CALPUFF模型在貴州某復雜地形區域某項目環境影響評價中的應用

王艷妮　王金樂　辛亞蒲　顧會明

摘要：指出了環境空氣評價的技術方法和預測模型均有很多，其應用的條件各有不同。CALPUFF模型作為一種預測模型，在復雜地形的預測中具有其獨特的優越性。采用CALPUFF模型預測了貴州某復雜地形區域某項目對環境空氣的影響，得到了較好的結果，為當地的環境管理提供科學依據。

關鍵詞：CALPUFF模型；環境空氣影響評價；復雜地形；應用分析

中圖分類號：X820文獻標識碼：A文章編號：1674—9944（2014）09—0225—03

1引言

CALPUFF是多層、多種非定場煙團的擴散模式，用于模擬在時空變化的氣象條件下對污染物輸送、轉化和清除的影響[1，2]，CALPUFF適用于50m到幾百公里范圍內的模擬尺度，包括近距離模擬的計算功能，如次層網格尺度的影響（如地形的影響），還包括了長距離模擬的計算功能。目前CALPUFF模型已廣泛用于大氣模擬，且得到較好的結果[3～6]。貴州某煤化工項目，評價區域地形復雜，評價范圍較大，采用了CALPUFF模型進行評價。

2研究區域和項目概況

貴州某煤化工項目位于貴州省畢節地區織金縣，項目中心坐標為東經10575°，北緯2690°，區域屬山區地形，區域氣候的山谷效應比較明顯，常年平均風速23m/s，年主導風為NE，平均氣溫141℃，年平均相對濕度82%，年均降水量14441mm，日照11722h。

評價范圍，以項目區中心為原點，東西向為X坐標軸，南北向為Y坐標軸，以30km為邊長的矩形。評價范圍面積為900km2。

3CALPUFF評價模型

CALPUFF 是一個煙團擴散模型系統，可模擬三維流場隨時間和空間發生變化時污染物的輸送、轉化和清除過程。該模式適用于從50m到幾百公里范圍內的模擬尺度。該模式包括了近距離模擬的計算功能，如建筑物下洗、煙羽抬升、排氣筒雨帽效應、部分煙羽穿透、次層網格尺度的地形和海陸的相互影響、地形的影響；還包括長距離模擬的計算功能，如干、濕沉降的污染物清除、化學轉化、垂直風切變效應、跨越水面的傳輸、薰煙效應、以及顆粒物濃度對能見度的影響。

CALPUFF模式系統包括3個主要部分：CALMET，CALPUFF和CALPOST。此外還包括大批預處理程序，用來將常規氣象數據和地理數據按照模式要求的標準進行格式轉換。CALMET是一個在三維網格化的模式區域中的逐時風場、溫度場氣象模型。CALMET還可生成相關的二維數據場，包括混合層高度、地面參數、擴散特征等。CALPUFF是一個傳輸和擴散模式，模擬污染物作為煙團從模式源排放后的平流沿途擴散和轉化過程。模擬中使用的典型流場就來自CALMET，也可來自無網格化的氣象數據-類似于煙羽模式。選定的氣象場的時～空變化在整個模擬過程中都直接結合在煙團分布的結果中。CALPUFF最原始的輸出文件包括給定的接受地點上的逐時濃度或逐時的沉降通量。PRTMET和CALPOST則用來對這些結果進行加工，制成表格說明模擬結果，例如篩選每個接受點上的最大和次大的3h平均濃度等。

CALPUFF 適用于下列條件：①點源、體源、面源、線源；②污染物排放隨時間變化；③復雜風場；④輸入氣象數據是經CALMET 預處理后的隨時間、空間變化的氣象場。

