空气质量模式发展与应用现状

计 算 机 数值 求 解 大 气 污染 物 输送 ， 扩散 方 程来 研 究 各 种 尺度 的大 分 区域 的机 动车排 放 分担率 ，在 此基 础 上 ，采 用修 正 的 ＩＣ Ｔ Ｓ Ｓ ３模 气 污染 物输 送 与 沉降 规律 ，具有 时 间 和空 间 的连 续性 ，是 观测 站 型模 拟 了 １９ ９５年规 划市 区 Ｃ 和 Ｎ ｘ Ｏ Ｏ 浓度 的时 分 布情况 ，并 分 点直 接 观 测 的有 利 补充 。 自 ２ ０世纪 ８ Ｏ年代 以来 出现 了一批 区域 析 了机 动 车排放 对北 京 市 大气 浓度 的贡献 率 ， 果表 明 ．１９ ９５年 污染 物 输送 模 式 ，这些 模 式 分别 研 究 了欧 洲 、北美 和 东 亚 等地 区 北京 市规 划市 区 Ｃ 和 Ｎ ｘ的 年排 放 分担 率分 别达 到 了 ７ ．％ 和 Ｏ Ｏ ６ ８ Ｓ ， Ｏ 、Ｏ 、大 气气 溶胶 等 的分 布 、输送 和沉 降 。 大气 质 量 ４ ＿ Ｏ 、Ｎ ｘ Ｊ ０２ ％．相 应 的年浓 度分 担率 则 分别 为 ７ ． 和 ６ ． ６５ ％ ８ ％，在 城市 中 ４ 数值 模 拟技 术 系统 广 泛应 用 于对 各 种大 气 污染 物 在不 同尺度 下 的 心 区 以及 道 路边 ，２种污 染 物 的 浓度 分 担 率 则更 高 ，在北 京 市 对
在 烟 台市 空 气 污染 综 合 控 制 规 划 中 ，模 拟 了 Ｓ ： Ｏ 长 期 平 均 确 定 了唐 山市 的 大气 环境 容量 ．并提 出 了唐 山市 大气 环 境质 量 达 Ｏ 、Ｎ ｘ
浓度 ，进 行 了城 市 空气 污染 特 征 分 析及 控制 效 果 的预 测 ，结 果 表 标规 划 。 明 ＩＣ Ｔ模 型 完全适 用 于在 气 象 参数 的获得 受 到 限制 的情 况 下模 ３ ＡＤＭ Ｓ — ＵＲＢ ＳＬ ＡＮ
拟 大 气 污染 物 的长 期 台市 Ｓ ， Ｏ 污染 的 主要 来 源 ，在市 中心 区 ，环 境 空气 中 Ｎ ｘ Ｏ 浓度
ＡＤＭＳ— ＵＲ ＡＮ模 型是 比较 典 型 的 新 一代 空气 质 量模 型 ， Ｂ 山英 国剑 桥环 境研 究 中心 （ Ｅ Ｃ）开发 ：该 模 型与 以往 相 对简单 ＣＲ
北 京市 环境 质 量达 标总 体控 制 方 案 ” ；清 华 大学 在我 国酸沉 降控 度一 般要 高 出 ５ 个百 分点 。
制规 划 与对 策 研究 过 程 中 ，开发 应 用有 关模 型 对 我 国东 部地 区硫 多维 多箱模 型具有 内部 机理 清晰 明了 、 算简单 、 易调试 、 计 容 沉 降进 行模 拟 ，在 研究 过 程 中对 开 发 的模式 和性 能进 行 了分析 ， 应 用 方便 等特 点 ，特 别适 用 于对 城 市不 同 功能 区的 低矮 面 源以及
空气 质量 模式 发展 与应 用现状
郭建 秋
空气 质 量 模 式 发 展 与应 用 现 状
郭建 秋
（ 中煤 国际 工程 集 团北京华 宇工程 有限公 司，北京 １０ ２ ） ０ １０
摘 要 ：模 式模拟 ，具 有 空间 和 时间分 布的连 续 性特 征 ，有 多种 化学过 程和 输送模 拟 的试 验 方案 可选择 等优 势，在研 究 区域 大 气空 气质量 研 究领域 过 程 中发挥 着 重要 作 用 。本 文 系统地介 绍 了主要 空 气质 量模 式在 大气 环境 科 学 中的重要 作 用、主要 分 类
Ｒ ＡＭＳ Ｃｈ ｍ、ＭＭ５ Ｃ ｅ — ｅ 一 ｈ ｍ、Ｗ Ｒ — ｈ ｍ 等 ）。 以 下 将 对 上 述 各 代 Ｆ Ｃｅ
措施 可 以减轻 污染 水 平 ，但不 能完 全满 足 国家 二级 标准 要 求 ，若 采 取综 合 控 制策 略 ，平 均 浓度 达 到 ３ ｇ ４ ／ ，所 有 网格 均满 足 国 ｍ 家二 级标 准要求 １ ｃ １ ７ １
