大气模型

大气模型发展简史与简介

By Laiwf | Published: 2010年04月16日

1.1 第一代空气质量模型―高斯模型和拉格朗日烟团轨迹模型

第一代空气质量模型主要包括了高斯扩散模型和拉格朗日轨迹模型。这两类模型都是利用风的运动轨迹来模拟近地层大气层中复杂的物理和化学过程。它的物理表述即模拟均匀混合的大气物质沿风向运动的情况。在大气物质从地面向高层运动的过程中，其运动规则受到垂直方向上风速以及温度的不均匀分布的影响而不断的发生变化。具体过程见图。

1

EIAA （典型高斯）适用于<50km的区域

EIAA大气环评助手“是宁波环科院六五软件工作室开发的软件。《 HJ/T2.2-93 环评导则–大气环境》、《JTJ005-96 公路建设项目环评规范-大气部分》，中国环境影响评价培训教材等文献中推荐的模型和计算方法作为主要框架，内容涵盖了导则中的全部要求，并进行了适当地拓展与加深。

可以处理点源、面源、体源、线源

对于预测计算结果，可以查看

§各接受点地面高程及其等高线图

§各接受点的背景浓度及其分布图

§各污染源的浓度和总的浓度及其分布图

§各污染源的分担率及其分布图

§各污染源或总的浓度的平均评价指数和超标面积

§还可以任意改变各污染源的排放率（排放强度）以观察不同排放率下的浓度变化情况

§也可查看任意一个横截面或竖截面上的浓度变化图

广泛应用的版本是EIAA2.5，EIAA2.6。版本中均有bug，大家谨慎使用。

2 aermod（稳态高斯）适用于<50km的区域

AERMOD由美国国家环保局联合美国气象学会组建法规模式改善委员会（AERMIC）开发。 AERMIC的目标是开发一个能完全替代ISC3的法规模型，新的法规模型将采用ISC3的输入与输出结构、应用最新的扩散理论和计算机技术更新ISC3 计算机程序、必须保证能够模拟目前ISC3能模拟的大气过程与排放源。

20世纪90年代中后期，法规模式改善委员会在美国国家环保局的财政支持下，成功开发出AERMOD扩散模型。

该系统以扩散统计理论为出发点，假设污染物的浓度分布在一定程度上服从高斯分布。模式系统可用于多种排放源（包括点源、面源和体源、线源）的排放，也适用于乡村环境和城市环境、平坦地形和复杂地形、地面源和高架源等多种排放扩散情形的模拟和预测。

Aermod作为正在开发的模型，模型中还存在bug，但其不在改进，而且模型在小范围预测的精准性是其他模型不能比拟的，模型需要地面气象数据、高空气象数据和地形数据（平坦地形不需要）

3 CALPUFF（不稳态高斯）对于比较大的区域

模型是美国EPA推荐的由Sigma Research Corporation （现在是Earth Tech, Inc的子公司）开发的空气质量扩散模式，

CALPUFF模型是由CALMET气象模块、CALPUFF烟团扩散模块和CALPOST后处理模块三部分组成。

CALPUFF是用于非定常、非稳态的气象条件下，模拟污染物扩散、迁移以及转化的多层、多物种的高斯型烟团扩散模式。

模拟的尺度可以从几十米到几百公里

§在近距离模式可以处理如建筑物下洗、浮力抬升、动力抬升、部分烟羽穿透和海陆交互影响等过程

§在远距离可以处理干、湿沉降，化学转化，垂直风修剪和水上输送等污染物清除过程。

模式可以处理逐时变化的点源、面源、线源、体源等污染源，可选择模拟小时、天、月以及年等多种平均模拟时段。

充分考虑下垫面的影响

输出结果主要包括逐时的地面网格和各指定受体点的污染物浓度。

模型需要数据较多，包括必须的逐时气象数据、地形数据、土地利用数据，模型可以处理干湿沉降、化学转化、海岸和复杂地形。在处理〉50km 的区域时，应优先考虑。

4 ADMS模型（3D 高斯）

由剑桥环境研究公司发展的ADMS 大气模型系列能广范应用于计算气体污染物和颗粒状污染物。每一个模型的用户界面经过精心设计以适用于不同程度的应用。所有的模型都经过了广泛严密的论证。所有的

ADMS 模型都具有中文版。

ADMS-城市, 是大气扩散模型系统(ADMS)系列中的最复杂的一个系统。它运行于PC 之上, 模拟城市区域来自工业, 民用和道路交通的污染源产生的污染物在大气中的扩散。 ADMS-城市模型用点源, 线源, 面源, 体源和网格源模型来模拟这些污染源。经设计, 可以考虑到的扩散问题包括最简单的(例如,一个孤立的点源或单个道路源)到最复杂的城市问题(例如, 一个大型城市区域的多个工业污染源, 民用和道路交通污染排放)。它对研究大气质量管理措施特别有用，例如计算先进技术的引进，低排污区对污染状况的影响, 燃料的改变, 限制车速的设计对空气质量的影响等。

ADMS-城市可以作为一个独立的系统使用, 也可以与一个地理信息系统联合使用。 ADMS-城市与MapInfo以及ESRI的ArcView可以完全有机的连接。我们推荐将ADMS-城市与这两个地理信息系统中的任何一种一起使用。因为这样可以使用数字地图数据, CAD制图和/或航片真实直观地设置您的污染问题。在所使用的不同类型的地图数据上，生成如等值平面图的输出和作报告用的硬拷贝图形等。至于如何得到这些地图数据, 相应的信息可以由ArcView 和MapInfo的供应者提供。ADMS-城市与其它用于城市地区的大气扩散模型的一个显著的区别是ADMS-城市应用了现有的基于Monin－Obukhov长度和边界层高度描述边界层结构的参数的最新物理知识。其它模型使用Pasquill稳定参数的不精确的边界层特征定义。在这个最新的方法中,边界层结构被可直

接测量的物理参数定义。这使得随高度的变化而变化的扩散过程可以更真实地表现出来，所获取的污染物的浓度的预测结果通常是更精确,更可信。

ADMS仅需要地面气象数据，地形数据需要的是x、y、z坐标形式。表1

模型粗略对比

功能ADMS、AERMOD模式导则推荐模式EIAA

气象数据

地面、高空数据，也可

仅使用地面数据

地面气象数据

低空廓线数据

使用风速、温度和湍流

的廓线数据

仅使用风速廓线数据

混合层顶处理烟羽抬升到混合层顶

部，采用部分反射、部

分穿透，穿透部分又部

分返回

烟羽抬升到混合层顶

部，采用全反射

混合层高度

对流混合层、稳定边界

层经验公式计算或Holzworth

边界层参数摩擦速度、莫宁-奥布霍

夫长度、对流速度尺度、

机械和对流混合层高

度、热通量

风速、风向、稳定度、

混合层高度

地形分类

按土地分类给出各种地

面的粗糙度城市、农村、平坦和复杂地形

地形处理有地形的预处理没有

扩散参数和大气稳定度按空气湍流结构和尺度

概念，湍流扩散有参数

化方程给出，扩散参数、

稳定度用连续参数表示

扩散参数和大气稳定度

不连续，稳定度分类采

用Pasquill分类

建筑物下洗功能有没有

不稳定条件下的垂直扩散采用非正态的PDF格

式

采用正态分布

这一代模型在1970到1980年期间它被广泛应用于控制臭氧的战略评估中。在这一时期，由于计算机平台还未得到广泛的推广，所以无法进行较为复杂的计算和分析。而第一代模型因其较为简单的理论基础和计算使它得以适应了这一限制条件，从而得到发展。这一代的模型中比较具有代表性的模型是OZIPM/EKMA。但是随着科技的不断发展，拉格朗日轨迹模型不可避免地逐渐显示出它的缺点。首先由于该模型所模拟的物理过程过于简单，所以它也就无法完整的描述大气运动的状况。例如，当风区不均匀，或者因下垫面不均匀，并且模拟的尺度达到几十公里使得流场比较复杂时，高斯烟流模型的精度就难以满足要求，另外拉格朗日模型对沉积和化学转化过程只能做十分粗略的处理，当这些过程已相当重要或者作为研究对象时，该模型就不适用。所以对于模拟在大气污染中起越来越大作用的臭氧和颗粒物(PM)等物质而言，第一