4模型參數選取與條件處理

4.1計算點

預測范圍內的網格點以及區域最大地面濃度點，評價區預測網格點間距為200m。

4.2源參數

項目主要排放源參數見表1。

4.3氣象條件

使用MM5/CALMET/CALPUFF系統。其中，中尺度模式MM5輸出的逐時氣象資料，作為第一猜測場，邊界層模式CALMET利用高精度的地形和土地利用資料，依據邊界層動力、熱力學理論對風溫場做進一步的診斷分析，以獲取包含當地地形和下墊面作用的高精度氣象場驅動污染物擴散數值模式CALPUFF。

MM5模式中尺度數值模式采用了三重嵌套（DOMAIN1、DOMAIN2、DOMAIN2），東西從X1到X2，南北從Y1到Y2，水平網格距分別為9km、3km、1km，垂直方向23層，中心經緯度為105.78°E，27.40°N，格點數為60×60、70×70、70×70，積分步長為60s。運算時間為2009年1月1日00時至2011年12月31日23時。背景氣象要素資料使用2009年1月1日00時至2011年12月31日23時，每天間隔6h的T213分析和預報產品，客觀分析資料使用國家氣象中心發布的每天2次的高空和每天8次的地面原始報文資料，此報文資料是經過解報、檢誤、逐步訂正分析得到。

CALMET邊界層風場診斷模式，計算區域大于等于評價范圍，依據計算區水平網格距為0.2km，垂直方向10層（0，20，40，80，160，300，600，1000，1500，2200，3000m）。運算時間為2009年1月1日00時至2011年12月31日23時。使用MM5 DOMAIN3的輸出結果。

4.4地形數據

5貴州某復雜地形區域某項目環境空氣影響預測及分析

對評價區某煤化工項目主要大氣污染物SO2、NOX、NO2、H2SO4、PM10和NH3進行了濃度預測，預測內容為：①三年逐時氣象條件下，評價范圍內的最大地面小時濃度；②三年逐日氣象條件下，評價范圍內的最大地面日均濃度；③長期氣象條件下，評價范圍內的最大地面年均濃度。預測結果見表2。

（1）項目投產后，正常排放時，各污染物對評價區有一定影響，在評價區內，SO2、NOX和NO2h最大落地預測濃度值均低于《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）二級標準，H2SO4和NH3h最大落地預測濃度值均低于《工業企業設計衛生標準》居住區最高容許濃度。

（2）在評價區內，PM10、SO2、NOX和NO2日均最大落地預測濃度值均低于《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）二級標準，H2SO4日均最大落地預測濃度值低于《工業企業設計衛生標準》居住區最高容許濃度。

（3）在評價區內，PM10、SO2、NOX和NO2年均最大落地預測濃度均低于《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）二級標準，均未超標。

6結語

運用CALPUFF模型對貴州某復雜地形區域某煤化工項目進行了環境空氣預測評價和分析，充分利用了CALPUFF模式在三維流場隨時間和空間變化過程的優越性，能夠科學和準確地預測復雜風場下，項目對大氣環境的影響。研究結果顯示，貴州省某復雜地形區域某煤化工項目對環境空氣影響在可控范圍內，為當地的環境管理提供科學依據。

參考文獻：

[1] 鄒偉.CALPUFF模型在洋浦區域環境空氣影響評價中的應用[J].環境科學與管理，2010，35（10）：186～189.

[2] 伯鑫，丁峰，徐鶴，等.大氣擴散CALPUFF模型技術綜述[J].環境監測管理與技術，2009，21（3）：9～13.

[3] 王紅磊，錢駿，廖瑞雪，等.CALPUFF模型在大氣環境容量測算中的應用研究[J].環境科學與管理，2008，33（12）：169～172.

[4] 鄒旭東，楊洪斌，劉玉徹.CALPUFF在沈陽地區大氣污染模擬研究中的應用[J].氣象與環境學報，2008，24（6）：24～28.

[5] 楊文婷，潘文斌，石成春.CALPUFF模型研究中文文獻統計與分析[J].環境科學與管理，2013，38（10）：100～104.