点也 很 明 显。首 先 ，模 拟 范 围相 对较 小 ，在气 象场 比较 均匀 的情 化 学输送 模块 Ｃ Ｔ Ｃ Ｍ。Ｃ Ｔ Ｃ Ｍ模 块的这 些过 程主要分 为三种 。第一
况 下 。可 以模 拟 ５ ０—７ ｋ 以内 的区域 ，对 于更 大范 围的 污染物 种 是 通过 一个 先 进 的光 分解模 块 （ Ｐ Ｏ 来 计算 的 与辐 射 有关 ０ｉ ｎ Ｊ Ｒ Ｃ） 输送 影 响不 能作 出 响应 ；其 次 ，该模 型的 气象模 块需 要 的气 象要 的光 分解 过程 。第 二种是 污染 物 的扩 散过 程。第 三种 是 云相 关的
表性 的空 气质 量模式 及其 应用 现状进 行简 要介 绍 ：
１ Ｉ ＳＣＳＴ３ ＩＣ Ｔ （ｎ ｕｔａ ｏ ｃ ｓ ｏ ｌｘ ｈ ｒ Ｌ ｎ ｅｍ Ｖ ｒｉ Ｓ Ｓ ３ Ｉｄ ｓ ｉｌ ｒ ｅ ｍｐｅ ｏｔ ｏ ｇＴ ｒ ｅｓｏ ３） ｒ Ｓｅ Ｃ Ｓ ／ ｎ
２ 多维 多箱模 型
不 同类 型 污染 过 程进 行模 拟 ，已经 成为 大气 环 境研 究 中不可 缺 少 机 动车 排 放污 染实 施 控制 是有 效 削 减 Ｃ Ｏ和 Ｎ ｘ的主要 途 径 ； Ｏ
的组 成部 分 Ｄｈ。 －ｉ
杜鹏 飞等 为 了定量 分 析能 源政 策 和 城市 用 地布 局对 大气 环境 质 量 目前应 用较 为 广泛 的 区域 环境 质 量模 型包 括 简单 的扩 散模式 的 影 响 ，给城 市 总 体 规 划 提 供 决 策 支持 ，以南 宁市 为 例 ，应 用 （ 如工业 多源 模式 ＩＣ Ｔ 等 ）、建立 在质 量平 衡理 论 上 的箱式 模 ＩＣ Ｔ ３ 型 和 情景 分 析 ＿结 合 的方 法 对 Ｓ ， ＳＳ３ ＳＬ一 模 干 Ｈ Ｏ 控制 策 略进 行 模 拟
及颗粒 物 的沉 积和 干、 湿沉 降量 。 华大学 、 京大 学等单 位 在 “ 清 北 北 污 染 物的 化学 转化 及 物理 清 除 过程 ，并 能对 城 市不 同功 能 区的 空
京 市大 气 污染 控 制对 策研 究 ” 中应 用 该模 型对 北 京市 大 气 中颗 粒 气 质量 进 行预 测 ，预 测结 果具 有 较 高 的精 度。 在对 污染 物 长期 浓 物 、 Ｏ 和 Ｎ ｘ 污染 趋 势 进 行 了预 测 ，结 合预 测 结 果 ，提 出了 度 预测 时 ，该模 型 比 国际较先 进 的 Ａｒ ｅ 空 气质量 预测模 型 的精 Ｓ， Ｏ 的 ｉｈｄ ｓ
前言
目前 ， 市 、 城 区域 以 及全球 范 围的大气 污染 物 的输送 、 转化 、
的２ ／ ３来源 于机 动 车排 放 ，实施 综 合 治 理 方 案后 ，区域 Ｓ ， 度 Ｏ浓 基 本达 到 国家 一级 标 准 ｌ ；郝 吉 明 等人 研究 建立 了以 ＧＳ为平 台 ｌ Ｉ
沉 降及 其 对生 态 环 境 的影 响受 到 国内外 学 者 的密 切关 注 … 。借 助 的北 京 市 机动 车排 放 清单 ，获 得 了北 京 市 规划 市 区内分 车 型 以及
ＮＯ Ｈ Ｒ Ｅ Ｉ Ｏ ＭＥ ８ ＲＴ Ｅ Ｎ ＮＶＲ Ｎ ＮＴ ９
北 方环境
第２ ３卷
第 ７期
２１ ０ １年 ７月
模 型相 比较 ，具 有能 同 时处 理所 有类 型 的 污染 源 ；具有 单独 的气 根 据 研究 的需 要选 择适 合 的模 型并加 入其 模式 体 系 ，而且 与 应用 Ｍ Ｑ模 式 中包 括许 多模 块 ，其 中最 主要 的是 象 预处 理模块 系统 ；引入 了化 学 模块 等 特点 。但是 该模 型 同样 缺 软 件 的结 合 良好 。Ｃ Ａ
多 维 多箱 模 型是北 京工业 大学 开 发的一 种应 用起 来较 为方便 、
模 型是 美 国 国家环 保 局开 发 并在 美 国推 广使 用 的 一个 大 气 污染 物