代模型已显示出它的劣势了。于是人们开始将目光投向了一种新的具有三维空间效应的模型即第二代空气质量模型―欧拉网格模型，这种模型以其对物理过程精确合理的描述以及对整个模拟区域大气浓度的预测很快在大气环境研究领域崭露头角。

1.2 第二代空气质量模型―欧拉数值模型

第二代空气质量模型―欧拉数值模型是一类在1980-1990年期间得到广泛应用的模型。在这类模型中，被选定的区域被分成许多网格单元。模型将模拟每个单元格中大气层中的化学变化过程，以及位于该网格周边的其他单元格内的大气状况，这包括污染源对网格区域内的影响，以及所产生的沉降作用。

欧拉数值模型主要包括三种模型即：城市尺度光化学氧化模型Urban Airshed Model（UAM），区域酸沉降模型the Regional Acid Deposition Model（RADM），区域尺度光化学氧化模型the Regional Oxidant Model （ROM）。其中ROM模型是一类被用于模拟区域内光化学氧化过程的三维网格模型。它曾广泛被USEPA应用于区域发生光化学氧化过程的研究。但是由于这种模型的结构过于复杂以至于非专业人士无法对其进行操作，所以USEPA已于最近停止了对开发这种模型的资金支持。UAM是一类被用于模拟城市内发生的光化学氧化过程的模型。该模型在1970年就已经产生了，但是历经多次改进，直到80年代才得以应用。它的优越之处在于，首先它能与CB4技术相兼容，同时能利用高效、精确的Smolarkiewicz水流方案来解平流方程。从而能得到更为精准的模拟结果。目前UAM是唯一得到USEPA推荐的用于模拟光化

学污染情况的模型，并被广泛应用于验证美国大都市中臭氧浓度的达标情况以及评估大气污染控制战略的有效性。RADM模型的发展最初主要是被应用于研究酸沉降的，但是该模型也同样包括臭氧以及SOx和NOx的化学基础。与前两个模型相比，RADM的单元格以及模拟区域的尺寸要大的多，这主要是因为该模型关注的是形成缓慢、转移范围大的酸物质。第一代和第二代大气模型的特性比较如表1-2-1所示。表2

第一第二代大气模型的特性比较

名称OZIPM/EKMA UAM RADM ROM

结构

拉格朗日轨迹

（箱式）模型三维欧拉数值模

型

三维欧拉数值

模型

三维欧拉数

值模型

模拟对象城市内臭氧城市内臭氧

地区性臭氧和

酸沉降地区性臭氧和酸沉降

网格定义-18km20-80km4-8km一维

设计目的

模拟城市的氧化

物运动过程模拟光化学污

染物的形成和

沉降的大气过

程

模拟在区域

内光化学污

染物的沉降

过程

缺点模拟二次污染

物如臭氧和颗

粒物（PM）时,

其化学机理过

结构复杂，无法

同时模拟多种污

染物对大气质量

的共同影响

结构复杂，无

法同时模拟多

种污染物对大

气质量的共同

结构过于陈

旧和复杂，

致使非专业

人士无法操

于复杂影响作

现状由于应用受到

限制,已经基本

被淘汰

目前唯一还得到

EPA支持和推荐

的第二代空气质

量模型

用于美国、欧

洲、亚洲的酸

沉降和臭氧的

决策和研究中

EPA已经停

止对该模型

发展的支持

模型的价值在于它能够被应用于环境决策和环境研究中，并为它们提供分析和决策支持。然而目前的空气质量模型，一方面在功能上都存在种种缺陷，有些模型存在由于结构过于复杂而不易操作的问题；另一方面这些模型在设计之初就未考虑到技术上的可延续性，所以也造成了今天高尖端的电脑硬件和软件技术的优越性无法在模型的使用上得到充分体现的局面。在过去，空气质量模型通常只是单独的为解决某一个空气污染问题而设计的，然而现在研究者发现许多空气污染物的形成与发展是相互关联的。例如，对氮氧化物（NOx）排放的控制不但会对臭氧浓度有影响，同时PM、酸沉降、甚至大气能见度都会得到一定的改善。因此，要想对污染物控制的策略有深入的评价就要求模型能够同时模拟多种污染物的状况。

第二代大气模型大多应用在城市区域大气质量控制中，很少应用于项目环评中，只是在大的区域环评中有应用。

1.3 第三代空气质量模型―区域多尺度空气质量模型

区域多尺度空气质量模型,即“Models-3/CMAQ”, 是1998年第一次正式发布的第三代空气质量模型。该模型的特点在于：一方面，它可以同时

模拟多种大气污染物，包括臭氧、PM、氮氧化物、酸沉降以及能见度降低等在不同空间尺度范围内的行为过程；另一方面，Models-3的设计充分利用高科技的计算机硬件和软件技术如高性能的网络资源、可视技术，从而使模拟技术能更高效、更精确，并且趋于多元化。Models-3/CMAQ适用于中尺度模拟范围，应用于如跨省跨区域污染的控制等。

说明一下，这个分代模型介绍并不太准确，例如calpuff、aermod等模型应用了90年代以来大气研究的新成果，与传统的高斯模型有很大不同。

空气质量模型精选版

空气质量模型 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】

空气质量模型是用数学方法来模拟影响大气污染物的扩散和反应的物理和化学过程。基于输入的气象数据和污染源信息如排放率，烟囱高度等，这些模型可以模拟直接排入大气的一次污染物和由于复杂的化学反应形成的二次污染物。这些模型对空气质量管理是非常重要的，因为他们被许多机构用来测算源分担率，同时帮助制定有效的削减污染物排放的政策。例如空气质量模型可以用来预测一个新的污染源会不会达标排放，如果超标的话，还可以给出适当的控制措施。此外，空气质量模型还可以预测未来新的政策法规实施后的污染物的浓度。可以估计政策法规的有效性以及减少人类和环境暴露。 最常用的控制质量模型包括以下3类： 一。扩散模型。这些模型主要用来模拟污染源附近接收点的污染物浓度。 扩散模型运用数学公式可描绘污染物扩散过程，基于源强和气象数据，扩散模型可以用来预测下风向接收点的浓度。这些模型用来评估NationalAmbientAirQualityStandards(NAAQS),andotherregulatoryrequireme ntssuchasNewSourceReview(NSR)andPreventionofSignificantDeterioration( P S D)r e g u l a t i o n s的有效性。 扩散模型主要包括：

1.A e r m o d模型系统 是稳态大气扩散模式，适用于地面源和抬升源，简单和复杂地形。 2.C a l p u f f模型系统 是非稳态大气扩散模式，适用于大范围传输和复杂地形。 3.B L P BLp是一个高斯烟流模型，适用于处理烟气抬升和下洗来自于固定线源 4.C A L I N E 3 CALINE3是一个稳定的高斯扩散模型，用来预测不是很复杂地形的区域的高速路下风向接收点的浓度 5.C A L3Q H C/C A L3Q H C R

高斯扩散模型.