[6] 劉夢，伯鑫.CALPUFF-AERMOD大氣預測模式耦合系統[J].環境科學與管理，2012，37（7）：100～123.endprint

摘要：指出了環境空氣評價的技術方法和預測模型均有很多，其應用的條件各有不同。CALPUFF模型作為一種預測模型，在復雜地形的預測中具有其獨特的優越性。采用CALPUFF模型預測了貴州某復雜地形區域某項目對環境空氣的影響，得到了較好的結果，為當地的環境管理提供科學依據。

關鍵詞：CALPUFF模型；環境空氣影響評價；復雜地形；應用分析

中圖分類號：X820文獻標識碼：A文章編號：1674—9944（2014）09—0225—03

1引言

CALPUFF是多層、多種非定場煙團的擴散模式，用于模擬在時空變化的氣象條件下對污染物輸送、轉化和清除的影響[1，2]，CALPUFF適用于50m到幾百公里范圍內的模擬尺度，包括近距離模擬的計算功能，如次層網格尺度的影響（如地形的影響），還包括了長距離模擬的計算功能。目前CALPUFF模型已廣泛用于大氣模擬，且得到較好的結果[3～6]。貴州某煤化工項目，評價區域地形復雜，評價范圍較大，采用了CALPUFF模型進行評價。

2研究區域和項目概況

貴州某煤化工項目位于貴州省畢節地區織金縣，項目中心坐標為東經10575°，北緯2690°，區域屬山區地形，區域氣候的山谷效應比較明顯，常年平均風速23m/s，年主導風為NE，平均氣溫141℃，年平均相對濕度82%，年均降水量14441mm，日照11722h。

評價范圍，以項目區中心為原點，東西向為X坐標軸，南北向為Y坐標軸，以30km為邊長的矩形。評價范圍面積為900km2。

3CALPUFF評價模型

CALPUFF 是一個煙團擴散模型系統，可模擬三維流場隨時間和空間發生變化時污染物的輸送、轉化和清除過程。該模式適用于從50m到幾百公里范圍內的模擬尺度。該模式包括了近距離模擬的計算功能，如建筑物下洗、煙羽抬升、排氣筒雨帽效應、部分煙羽穿透、次層網格尺度的地形和海陸的相互影響、地形的影響；還包括長距離模擬的計算功能，如干、濕沉降的污染物清除、化學轉化、垂直風切變效應、跨越水面的傳輸、薰煙效應、以及顆粒物濃度對能見度的影響。

CALPUFF模式系統包括3個主要部分：CALMET，CALPUFF和CALPOST。此外還包括大批預處理程序，用來將常規氣象數據和地理數據按照模式要求的標準進行格式轉換。CALMET是一個在三維網格化的模式區域中的逐時風場、溫度場氣象模型。CALMET還可生成相關的二維數據場，包括混合層高度、地面參數、擴散特征等。CALPUFF是一個傳輸和擴散模式，模擬污染物作為煙團從模式源排放后的平流沿途擴散和轉化過程。模擬中使用的典型流場就來自CALMET，也可來自無網格化的氣象數據-類似于煙羽模式。選定的氣象場的時～空變化在整個模擬過程中都直接結合在煙團分布的結果中。CALPUFF最原始的輸出文件包括給定的接受地點上的逐時濃度或逐時的沉降通量。PRTMET和CALPOST則用來對這些結果進行加工，制成表格說明模擬結果，例如篩選每個接受點上的最大和次大的3h平均濃度等。

CALPUFF 適用于下列條件：①點源、體源、面源、線源；②污染物排放隨時間變化；③復雜風場；④輸入氣象數據是經CALMET 預處理后的隨時間、空間變化的氣象場。

