，評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性較高[8]；

而CMAQ模式更加適用于大尺度空間。二者在預(yù)測結(jié)果上有一定差異，但對于本次預(yù)測而言，由于該園區(qū)面積不大，且為較成熟的園區(qū)，污染源相對明確，因此兩種模式均可適用。實(shí)際操作過程中，建議結(jié)合不同園區(qū)具體情況，以及不同需求，采取更加適宜的預(yù)測模式。

參考文獻(xiàn) ：

[1] 環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則：大氣環(huán)境HJ/T 2.2—2008[S].

[2] 李梅，楊東偶，何望君.大氣擴(kuò)散模型AERMOD與CALPUFF對比研究及展望[J]，武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2020（8）：1246.

[3] 規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 產(chǎn)業(yè)園區(qū)：HJ 131—2021[S].

[4] 楊志森，趙東風(fēng)，熊桂慧，戚麗霞.AERMOD模型在石化園區(qū)大氣規(guī)劃環(huán)評(píng)中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2016（S1）.

[5] 昆明?？诠I(yè)園區(qū)簡介[EB/OL].https：//yn.zhaoshang.net/yuanqu/detail/1242.

[6] 云南開發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)院.云南安寧產(chǎn)業(yè)園區(qū)草鋪化工園區(qū)西山?？谄瑓^(qū)專項(xiàng)規(guī)劃（2021～2035）》[R].2022.

[7] 云南高科環(huán)境保護(hù)科技有限公司.云南安寧產(chǎn)業(yè)園區(qū)草鋪化工園區(qū)西山海口片區(qū)專項(xiàng)規(guī)劃（2021-2035）環(huán)境影響報(bào)告書[R].2022.

[8] 呂佳，李艷松.規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)中AERMOD模型的應(yīng)用分析[J].中國資源綜合利用，2018（4）：137-138.

[9] 徐濤英.AERMOD模型在廣東某工業(yè)園區(qū)大氣規(guī)劃環(huán)評(píng)中的應(yīng)用分析[J].皮革制作與環(huán)?？萍?，2022（10）：169-171.

[10] 田軍，葛春風(fēng)，甄瑞卿，等.CMAQ模型在大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境影響評(píng)價(jià)，2016（6）：1-3.

[11] 張向陽，管映兵.EIAProA 2018模型在大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].廣州化工，2021（1）：86-88.

[12] 馬新剛.大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)中EIAA、AERMOD及CALPUFF模型的應(yīng)用分析[J].科技展望，2016（30）：108-109.

Comparison of the Application of AERMOD and CMAQ Models in the Prediction of Atmospheric Particle Concentration in the Environmental Impact Assessment of Park Planning

GUO Peng-heng1， LI Li-zhen2， ZHANG Wen-yu3， QING Xiao-yan1， LIANG Hua-xiao4

（1. Yunnan Gaoke Environmental Protection Technology Co.， Ltd. Kunming Yunnan 650032， China）

Abstract： Both AERMOD model and CMAQ model can predict the concentration of atmospheric particulates. The AERMOD model mainly predicts point sources and small area sources as well as multiple pollution sources in the area by setting a matrix. The CMAQ model is suitable for larger scale spatial simulation. For small industrial parks， both models can achieve the prediction goal. Taking Haikou Chemical Industry Park in Kunming City as an example， these two models were adopted to predict the concentration distribution of particulate matter （PM10） to compare and analyze the results， and identify their respective advantages and characteristics to provide more expanded ideas for atmospheric simulation of environmental impact assessment in park planning.

Key words： AERMOD; CMAQ; environmental impact assessment of park planning; atmospheric prediction

收稿日期：2023-05-10

作者簡介：郭朋恒（1979-），男，湖北武漢人，工程師，碩士，主要工作方向：環(huán)境影響評(píng)價(jià)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，生態(tài)環(huán)境調(diào)查與研究。

通信作者：李麗珍（1979-），女，云南昆明人，高級(jí)工程師，主要從事生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃、大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)、水生態(tài)環(huán)境調(diào)查與分析等工作。