大气污染扩散 第一节大气结构与气象 有效地防止大气污染的途径，除了采用除尘及废气净化装置等各种工程技术手段外，还需充分利用大气的湍流混合作用对污染物的扩散稀释能力，即大气的自净能力。污染物从污染源排放到大气中的扩散过程及其危害程度，主要决定于气象因素，此外还与污染物的特征和排放特性，以及排放区的地形地貌状况有关。下面简要介绍大气结构以及气象条件的一些基本概念。 一、大气的结构 气象学中的大气是指地球引力作用下包围地球的空气层，其最外层的界限难以确定。通常把自地面至1200 km左右范围内的空气层称做大气圈或大气层，而空气总质量的98．2％集中在距离地球表面30 km以下。超过1200 km的范围，由于空气极其稀薄，一般视为宇宙空间。 自然状态的大气由多种气体的混合物、水蒸气和悬浮微粒组成。其中，纯净干空气中的氧气、氮气和氩气三种主要成分的总和占空气体积的99.97％，它们之间的比例从地面直到90km高空基本不变，为大气的恒定的组分；二氧化碳由于燃料燃烧和动物的呼吸，陆地的含量比海上多，臭氧主要集中在55～60km高空，水蒸气含量在4％以下，在极地或沙漠区的体积分数接近于零，这些为大气的可变的组分；而来源于人类社会生产和火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性的灾害排放的煤烟、粉尘、氯化氢、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物为大气的不定的组分。 大气的结构是指垂直（即竖直）方向上大气的 密度、温度及其组成的分布状况。根据大气温度在 垂直方向上的分布规律，可将大气划分为四层：对 流层、平流层、中间层和暖层，如图5－1所示。 1. 对流层 对流层是大气圈最靠近地面的一层，集中了大 气质量的75％和几乎全部的水蒸气、微尘杂质。受 太阳辐射与大气环流的影响，对流层中空气的湍流 运动和垂直方向混合比较强烈，主要的天气现象云 雨风雪等都发生在这一层，有可能形成污染物易于 扩散的气象条件，也可能生成对环境产生有危害的 逆温气象条件。因此，该层对大气污染物的扩散、输送和转化影响最大。 大气对流层的厚度不恒定，随地球纬度增高而降低，且与季节的变化有关，赤道附近约

大气污染物扩散模式

第四章 大气扩散浓度估算模式 第一节 湍流扩散的基本理论 一 湍流 1．定义：大气的无规则运动 风速的脉动 风向的摆动 2．类型： 按形成原因 热力湍流：温度垂直分布不均（不稳定）引起，取决于大气稳定度 机械湍流：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度引起 3．扩散的要素 风：平流输送为主，风大则湍流大 湍流：扩散比分子扩散快105～106倍 二 湍流扩散理论（主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系） 1.梯度输送理论 通过与菲克扩散理论类比建立起来的（菲克定律：单位时间内通过单位断面上的物质的数量与浓度梯 度呈正比） 类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比 x C k F ??-= 式中，F — 污染物的输送通量 k — 湍流扩散系数 C — 污染物的浓度 X — 与扩散截面垂直的空间坐标（扩散过程的长度） x C ??— 浓度梯度 要求得各种条件下某污染物的时、空分布，由于边界条件往往很复杂，不能求出严格的分析解，只能是在特定的条件下求出近似解，再根据实际情况进行修正。 2.湍流统计理论 泰勒首先将统计理论应用在湍流扩散上 图4-1显示：从原点O 放出的粒子，在风沿着x 方向吹的湍流大气中扩散。粒子的位置用y 表示，则结论为： ①y 随时间变化，但其变化的平均值为零 ②若从原点放出很多粒子，则在x 轴上粒子的浓度最高，浓席分布以x 轴为对称轴，并符合正态分布。 萨顿实用模式：解决污染物在大气中扩散的实用模式 高斯模式：应用湍流统计理论得出正态分布假设下的扩散模式 3.相似理论 第二节 高斯扩散模式 一 坐标系的建立—右手坐标系

1．原点O ：无界点源或地面源，O 为污染物的排放点 高架源，O 为污染物的排放点在地面上的投影点 补充：点源 高架源 连续源 固定源 线源 地面源 间歇源 流动源 面源 2．x 轴：正向为平均风向，烟流中心线与x 轴重合 3．y 轴：垂直于x 轴 4．z 轴：垂直于xoy 平面 二 高斯模式的有关假定 1．污染物浓度在y 、z 轴上的分布为正态分布； )2exp(21 )(22 y y y y f σπ σ-= )2exp(21 )(22 z z z z f σπ σ-= y σ，z σ— 分别为污染物在y 和z 方向上分布的标准差，m 2．全部高度风速均匀稳定，即风速u 为常数； 3．源强是连续均匀稳定的，源强Q 为定值； 4．扩散中污染物是守恒的，不考虑转化，即烟云在扩散过程中没有沉降、化合、分解及地面吸收、吸附作用发生； 0=??t C 5．在x 方向上，输送作用远远大于扩散作用，即 )(x C k x x C u x ????>>??； 6．地面足够平坦。

