AERMOD模型中地表参数对大气污染物最大小时浓度的影响规律

宋华丰 刘颐婷 徐君妃 潘华

摘要：针对不同高度污染源，研究地表参数对污染物最大小时浓度的影响规律。研究结果表明：（1）当粗糙度增加时，距低架源350 m外最大小时浓度先降低后增加；距中等高度源350 m外最大小时浓度先增加后降低；高架污染源最大小时浓度逐渐降低。（2）当反照率增加时，距低架源300 m外最大小时浓度保持不变；距中等高度源300 m外最大小时浓度先增大再减少最后保持不变；距高架源150～450 m最大小时浓度逐渐增加，其他范围内保持不变。（3）当波文比增加时，在邻近低中高度污染源区域，最大小时浓度逐渐减小，其他范围保持不变；高架源最大小时浓度保持不变。

关键词：

反照率；波文比；粗糙度；AERMOD；最大小时浓度

DOI： 10.14068/j.ceia.2015.06.014

中图分类号：X11；X169文献标识码：A文章编号：2095-6444（2015）06-0057-05

AERMOD模型是我国环评中应用最广的大气扩散模型之一[1]，包括AERMET气象预处理模块、AERMOD计算模块和AERMAP地形处理模块。其中，在应用AERMET气象预处理模块时，需要3个地表参数：反照率、波文比和地表粗糙度[23]。

地表环境的变化将影响大气环境热量交换、机械湍流和边界层的稳定性[4]，对大气污染物在大气环境中的扩散有着重要影响。丁飒等[5]通过4种土地利用类型来评价不同地表参数对AERMOD模型预测浓度的影响，并提出增强地表参数波文比、地表反照率和地面粗糙度精确性的建议。王小燕[6]通过AERMOD模型在河西堡化工循环经济产业园的研究，提出地表参数输入采用分区方法可提高地表参数输入的准确性，且分区方法应按照预测范围内具体地形特征进行。吕信红[7]和回蕴珉[8]等考察了AERMOD模型地表参数对大气环评预测的影响。然而，AERMOD模型中地表参数对于随污染源高度和预测点距离变化的大气污染物预测的影响规律缺少系统研究。本文旨在找出AERMOD模型中地表参数对不同污染源高度和不同距离的大气污染物浓度的影响规律，以期为大气影响预测提供参考。

1研究方法及参数的选取

1.1研究方法

本研究基于某企业有机废气烟囱非甲烷总烃对周围环境的大气影响分析，在AERMOD模型中根据污染源高度设置低、中和高架源，每个污染源高度沿主导风向下风向按50～100 m间距设置8个预测点，通过调整地表参数（粗糙度、反照率和波文比），考察平坦地形条件下不同距离预测点大气污染物最大小时浓度受地表参数的影响，从而得到地表参数对预测点大气污染物最大小时浓度的影响规律。

1.2参数选取

1.2.1污染源参数

污染源分低、中和高架源，烟囱高度分别取值为15 m、25 m和45 m，非甲烷总烃排放速率采用单位速率1 g/s，出口温度取值为环境温度，出口风速为3 m/s，出口内径为0.8 m[9]。

1.2.2计算点参数

以烟囱为中心，取主导风向下风向，分别在50 m、150 m、200 m、300 m、350 m、450 m、550 m和600 m位置，共设置8个预测点。

1.2.3地表参数

模式1：研究粗糙度的影响规律。以城市土地利用类型为基础，反照率取值0.207 5，波文比取值1.625，粗糙度依次从0.1增加至1；

模式2：研究反照率的影响规律。以城市土地利用类型为基础，波文比取值1.625，粗糙度取值1，反照率依次从0.1增加至0.55；

1.2.4气象参数

地表气象数据及探空气象数据均采用杭州市2012年国际气象交换站数据，其中地表数据频次为每天24次，探空数据为每天2次，对于部分缺失的数据采用线性插值法插值。依据检测结果，杭州2012年全年主导风向为东风。