4模型參數選取與條件處理

4.1計算點

預測范圍內的網格點以及區域最大地面濃度點，評價區預測網格點間距為200m。

4.2源參數

項目主要排放源參數見表1。

4.3氣象條件

使用MM5/CALMET/CALPUFF系統。其中，中尺度模式MM5輸出的逐時氣象資料，作為第一猜測場，邊界層模式CALMET利用高精度的地形和土地利用資料，依據邊界層動力、熱力學理論對風溫場做進一步的診斷分析，以獲取包含當地地形和下墊面作用的高精度氣象場驅動污染物擴散數值模式CALPUFF。

MM5模式中尺度數值模式采用了三重嵌套（DOMAIN1、DOMAIN2、DOMAIN2），東西從X1到X2，南北從Y1到Y2，水平網格距分別為9km、3km、1km，垂直方向23層，中心經緯度為105.78°E，27.40°N，格點數為60×60、70×70、70×70，積分步長為60s。運算時間為2009年1月1日00時至2011年12月31日23時。背景氣象要素資料使用2009年1月1日00時至2011年12月31日23時，每天間隔6h的T213分析和預報產品，客觀分析資料使用國家氣象中心發布的每天2次的高空和每天8次的地面原始報文資料，此報文資料是經過解報、檢誤、逐步訂正分析得到。

CALMET邊界層風場診斷模式，計算區域大于等于評價范圍，依據計算區水平網格距為0.2km，垂直方向10層（0，20，40，80，160，300，600，1000，1500，2200，3000m）。運算時間為2009年1月1日00時至2011年12月31日23時。使用MM5 DOMAIN3的輸出結果。

4.4地形數據

5貴州某復雜地形區域某項目環境空氣影響預測及分析

對評價區某煤化工項目主要大氣污染物SO2、NOX、NO2、H2SO4、PM10和NH3進行了濃度預測，預測內容為：①三年逐時氣象條件下，評價范圍內的最大地面小時濃度；②三年逐日氣象條件下，評價范圍內的最大地面日均濃度；③長期氣象條件下，評價范圍內的最大地面年均濃度。預測結果見表2。

（1）項目投產后，正常排放時，各污染物對評價區有一定影響，在評價區內，SO2、NOX和NO2h最大落地預測濃度值均低于《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）二級標準，H2SO4和NH3h最大落地預測濃度值均低于《工業企業設計衛生標準》居住區最高容許濃度。

（2）在評價區內，PM10、SO2、NOX和NO2日均最大落地預測濃度值均低于《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）二級標準，H2SO4日均最大落地預測濃度值低于《工業企業設計衛生標準》居住區最高容許濃度。

（3）在評價區內，PM10、SO2、NOX和NO2年均最大落地預測濃度均低于《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）二級標準，均未超標。

6結語

運用CALPUFF模型對貴州某復雜地形區域某煤化工項目進行了環境空氣預測評價和分析，充分利用了CALPUFF模式在三維流場隨時間和空間變化過程的優越性，能夠科學和準確地預測復雜風場下，項目對大氣環境的影響。研究結果顯示，貴州省某復雜地形區域某煤化工項目對環境空氣影響在可控范圍內，為當地的環境管理提供科學依據。

參考文獻：

[1] 鄒偉.CALPUFF模型在洋浦區域環境空氣影響評價中的應用[J].環境科學與管理，2010，35（10）：186～189.

[2] 伯鑫，丁峰，徐鶴，等.大氣擴散CALPUFF模型技術綜述[J].環境監測管理與技術，2009，21（3）：9～13.

[3] 王紅磊，錢駿，廖瑞雪，等.CALPUFF模型在大氣環境容量測算中的應用研究[J].環境科學與管理，2008，33（12）：169～172.

[4] 鄒旭東，楊洪斌，劉玉徹.CALPUFF在沈陽地區大氣污染模擬研究中的應用[J].氣象與環境學報，2008，24（6）：24～28.

[5] 楊文婷，潘文斌，石成春.CALPUFF模型研究中文文獻統計與分析[J].環境科學與管理，2013，38（10）：100～104.