大气污染扩散模型

第一节大气污染物的扩散 一、湍流与湍流扩散理论 1. 湍流 低层大气中的风向是不断地变化，上下左右出现摆动；同时，风速也是时强时弱，形成迅速的阵风起伏。风的这种强度与方向随时间不规则的变化形成的空气运动称为大气湍流。湍流运动是由无数结构紧密的流体微团——湍涡组成，其特征量的时间与空间分布都具有随机性，但它们的统计平均值仍然遵循一定的规律。大气湍流的流动特征尺度一般取离地面的高度，比流体在管道内流动时要大得多，湍涡的大小及其发展基本不受空间的限制，因此在较小的平均风速下就能有很高的雷诺数，从而达到湍流状态。所以近地层的大气始终处于湍流状态，尤其在大气边界层内，气流受下垫面影响，湍流运动更为剧烈。大气湍流造成流场各部分强烈混合，能使局部的污染气体或微粒迅速扩散。烟团在大气的湍流混合作用下，由湍涡不断把烟气推向周围空气中，同时又将周围的空气卷入烟团，从而形成烟气的快速扩散稀释过程。 烟气在大气中的扩散特征取决于是否存在 湍流以及湍涡的尺度(直径)，如图5－7所示。 图5－7（a）为无湍流时，烟团仅仅依靠分子 扩散使烟团长大，烟团的扩散速率非常缓慢， 其扩散速率比湍流扩散小5～6个数量级；图5 －7（b）为烟团在远小于其尺度的湍涡中扩散， 由于烟团边缘受到小湍涡的扰动，逐渐与周边 空气混合而缓慢膨胀，浓度逐渐降低，烟流几乎呈直线向下风运动；图5－7（c）为烟团在与其尺度接近的湍涡中扩散，在湍涡的切入卷出作用下烟团被迅速撕裂，大幅度变形，横截面快速膨胀，因而扩散较快，烟流呈小摆幅曲线向下风运动；图5－7（d）为烟团在远大于其尺度的湍涡中扩散，烟团受大湍涡的卷吸扰动影响较弱，其本身膨胀有限，烟团在大湍涡的夹带下作较大摆幅的蛇形曲线运动。实际上烟云的扩散过程通常不是仅由上述单一情况所完成，因为大气中同时并存的湍涡具有各种不同的尺度。 根据湍流的形成与发展趋势，大气湍流可分为机械湍流和热力湍流两种形式。机械湍流是因地面的摩擦力使风在垂直方向产生速度梯度，或者由于地面障碍物(如山丘、树木与建筑物等)导致风向与风速的突然改变而造成的。热力湍流主要是由于地表受热不均匀，或因大气温度层结不稳定，在垂直方向产生温度梯度而造成的。一般近地面的大气湍流总是机械湍流和热力湍流的共同作用，其发展、结构特征及强弱决定于风速的大小、地面障碍物形成的粗糙度和低层大气的温度层结状况。 2. 湍流扩散与正态分布的基本理论 气体污染物进入大气后，一面随大气整体飘移，同时由于湍流混合，使污染物从高浓度区向低浓度区扩散稀释，其扩散程度取决于大气湍流的强度。大气污染的形成及其危害程度在于有害物质的浓度及其持续时间，大气扩散理论就是用数理方法来模拟各种大气污染源在

空气质量评价预测模型论文

城市空气质量的评估与预测 一．问题的提出 1.1背景介绍 环境空气质量指标与人们的日常生活息息相关，同时也在城市环境综合评价中占有重要地位，根据已有的数据，运用数学建模的方法，对环境空气质量进行科学合理的评价，预测与分析是一个很具有实用价值的问题。 目前我国城市环境空气质量评价的主要依据是API值的二级达标天数，即根据已有的API分级制，计算城市的二级空气质量达标天数并以之作为该城市空气质量的评价。 然而，这种评价方法虽然有利于城市空气质量管理，但是API分级制具有统计跨度大且较为粗略的特点，不适合对城市的空气质量做综合客观的评价，因此，我们应该提出更为科学合理的评价方法。 关于环境空气质量已有多方面的研究，并积累了大量的数据，原题附录1-10就是各城市2010年1-11月空气质量的观测值，可以作为评价分析与预测的研究数据。 1.2 需要解决的问题 1)利用附件中数据，建立数学模型给出十个城市空气污染严重程度的科学 排名。 2)建立模型对成都市11月的空气质量状况进行预测。 3)收集必要的数据，建立模型分析影响城市空气污染程度的主要因素是什 么？ 二、基本假设 1.表中的API值是准确的，忽略仪器测量误差对测量数据造成的影响 2.API值对不同污染物的危害程度具有可度量性，即：相同API值对应的不同污染物危害程度相等。 3.根据附录中的数据，API首要污染物为二氧化氮的天数在十个城市2010年的观测数据中仅出现一次，二氧化氮对空气质量的综合评价的影响忽略不计。

三、问题的分析 3.1 提出新的空气质量评价方法对城市污染程度排名应该注意的问题。 总的来说，提出一种科学合理的评价方法，应该以各城市的空气污染指数（API）观测数据为基础，对不同城市空气质量进行量化综合评价，这个综合评价在符合空气质量实际的同时，应该较为细致与直观，既能够体现该城市空气质量的整体水平，又能够方便地对不同城市的空气质量进行合理客观的对比。 第一．传统的API指数评价制度具有较大的局限性，其主要原因是API空气质量分级制具有跨度较大的特点，举例来说，以可吸入颗粒物或二氧化硫为最大污染物计算，API数值51到100都属于二级,对应的日均浓度值是51到150微克/立方米。这种分级制度对观测数据进行了较大幅度的简化，分级制的数据较为简洁，仅以级次衡量城市的空气质量水平，有利于部分问题的决策，但是，这种简化的级次评分制浪费了大量的观测信息，不适合对一个城市的空气质量进行长期的管理，评价，与预测，更不利于对城市空气质量进行细致客观的评价与城市之间污染程度的对比。 所以，新的评价体制应该充分地考虑到对信息的最大程度利用与对空气质量的综合客观分析。 第二．空气污染程度的评价最为直观与简便的方法是计算观测时间区间上的平均值，但是这种简便的数据处理方法具有较大的局限性，结合污染物种类与API 观测数据值分析，问题可以归结为基于API数据的综合评价问题，故可以引进综合评价问题的方法对平均值计算法进行适当的修正与改进，建立基于综合评价方法的评分体制，对空气质量进行评分与排序。 第三．这个对空气质量的综合排名问题以不同种类的污染物的API数值为基础，以对十个城市的污染程度进行综合排名为最终目的，具有一定的层次性，因此，还可以可以考虑建立以对十个城市的污染物排序为决策层，以不同种类的污染物API数据为准则层，以十个待评城市为方案层的选优排序问题，根据层次分析方法，确定方案层对决策层的“组合权重”，从而达到建立层次分析模型对十个城市污染程度进行综合排名的目的。 3.2 对成都11月份空气质量进行预测问题的分析 1）对成都十一月空气质量进行合理的预测，我们应该对数据进行有效的分析处理，考虑多方面因素，建立数学模型进行综合预测，通过对数据的初步观测，并作出成都市自2005年1月1至2010年11月4日的月平均API值折线图（如图3-1所示），我们发现，数据不具有很好的规律性，无法用一个确定的函数去描述，又通过对问题的分析，我们认为对空气质量的预测问题是一个针对环境系统的预测问题，而环境系统具有系统内部作用因素较多，系统内部各因素作用关系复杂的特点，因此，针对数据和问题的特点，我们考虑建立灰色预测模型，利用灰色系统分析方法，对数据进行有效利用，并作出最合理的预测。