2结果与讨论

2.1粗糙度的影响规律

通过AERMOD预测分析，模式1粗糙度对于污染物最大小时浓度的影响见图1～图3。对于低架污染源（15 m），距源300 m范围内的最大小时浓度随粗糙度的增大变化规律不明显（图1a），而距源350 m以外区域的最大小时浓度随粗糙度的增加呈先降低后增加的趋势（图1b）；对于中等高度污染源（25 m），距源300 m范围内的最大小时浓度随粗糙度的增大无明显变化规律（图2a），距源350 m以外区域最大小时浓度随粗糙度的增加呈先增加后降低的趋势（图2b）；对于高架污染源，污染物最大小时浓度随粗糙度的增加基本呈逐渐降低的趋势（图）。

2.2反照率的影响规律

模式2反照率对污染物最大小时浓度的影响见图4～图6。对于低架污染源，距源300 m范围内最大小时浓度与反照率没有较明显的规律（图4a），距源300 m以外的区域最大小时浓度随反照率的变化保持不变（图4b）；对于中等高度污染源，距源300 m范围内最大小时浓度与反照率没有较明显的规律（图5a），距源300 m以外的区域最大小时浓度随反照率的增加呈现先增大后减少最后不变的趋势（图5b）；对于高架污染源，在距源150～450 m，最大小时浓度随反照率的增加而增加，在其他预测范围内，最大小时浓度随反照率的增加基本保持不变（图6）。

2.3波文比的影响规律

模式3波文比对污染物最大小时浓度的影响见图7～图9。对于低架污染源，在邻近污染源的区域（50 m），污染物最大小时浓度随波文比的增加而减小，在其他预测区域，污染物最大小时浓度随波文比的增加而保持不变（图7）；对于中等高度污染源，在邻近污染源的区域（50 m和150 m），污染物最大小时浓度随波文比的增加而减小，在其他预测区域，污染物最大小时浓度随波文比的增加而保持不变（图8）；对于高架污染源，在预测范围内，污染物最大小時浓度随波文比的增加基本保持不变（图9）。

3結语

本文针对不同高度的污染源，通过假定地表参数中任意两个参数不变，改变另一个参数的方法，研究地表参数对污染物最大小时浓度的影响规律。本研究中，部分地表参数组合在实际中并不一定存在，所得到的模拟结论仅代表数值分析结果。研究得到，粗糙度对低架源300 m范围内的预测点影响不明显，对其他范围有较大影响；反照率对低架源300 m外的预测点以及高架源150 m范围内、450 m范围外的预测点影响不明显，对其他范围有较大影响；波文比对低架源50 m外的预测点、中等高度污染源150 m外的预测点以及高架源所有范围的预测点影响不明显，对其他范围有较大影响。综上所述，环评中采用AERMOD模型进行预测分析时，应提高地表参数选择的准确性，减少因环评中大气影响错误预测分析导致个别敏感点超标或局部小范围超标，从而做出错误的环评结论。

参考文献（References）：

[1]环境保护部. HJ 2.2—2008 环境影响评价技术导则 大气环境[S]. 北京： 中国环境科学出版社， 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]朴美花， 刘寿东， 王咏薇， 等. 夏季太湖表面辐射和能量通量特征观测分析[J]. 科学技术与工程， 2014， 14（19）： 16711815.

[5]丁飒， 丁业， 孔杉， 等. 地表参数对AERMOD模型预测浓度精确度的影响[J]. 安徽农业科学， 2011， 39（34）： 2122121223， 21313.

[6]王小燕. AERMOD在区域大气环评中的应用研究[D]. 兰州： 兰州大学， 2013.

[7]吕信红. 大气环评预测模式之AERMOD应用研究[D]. 扬州： 扬州大学， 2011.

[8]回蕴珉， 许凤霞， 许建军. AERMOD模式在大气环境影响评价中的实例研究[J]. 环境科学与管理， 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.