[6] 劉夢，伯鑫.CALPUFF-AERMOD大氣預測模式耦合系統[J].環境科學與管理，2012，37（7）：100～123.endprint

摘要：指出了環境空氣評價的技術方法和預測模型均有很多，其應用的條件各有不同。CALPUFF模型作為一種預測模型，在復雜地形的預測中具有其獨特的優越性。采用CALPUFF模型預測了貴州某復雜地形區域某項目對環境空氣的影響，得到了較好的結果，為當地的環境管理提供科學依據。

關鍵詞：CALPUFF模型；環境空氣影響評價；復雜地形；應用分析

中圖分類號：X820文獻標識碼：A文章編號：1674—9944（2014）09—0225—03

1引言

CALPUFF是多層、多種非定場煙團的擴散模式，用于模擬在時空變化的氣象條件下對污染物輸送、轉化和清除的影響[1，2]，CALPUFF適用于50m到幾百公里范圍內的模擬尺度，包括近距離模擬的計算功能，如次層網格尺度的影響（如地形的影響），還包括了長距離模擬的計算功能。目前CALPUFF模型已廣泛用于大氣模擬，且得到較好的結果[3～6]。貴州某煤化工項目，評價區域地形復雜，評價范圍較大，采用了CALPUFF模型進行評價。

2研究區域和項目概況

貴州某煤化工項目位于貴州省畢節地區織金縣，項目中心坐標為東經10575°，北緯2690°，區域屬山區地形，區域氣候的山谷效應比較明顯，常年平均風速23m/s，年主導風為NE，平均氣溫141℃，年平均相對濕度82%，年均降水量14441mm，日照11722h。

評價范圍，以項目區中心為原點，東西向為X坐標軸，南北向為Y坐標軸，以30km為邊長的矩形。評價范圍面積為900km2。

3CALPUFF評價模型

CALPUFF 是一個煙團擴散模型系統，可模擬三維流場隨時間和空間發生變化時污染物的輸送、轉化和清除過程。該模式適用于從50m到幾百公里范圍內的模擬尺度。該模式包括了近距離模擬的計算功能，如建筑物下洗、煙羽抬升、排氣筒雨帽效應、部分煙羽穿透、次層網格尺度的地形和海陸的相互影響、地形的影響；還包括長距離模擬的計算功能，如干、濕沉降的污染物清除、化學轉化、垂直風切變效應、跨越水面的傳輸、薰煙效應、以及顆粒物濃度對能見度的影響。

CALPUFF模式系統包括3個主要部分：CALMET，CALPUFF和CALPOST。此外還包括大批預處理程序，用來將常規氣象數據和地理數據按照模式要求的標準進行格式轉換。CALMET是一個在三維網格化的模式區域中的逐時風場、溫度場氣象模型。CALMET還可生成相關的二維數據場，包括混合層高度、地面參數、擴散特征等。CALPUFF是一個傳輸和擴散模式，模擬污染物作為煙團從模式源排放后的平流沿途擴散和轉化過程。模擬中使用的典型流場就來自CALMET，也可來自無網格化的氣象數據-類似于煙羽模式。選定的氣象場的時～空變化在整個模擬過程中都直接結合在煙團分布的結果中。CALPUFF最原始的輸出文件包括給定的接受地點上的逐時濃度或逐時的沉降通量。PRTMET和CALPOST則用來對這些結果進行加工，制成表格說明模擬結果，例如篩選每個接受點上的最大和次大的3h平均濃度等。

CALPUFF 適用于下列條件：①點源、體源、面源、線源；②污染物排放隨時間變化；③復雜風場；④輸入氣象數據是經CALMET 預處理后的隨時間、空間變化的氣象場。

4模型參數選取與條件處理

4.1計算點

預測范圍內的網格點以及區域最大地面濃度點，評價區預測網格點間距為200m。

4.2源參數

項目主要排放源參數見表1。

4.3氣象條件

使用MM5/CALMET/CALPUFF系統。其中，中尺度模式MM5輸出的逐時氣象資料，作為第一猜測場，邊界層模式CALMET利用高精度的地形和土地利用資料，依據邊界層動力、熱力學理論對風溫場做進一步的診斷分析，以獲取包含當地地形和下墊面作用的高精度氣象場驅動污染物擴散數值模式CALPUFF。