空气质量模型

空气质量模型是用数学方法来模拟影响大气污染物的扩散和反应的物理和化学过程。基于输入的气象数据和污染源信息如排放率，烟囱高度等，这些模型可以模拟直接排入大气的一次污染物和由于复杂的化学反应形成的二次污染物。这些模型对空气质量管理是非常重要的，因为他们被许多机构用来测算源分担率，同时帮助制定有效的削减污染物排放的政策。例如空气质量模型可以用来预测一个新的污染源会不会达标排放，如果超标的话，还可以给出适当的控制措施。此外，空气质量模型还可以预测未来新的政策法规实施后的污染物的浓度。可以估计政策法规的有效性以及减少人类和环境暴露。 最常用的控制质量模型包括以下3类： 一。扩散模型。这些模型主要用来模拟污染源附近接收点的污染物浓度。 扩散模型运用数学公式可描绘污染物扩散过程，基于源强和气象数据，扩散模型可以用来预测下风向接收点的浓度。这些模型用来评估National Ambient Air Quality Standards (NAAQS), and other regulatory requirements such as New Source Review (NSR) and Prevention of Significant Deterioration (PSD) regulations的有效性。 扩散模型主要包括： 1.Aermod 模型系统 是稳态大气扩散模式，适用于地面源和抬升源，简单和复杂地形。 2.Calpuff模型系统 是非稳态大气扩散模式，适用于大范围传输和复杂地形。 3.BLP BLp是一个高斯烟流模型，适用于处理烟气抬升和下洗来自于固定线源 4.CALINE3 CALINE3 是一个稳定的高斯扩散模型，用来预测不是很复杂地形的区域的高速路下风向接收点的浓度 5.CAL3QHC/CAL3QHCR CAL3QHC基于CALINE3 开发，适用于十字路口的延误和排队等待。CAL3QHCR 是CAL3QHC 的精简版本 6.CTDMPLUS Complex Terrain Dispersion Model Plus Algorithms for Unstable Situations (CTDMPLUS) 是一个精简的点源高斯空气质量模型，适用于稳定气象条件和复杂地形，这个模型完全涵盖了稳定和中性气象条件。CTSCREEN 是一个the screening version of CTDMPLUS.

污染物扩散模型-深圳数学建模

赛区评阅编号（由赛区组委会填写）： 2015高教社杯全国大学生数学建模竞赛 承诺书 我们仔细阅读了《全国大学生数学建模竞赛章程》和《全国大学生数学建模竞赛参赛规则》（以下简称为“竞赛章程和参赛规则”，可从全国大学生数学建模竞赛网站下载）。 我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。 我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛章程和参赛规则的，如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。 我们郑重承诺，严格遵守竞赛章程和参赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛章程和参赛规则的行为，我们将受到严肃处理。 我们授权全国大学生数学建模竞赛组委会，可将我们的论文以任何形式进行公开展示（包括进行网上公示，在书籍、期刊和其他媒体进行正式或非正式发表等）。 我们参赛选择的题号（从A/B/C/D中选择一项填写）： C 我们的报名参赛队号（12位数字全国统一编号）： 参赛学校（完整的学校全称，不含院系名）：温州医科大学 参赛队员 (打印并签名) ：1. 章成俊 2. 杨超 3. 谢锦 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)： 日期：年月日

赛区评阅编号（由赛区组委会填写）： 2015高教社杯全国大学生数学建模竞赛 编号专用页 送全国评阅统一编号（由赛区组委会填写）： 全国评阅随机编号（由全国组委会填写）：

对垃圾处理厂污染的动态监控及居民补偿 摘要 城市垃圾处理问题是一个世界性难题。目前垃圾焚烧正逐步成为中国垃圾处理的主要手段之一。本论文构根据题目设置的垃圾处理厂规模，建立了环境动态监控体系，并根据潜在污染风险对周围居民进行了合理经济补偿的设计。 对于问题（1），为了实现对垃圾焚烧厂烟气排放及相关环境影响状况的动态监控，本论文在高斯烟羽模型的基础上进行改进，引入温度、降雨对污染物扩散的影响，建立了新的污染物扩散模型。本论文创新性的提出了风雨影响指数M,用来衡量风向、降雨对颗粒物扩散的影响。本论文将抽象的污染物含量形象化，利用空气污染指数API描述具体的污染程度及其给周围居民带来的影响。并且从不同角度给出了模型检验，验证了所建模型的准确性。 对于问题（1）具体赔偿方案的制定，在综合考虑了不同方位风向频率、受污染时间、受污染程度的基础上，本论文使用了层次分析法，并且进行了一致性检验，使得赔偿方案具有说服力。通过MATLAB编程，计算出当政府和垃圾处理厂共支付风险赔偿金为N时，得出居住地的每位居民应得的赔偿金额计算公式。对于监测点的设置，经计算共需21个，具体布置情况见后文。 对于问题（2），在题目所述的发生事故的情况下，对污染物的具体含量进行了合理的预测与假设。模拟出酸性物质与颗粒物的影响范围，并根据具体的污染程度设置不同的污染区。对每个污染区的不同情况设置更改监测点的设置，并且在问题（1）的基础上对居民的经济补偿进行合理修改。 关键词：高斯烟羽模型，层次分析法，空气污染指数，烟气抬升公式 一、问题重述 “垃圾围城”是世界性难题，在今天的中国显得尤为突出。数据显示，目前全国三分之二以上的城市面临“垃圾围城”问题，垃圾堆放累计侵占土地75万亩。因此，垃圾焚烧正逐步成为中国垃圾处理的主要手段之一。然而，由于政府监管不力、投资者目光短浅等多方面的原因，致使前些年各地建设的垃圾焚烧电厂在运营中出现了环境污染问题，给垃圾焚烧技术在我国的推广造成了很大阻力，许多城市的新建垃圾焚烧厂选址都出现因居民反对而难以落地的局面。在垃圾焚烧厂运行监管方面，目前主要是在垃圾焚烧厂内进行测量监控，缺少从周边环境视角出发的外围动态监控，因而难以形成为民众所信服的全方位垃圾焚烧厂环境监控体系。 深圳市某地点计划建立一个中型的垃圾焚烧厂，计划处理垃圾量1950吨/天（设置三台可处理垃圾650吨/天的焚烧炉，排烟口高度80米，每天24小时运转）。从构建环境动态监控体系、并根据潜在污染风险对周围居民进行合理经济补偿的需求出发，有关部门希望能综合考虑垃圾焚烧厂对周围带来环境污染以及其他危害的多种因素（例如，焚烧炉的污染物排放量、居住点离开垃圾焚烧厂的距离、风力和风向及降雨等气象条件、地形地貌以及建筑物的遮挡程度等等），在进行科学定量分析的基础

点污染源空气污染扩散模型

8 点、中午12 点、晚上9 点都没有排放气体，该怎么算，是不是需要找到一个关于时间t的函数，来计算多长时间之后污染还剩下多少 c=Q./(2*pi*sigy.*sigz*u+eps).*exp(-0.5*(y.^2)./((sigy+eps).^2)).*(exp(-0.5*(z-H).^2./((sigz+eps).^2))+exp(-0.5*(z+H).^2./((sigz+ eps).^2))); 这个函数对吗？该调用什么函数？ 问题： 建立单污染源空气污染扩散模型，描述其对周围空气污染的动态影响规律。 现有河北境内某一工厂废气排放烟囱高50m，主要排放物为氮氧化物。早上9 点至下午 3 点期间的排放浓度为406.92mg/m3，排放速度为1200m3 /h；晚上10 点-凌晨4 点期间 的排放浓度为1160mg/m3，排放速度为5700m3 /h；通过你的扩散模型求解该工厂方圆51 公里分别在早上浓度8 点、中午12 点、晚上9 点空气污染分布和空气质量等级。 源代码 clear all clc [x,y]=meshgrid(0:20:5100,0:20:5100); Q=135.64; z=1.5; H=50; u=1.94; sigy=0.3914238*x.^0.865014; sigz=0.0757182*x.^1.00770; c=Q./(2*pi*sigy.*sigz*u+eps).*exp(-0.5*(y.^2)./((sigy+eps).^2)).*(exp(-0.5*(z-H).^2./((sigz+eps).^2))+exp(-0.5*(z+H).^2./((sigz+ eps).^2))); mesh(x,y,c); xlabel('X'),ylabel('Y'),zlabel('C'), clear all clc [x,y]=meshgrid(-5100:20:5100,-5100:20:5100); Q=1836.7; z=1.5; H=50; u=1.7; sigy=0.3914238*x.^0.865014; sigz=0.0757182*x.^1.00770; c=Q./(2*pi*sigy.*sigz*u+eps).*exp(-0.5*(y.^2)./((sigy+eps).^2)).*(exp(-0.5*(z-H).^2./((sigz+eps).^2))+exp(-0.5*(z+H).^2./((sigz+ eps).^2))); mesh(x,y,c); xlabel('X'),ylabel('Y'),zlabel('C'), 分享到： 2015-05-29 16:32 提问者采纳 clear all [x,y]=meshgrid(-51000:100:51000,-51000:100:51000); Q=135.64; z=1.5; H=50; u=1.94; sigy=0.3914238*x.^0.865014;