扩 散模 型 。主 要用 于 计算 点 源 、面 源 、线 源 、体 源等 在 内 的综 合 实 用性 较 强 的大气 环 境预 测模 型 ，是在 单箱 模 型的基 础 上应 用 质 性 工业 源 的 Ｓ ， Ｓ 、Ｎ ｘ和 ｃ Ｏ 、Ｔ Ｐ Ｏ ０等 一次 污 染 物 的环 境 浓 度 ，以 量 平衡 原 理建 立起 来 的 ，该模 型反 映 了大 气污 染物 的三 维 扩散 、
并结 合 Ｓ ， Ｏ 等酸 性物 质 的排 放 ，对 东 部地 区硫沉 降 的情 况进 行 了 无 组 织面 源 的污 染扩 散进 行 预 测。 它既 考 虑到 了铅垂 方 向 和横 风 预测 分 析 “ ；应 高 祥等 人 为 了精 确地 估箅 产业 部 门不 同类别 与特 向污染 物 的扩 散及 风 场 随高 度 的变 化 ．又 考虑 到 了物理 千 沉积 、 征 的大 气 污染 源 对指 定 区域 的 污染 强度 ，采 用 暴露 效 率 概 念及 其 湿 沉 积和 化学 变 化对 污 染物 浓 度 的影 响 ．计算 结果 较为 准 确 。程 研 究方 法 ，以 北京 城 区为例 ，应用 大气 污染 扩 散模 型 ＩＣ Ｔ ， 由 ＳＳ３ 水 源 等应 用发 展 的高 斯 一箱 式 复合 模 型系 统分 别模 拟研 究 了 中国 污染 排 放数 据 、全 年逐 时气 象 数据 以及 市 区人 口分 布 ，求 得 １９ 唐 山 市 区和丰 南区空 气 污染 状 况 ，并根 据 模拟 结果 给 出了 主要 污 ９９
式（ 如多维 多箱模 型 等 ） 针 对特 定污染 问题 研究 的欧 拉数 值模 型 、 研究 ．结 果表 明 ：若 不 采取 任何 控 制措施 ，到 ２ １ 年 ．研 究 区域 、 ００ 以及综 合 的多 污染 物 、多尺度 空气 质 量模 式 （ Ｃ Ｍ 、Ｍ ｄｌ ３ 的 ｓ 日平 均 浓 度 将达 ５ ｍ ，超 标 率 （ 如 Ａ ｘ ｏｅ 一 ｓ ０年 ８ 浓度 年 均值 超 过 国 为 ８９ ４ 等 ）以及一 些 大气 环 流 与化 学 完全 在线 耦 合大 气一 化 学 模 式 【 如 家 二级 标准 的 区域 面积 占总 而积 的 比例 ） ３ ． ％，单 一 的控 制
素只有 ６种．并且该气象模块不能用来预测；第三，该模型在存 物理 和化 学过程 。 在海 陆风环 流的海岸 地 区的使用 受到较 大限制 。 目前 Ｍ ｄｌ ３ 气质量模 式是 国 内研 究较 多的空 气质量 模式 ｏｅ 一 空 ｓ
４ ＣＡＭ ｘ
之 一 。中 国科 学 院 大气物 理研 究 所张 美根利 用建 立起 来 的区域 大
及 其发展 阶段 。详 细 阐述 了 Ｉ Ｓ ３ 多维 多箱模 型 、Ａ Ｓ Ｔ、 Ｃ ＤＭＳ— ＵＲ Ｎ、Ｃ Ｍｘ及 Ｃ ＢＡ Ａ ＭＡ 等 空 气质 量模 式 的框 架原理 、主 Ｑ 要 特征及 其在 空 气质量 管理 和规 划 中的 应 用 ，并指 出今后 模型 的发展 方向 。 关 键词 ：空 气质量模 式 ；ＩＣ Ｔ ；多维 多箱模 型 ；Ａ ＳＳ３ ＤＭＳ— ＵＲ Ａ Ｂ Ｎ 中图分 类号 ： Ｘ ２ ８３ 文献 标识 码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ０ — ３ ０（ ０ １ ７ ０ ８ － ２ ０ ７ ０ ７ ２ １ ）０ － ０ ９ ０
年各 污染 源对 北京 市区 Ｓ Ｍ Ｏ ，Ｐ Ｎ ｘ 污染物 浓度 的贡 献 率和 染物 Ｐ 和 Ｓ Ｏ 等 Ｍ 。 Ｏ 的削减 规划 。２ ０ 年北 京工 业大学应 用 多维多 箱 ０２ 北 京城 区居 民的 暴露 效 率 “；陈 开 平 等 人 则将 ＩＣ Ｔ 模 型 应 用 模 型 和高 斯模 型耦 合 研究 了唐 山市 的大 气 环境 质量 ，在 此基 础 上 ＳＬ ３