MM5模式中尺度數值模式采用了三重嵌套（DOMAIN1、DOMAIN2、DOMAIN2），東西從X1到X2，南北從Y1到Y2，水平網格距分別為9km、3km、1km，垂直方向23層，中心經緯度為105.78°E，27.40°N，格點數為60×60、70×70、70×70，積分步長為60s。運算時間為2009年1月1日00時至2011年12月31日23時。背景氣象要素資料使用2009年1月1日00時至2011年12月31日23時，每天間隔6h的T213分析和預報產品，客觀分析資料使用國家氣象中心發布的每天2次的高空和每天8次的地面原始報文資料，此報文資料是經過解報、檢誤、逐步訂正分析得到。

CALMET邊界層風場診斷模式，計算區域大于等于評價范圍，依據計算區水平網格距為0.2km，垂直方向10層（0，20，40，80，160，300，600，1000，1500，2200，3000m）。運算時間為2009年1月1日00時至2011年12月31日23時。使用MM5 DOMAIN3的輸出結果。

4.4地形數據

5貴州某復雜地形區域某項目環境空氣影響預測及分析

對評價區某煤化工項目主要大氣污染物SO2、NOX、NO2、H2SO4、PM10和NH3進行了濃度預測，預測內容為：①三年逐時氣象條件下，評價范圍內的最大地面小時濃度；②三年逐日氣象條件下，評價范圍內的最大地面日均濃度；③長期氣象條件下，評價范圍內的最大地面年均濃度。預測結果見表2。

（1）項目投產后，正常排放時，各污染物對評價區有一定影響，在評價區內，SO2、NOX和NO2h最大落地預測濃度值均低于《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）二級標準，H2SO4和NH3h最大落地預測濃度值均低于《工業企業設計衛生標準》居住區最高容許濃度。

（2）在評價區內，PM10、SO2、NOX和NO2日均最大落地預測濃度值均低于《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）二級標準，H2SO4日均最大落地預測濃度值低于《工業企業設計衛生標準》居住區最高容許濃度。

（3）在評價區內，PM10、SO2、NOX和NO2年均最大落地預測濃度均低于《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）二級標準，均未超標。

6結語

運用CALPUFF模型對貴州某復雜地形區域某煤化工項目進行了環境空氣預測評價和分析，充分利用了CALPUFF模式在三維流場隨時間和空間變化過程的優越性，能夠科學和準確地預測復雜風場下，項目對大氣環境的影響。研究結果顯示，貴州省某復雜地形區域某煤化工項目對環境空氣影響在可控范圍內，為當地的環境管理提供科學依據。

參考文獻：

[1] 鄒偉.CALPUFF模型在洋浦區域環境空氣影響評價中的應用[J].環境科學與管理，2010，35（10）：186～189.

[2] 伯鑫，丁峰，徐鶴，等.大氣擴散CALPUFF模型技術綜述[J].環境監測管理與技術，2009，21（3）：9～13.

[3] 王紅磊，錢駿，廖瑞雪，等.CALPUFF模型在大氣環境容量測算中的應用研究[J].環境科學與管理，2008，33（12）：169～172.

[4] 鄒旭東，楊洪斌，劉玉徹.CALPUFF在沈陽地區大氣污染模擬研究中的應用[J].氣象與環境學報，2008，24（6）：24～28.

[5] 楊文婷，潘文斌，石成春.CALPUFF模型研究中文文獻統計與分析[J].環境科學與管理，2013，38（10）：100～104.

[6] 劉夢，伯鑫.CALPUFF-AERMOD大氣預測模式耦合系統[J].環境科學與管理，2012，37（7）：100～123.endprint