空气质量模型

空气质量模型就是用数学方法来模拟影响大气污染物的扩散与反应的物理与化学过程。基于输入的气象数据与污染源信息如排放率,烟囱高度等,这些模型可以模拟直接排入大气的一次污染物与由于复杂的化学反应形成的二次污染物。这些模型对空气质量管理就是非常重要的,因为她们被许多机构用来测算源分担率,同时帮助制定有效的削减污染物排放的政策。例如空气质量模型可以用来预测一个新的污染源会不会达标排放,如果超标的话,还可以给出适当的控制措施。此外,空气质量模型还可以预测未来新的政策法规实施后的污染物的浓度。可以估计政策法规的有效性以及减少人类与环境暴露。 最常用的控制质量模型包括以下3类: 一。扩散模型。这些模型主要用来模拟污染源附近接收点的污染物浓度。 扩散模型运用数学公式可描绘污染物扩散过程,基于源强与气象数据,扩散模型可以用来预测下风向接收点的浓度。这些模型用来评估National Ambient Air Quality Standards (NAAQS), and other regulatory requirements such as New Source Review (NSR) and Prevention of Significant Deterioration (PSD) regulations的有效性。 扩散模型主要包括: 1、Aermod 模型系统 就是稳态大气扩散模式,适用于地面源与抬升源,简单与复杂地形。 2、Calpuff模型系统 就是非稳态大气扩散模式,适用于大范围传输与复杂地形。 3、BLP BLp就是一个高斯烟流模型,适用于处理烟气抬升与下洗来自于固定线源 4、CALINE3 CALINE3 就是一个稳定的高斯扩散模型,用来预测不就是很复杂地形的区域的高速路下风向接收点的浓度 5、CAL3QHC/CAL3QHCR CAL3QHC基于CALINE3 开发,适用于十字路口的延误与排队等待。CAL3QHCR 就是CAL3QHC 的精简版本 6、CTDMPLUS Complex Terrain Dispersion Model Plus Algorithms for Unstable Situations (CTDMPLUS) 就是一个精简的点源高斯空气质量模型,适用于稳定气象条件与复杂地形,这个模型完全涵盖了稳定与中性气象条件。CTSCREEN 就是一个the screening version of CTDMPLUS、

大气污染物扩散高斯模型模拟

大气污染物扩散的高斯模型模拟：可视化模拟点源大气污染的扩散Gaussian Atmospheric Dispersion Model 突发性大气污染事故时有发生，对大气污染扩散进行模拟和分析，有利于减小事故的危害，减轻人员伤亡和财产损失。高斯扩散模型是国际原子能机构(IAEA)推荐使用于重气云扩散模拟的数学模型,该模型在非重气云扩散的应用日益广泛。高斯扩散模型是描述大气对有害气体的输移、扩散和稀释作用的物理或数学模型,是进行灾害预测和救援指挥的有力手段之一。 高斯扩散模型 高斯模型又分为高斯烟团模型和高斯烟羽模型。大气污染物泄漏分为瞬时泄漏和连续泄漏，瞬时泄漏是指污染物泄放的时间相对于污染物扩散的时间较短如突发泄漏等的情形，连续泄漏则是指污染物泄放的时间较长的情形。瞬时泄漏采用高斯烟团模型模拟，而连续泄漏采用高斯模型烟羽模型模拟。高斯模型适用于非重气云气体，包括轻气云和中性气云气体。要求气体在扩散过程中，风速均匀稳定。 在高斯烟团模型中，选择风向建立坐标系统，即取泄漏源为坐标原点，x轴指向风向，y轴表示在水平面内与风向垂直的方向，z轴则指向与水平面垂直的方向，具体公式见式: (mg/s); x、y、z轴上的扩散系数，需根据大气稳定度选择参数计算得到(m)；x、y、z表示x、y、z上的坐标值(m)；u 表示平均风速(m/s)；t表示扩散时间(s)；H 表示泄漏源的高度(m)。 同理，高斯烟羽模型的表达式如： 技术方法 若用高斯模型算出空间每一个点在一个时刻的污染浓度，这个计算量是很大的。因此所设计的系统一般都是采用先进行图层网格化，由高斯模型计算出有限个网格点的上的污染物浓度，在进行空间内插得到面上每一个点的污染物浓度，并由此得到污染物浓度的等值线。整个过程的示意图如图所示

大气模型

大气模型发展简史与简介 By Laiwf | Published: 2010年04月16日 1.1 第一代空气质量模型―高斯模型和拉格朗日烟团轨迹模型 第一代空气质量模型主要包括了高斯扩散模型和拉格朗日轨迹模型。这两类模型都是利用风的运动轨迹来模拟近地层大气层中复杂的物理和化学过程。它的物理表述即模拟均匀混合的大气物质沿风向运动的情况。在大气物质从地面向高层运动的过程中，其运动规则受到垂直方向上风速以及温度的不均匀分布的影响而不断的发生变化。具体过程见图。 1 EIAA （典型高斯）适用于<50km的区域 EIAA大气环评助手“是宁波环科院六五软件工作室开发的软件。《 HJ/T2.2-93 环评导则–大气环境》、《JTJ005-96 公路建设项目环评规范-大气部分》，中国环境影响评价培训教材等文献中推荐的模型和计算方法作为主要框架，内容涵盖了导则中的全部要求，并进行了适当地拓展与加深。 可以处理点源、面源、体源、线源 对于预测计算结果，可以查看 §各接受点地面高程及其等高线图 §各接受点的背景浓度及其分布图 §各污染源的浓度和总的浓度及其分布图 §各污染源的分担率及其分布图 §各污染源或总的浓度的平均评价指数和超标面积

§还可以任意改变各污染源的排放率（排放强度）以观察不同排放率下的浓度变化情况 §也可查看任意一个横截面或竖截面上的浓度变化图 广泛应用的版本是EIAA2.5，EIAA2.6。版本中均有bug，大家谨慎使用。 2 aermod（稳态高斯）适用于<50km的区域 AERMOD由美国国家环保局联合美国气象学会组建法规模式改善委员会（AERMIC）开发。 AERMIC的目标是开发一个能完全替代ISC3的法规模型，新的法规模型将采用ISC3的输入与输出结构、应用最新的扩散理论和计算机技术更新ISC3 计算机程序、必须保证能够模拟目前ISC3能模拟的大气过程与排放源。 20世纪90年代中后期，法规模式改善委员会在美国国家环保局的财政支持下，成功开发出AERMOD扩散模型。 该系统以扩散统计理论为出发点，假设污染物的浓度分布在一定程度上服从高斯分布。模式系统可用于多种排放源（包括点源、面源和体源、线源）的排放，也适用于乡村环境和城市环境、平坦地形和复杂地形、地面源和高架源等多种排放扩散情形的模拟和预测。 Aermod作为正在开发的模型，模型中还存在bug，但其不在改进，而且模型在小范围预测的精准性是其他模型不能比拟的，模型需要地面气象数据、高空气象数据和地形数据（平坦地形不需要） 3 CALPUFF（不稳态高斯）对于比较大的区域

污染空气的扩散模型

放射性气体扩散的预估模型 摘要：由于放射性气体泄漏造成惨重损失的报道在国际屡见不鲜，近日日本福岛核电站的放射性气体的泄漏事件更让我们关注放射性气体泄漏时在环境中的浓度问题，为了今后事故发生后提供积极的补救措施, 所以对放射性气体的扩散作深入的研究是很有必要的。本文结合高斯烟羽模型、线性拟合，以及微分方程模型，运用MA TLAB软件，分析了泄漏源强度、风速、大气稳定度参数、地面粗糙度参数和计算精确度等的因素对放射性气体扩散的影响，预测了放射性气体浓度在不同时间，不同地区的浓度变化，并且本文模型中的数据可以根据不同的实际情况而加以改变，因而使本文的应用范围大大增加，可以适用于具有较强的应用性。文章首先在第一问中利用MA TLAB软件对数据进行线性拟合，采用微分方程模型得到核电站周边放射性气体在不同地区，不同时间段的浓度变化，得出随着离泄漏源距离的延伸，最终放射性物质的浓度越来越小，趋近于零，即当L趋向无穷是，C(x,y,z,t)趋向于零；当时间趋于无穷时,C（x,y,z,t）也趋于无穷。问题二，问题三中，建立以核电站周边不同地区得距离以及风速为因变量，设置各个主要因素的参考数据，同时，利用高斯烟羽模型对核电站周边地区的浓度进行预测，然后，利用MATLAB软件，将相关数据代入程序，我们得到核电站周边地区的浓度分布的等高曲线。问题四中，通过实际收集数据，集合核电站周边地区的浓度等高曲线，可以直观的看出日本福岛核电站对我国东海岸以及美国西海岸的影响。 一．问题的提出 1.1背景的介绍 目前，核电的发展给国家带来了巨大的经济效益和社会效益，但核电正常运行以及发生泄露时不可避免的会有气载放射性核素排出，这样就给周围的环境产生了一定的影响，因此，正确的测出大气中放射性物质的浓度在环境检测以及安全评估中具有重要意义。 1.2需要解决的问题 的放射性气体以匀速排出，设有一座核电站遇自然灾害发生泄漏，浓度为p 速度为m kg/s，在无风的情况下，匀速在大气中向四周扩散, 速度为s m/s. （1）请你建立一个描述核电站周边不同距离地区、不同时段放射性物质浓度的预测模型。 （2）当风速为k m/s时，给出核电站周边放射性物质浓度的变化情况。 （3）当风速为k m/s时，分别给出上风和下风L公里处，放射性物质浓度的预测模型。

CMAQ空气质量模型用户手册

CMAQ空气质量模型用户手册 版本5.0 CMAQ中文用户手册为初稿，翻译单位尚未对语言及专业性进行审核，因此本手册仅供用户参考，翻译单位不对其准确性负责。 本手册翻译纯属公益性工作，欢迎大家提出宝贵修改意见，以期通过社区 化的工作模式，共同完善。 不得用于商业传播

目录 第一章声明 (8) 第二章前言 (9) 第三章介绍 (10) 3.1 模型背景和目标 (10) 3.2 CMAQ系统组件综述 (13) 3.2.1 安装综述 (13) 3.2.2 配置选项 (14) 3.2.3 化学—传输模型概念公式 (14) 3.2.4 主要CMAQ程序总结介绍 (15) 3.3 CMAQ针对应用用户(application users)的特性 (18) 3.4 CMAQ针对空气质量模型开发者的特性 (18) 3.5 CMAQ版本5.0的新特色 (19) 3.5.1 气溶胶模块 (19) 3.5.2 气相化学 (19) 3.5.3 云模块 (20) 3.5.4垂直扩散 (20) 3.5.5 垂直平流 (21) 3.5.6 闪电NOx的产生 (21) 3.5.7 干沉降 (21) 3.5.8 结构性更新 (22) 3.5.9 多污染物模拟 (22) 3.5.10 双向耦合(Two-way Coupled)的WRF-CMAQ (22) 3.6 CMAQ版本5.0的不连续特色 (22) 3.7 CMAQ版本5.0已知事项 (22) 3.8 MCIP版本4.0中的新特色 (22) 3.9 关于此手册 (23) 3.10 （介绍章）参考文献 (24) 第四章CMAQ 模型系统的科学概述 (26) 4.1 实现CMAQ目标的特色 (27) 4.1.1 多污染物和多尺度 (27) 4.1.2 模块灵活性 (28) 4.1.3 主要质量控制特性 (29) 4.2 CMAQ输入参数处理器 (29) 4.2.1 MCIP:气象—化学接口处理器 (30) 4.2.2 ICON和BCON：初始和边界条件处理器 (31) 4.2.3 JPROC: 晴空光解速率计算器 (32) 4.2.4 CHEMMECH: 化学机理编译器 (33) 4.2.5 PROCAN: 过程分析前处理器 (34) 4.2.6 LTNG_2D_DA TA: 闪电计数前处理器 (35) 4.2.7 CALMAP：作物历地图前处理器 (35)

环境空气质量模型遴选工作指南(试行)编制说明

附件5 环境空气质量模型遴选工作指南（试行） （征求意见稿） 编制说明 环境保护部 2015年8月 —73—

项目负责人：李时蓓 工作指南名称：环境空气质量模型遴选工作指南 起草单位：中国环境科学研究院 环境保护部环境工程评估中心 环境保护部环境规划院 清华大学 主要起草人：孟凡李时蓓丁峰胡翠娟伯鑫易爱华胡京南唐伟何友江陈义珍 环境保护部科技标准司项目管理人：陈胜 —74—

目录 1任务来源 (76) 2指南编制单位 (76) 3工作指南制定背景与意义 (76) 3.1环境空气质量模型法规化建设背景 (76) 3.2国际环境空气质量法规模型体系建设现状 (77) 3.3国外环境空气质量法规性应用模型分类体系 (85) 3.4国内法规模型建设现状 (92) 4工作指南编制原则与技术依据 (93) 4.1编制原则 (93) 4.2主要技术依据 (93) 5技术方法与工作过程 (94) 5.1技术方法与路线 (94) 5.2主要编制工作过程 (95) 6主要内容及说明 (96) 6.1环境空气质量模型遴选 (96) 6.2模型遴选工作程序 (97) 6.3模型遴选材料要求 (99) 6.4环境空气质量模型验证技术方法 (100) 6.5模型综合评价 (107) 6.6指南附录 (110) 7指南实施建议 (110) —75—

环境空气质量模型遴选工作指南（试行） （征求意见稿） 编制说明 1任务来源 2013年，由环境保护部环境工程评估中心牵头，联合中国环境科学研究院、环境保护部环境规划院、清华大学共同承担环保公益性行业科研专项《国家环境质量模型法规化与标准化研究》（项目编号：201309062）。项目起止时间为2013年1月到2015年12月。 依托该项目，课题组研究了国际上主要发达国家大气和水的环境质量模型法规化制度建设现状，吸收并借鉴国外发达国家环境质量模型法规化、标准化建设内容、评价指标和认证制度，在调研我国环境质量模型实际需求的基础上，开展了我国环境质量模型法规化制度研究，提出了我国的环境质量法规模型发展方向，形成空气和水环境质量模型的评价指标和验证方法，为建立我国推荐模型（也称为法规模型）的认证制度奠定了基础。在此基础上，形成了《环境质量模型规范化管理暂行办法》（以下简称管理办法）以及《环境空气质量模型遴选工作指南（试行）》（以下简称工作指南）。 2指南编制单位 项目主要编制单位为：中国环境科学研究院、环境保护部环境工程评估中心、环境保护部环境规划院、清华大学。 中国科学院大气物理研究所、环境保护部环境标准研究所等单位给予了技术支持。 3工作指南制定背景与意义 3.1环境空气质量模型法规化建设背景 法规模型的确定往往需要通过多种途径，如国家建立模型评估指标和验证系统、公开发表的科学论文、研讨会等。为帮助各级政府方便和正确地应用法规模型，环保部门往往还建立模型的技术支持系统，提供培训、标准化污染源数据、气象数据、水文数据等，以及统一的前/后处理软件和图形软件，有些还包括进一步的分析软件如环 —76—

数学建模高斯扩散模型培训资料

数学建模高斯扩散模 型

§4-2高斯扩散模式 ū —平均风速； Q—源强是指污染物排放速率。与空气中污染物质的浓度成正比，它是研究空气污染问题的基础数据。通常： （ⅰ）瞬时点源的源强以一次释放的总量表示； （ⅱ）连续点源以单位时间的释放量表示； （ⅲ）连续线源以单位时间单位长度的排放量表示； （ⅳ）连续面源以单位时间单位面积的排放量表示。 δy—侧向扩散参数，污染物在y方向分布的标准偏差，是距离y的函数，m； δz—竖向扩散参数，污染物在z方向分布的标准偏差，是距离z的函数，m； 未知量—浓度c、待定函数A(x)、待定系数a、b； 式①、②、③、④组成一方程组，四个方程式有四个未知数，故方程式可解。 二、高斯扩散模式 （一）连续点源的扩散 连续点源一般指排放大量污染物的烟囱、放散管、通风口等。排放口安置在地面的称为地面点源，处于高空位置的称为高架点源。 1. 大空间点源扩散 高斯扩散公式的建立有如下假设：①风的平均流场稳定，风速均匀，风向平直；②污染物的浓度在y、z轴方向符合正态分布；③污染物在输送扩散中质量守恒； ④污染源的源强均匀、连续。 图5－9所示为点源的高斯扩散模式示意图。有效源位于坐标原点o处，平均风向与x轴平行，并与x轴正向同向。假设点源在没有任何障碍物的自由空间扩散，不考虑下垫面的存在。大气中的扩散是具有y与z两个坐标方向的二维正态分布，当两坐

标方向的随机变量独立时，分布密度为每个坐标方向的一维正态分布密度函数的乘积。由正态分布的假设条件②，参照正态分布函数的基本形式式（5－15），取μ＝0，则在点源下风向任一点的浓度分布函数为： （5－16）式中 C—空间点（x，y，z）的污染物的浓度，mg/m3； A（x）—待定函数； σy、σz—分别为水平、垂直方向的标准差，即y、x方向的扩散参数，m。 由守恒和连续假设条件③和④，在任一垂直于x轴的烟流截面上有： （5－17） 式中 q—源强，即单位时间内排放的污染物，μg/s； u—平均风速，m/s。 将式（5－16）代入式（5－17）, 由风速稳定假设条件①，A与y、z无关，考虑到③和④，积分可得待定函数A（x）： （5－18） 将式（5－18）代入式（5－16），得大空间连续点源的高斯扩散模式 （5－19） 式中，扩散系数σy、σz与大气稳定度和水平距离x有关，并随x的增大而增加。当y＝0，z＝0时，A（x）＝C（x，0,0），即A（x）为x轴上的浓度，也是垂直于x轴截面上污染物的最大浓度点C max。当x→∞，σy及σz→∞，则C→0，表明污染物以在大气中得以完全扩散。 2．高架点源扩散

环境空气质量模型遴选工作指南(试行)

附件4 环境空气质量模型遴选工作指南（试行） （征求意见稿） 1总则 1.1编制目的 为贯彻落实《国务院关于加强环境保护重点工作的意见》和《大气污染防治行动计划》，推进我国大气污染防治工作的进程，增强环境空气质量模拟工作的科学性、有效性和一致性，根据《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)《环境质量模型规范化管理暂行办法》及相关法律、法规、标准、文件，编制《环境空气质量模型遴选工作指南(试行)》(以下简称指南)。 1.2适用范围 本指南是遴选环境空气质量模型进入国家推荐模型名录的工作文件，适用于环境空气质量模型管理部门、模型专家委员会、模型专业委员会、模型研发单位等从事环境空气质量模型规范化管理的工作人员。 1.3编制依据 《中华人民共和国环境保护法》 《中华人民共和国大气污染防治法》 《大气污染防治行动计划》

《环境质量模型规范化管理暂行办法》 1.4术语与定义 模型评价指标：是指从模型准确性、易用性、成熟性等方面定出一系列指标，用于综合评价模型的优劣。 验证案例：是指通过现场实测等方法，获得污染源数据、气象数据、土地利用类型数据、地形数据和固定点的监测值等一整套验证数据，形成可供模型使用的输入数据，和与模型模拟结果相比较的监测浓度值。 模型科学性能验证：是指用本指南推荐验证案例或自主开展的验证案例对模型模拟结果进行对比的过程，验证方法一般采用统计学方法。 模型软件测试：是指在相同计算平台、验证案例和输入输出参数的条件下，对模型各项性能、参数、指标及模拟结果进行分项测试。 环境空气质量模型遴选工作：包括模型准确性验证、模型各项性能测试、模型综合指标评价，模型专业评审等遴选工作。 环境空气质量模型规范化：是指环境空气质量模型成为推荐模型的一系列的工作。主要工作包括模型遴选技术工作、模型被确定为推荐模型并发布等管理工作。 推荐模型：是由环境质量模型主管部门以推荐名录形式公开发布的模型。在编制环保政策与落实环保制度等行政与技术文件时，凡涉及环境质量模拟与评估相关工作的，都应优先使用推荐模型，包括推荐的模型参数与基础数据。 高斯模型（烟团、烟流模型）：非网格、简化的输送扩散算法、没有复杂化学机理、一般处理局地尺度。