CALPUFF模型在贵州某复杂地形区域某项目环境影响评价中的应用

王艳妮　王金乐　辛亚蒲　顾会明

摘要：指出了环境空气评价的技术方法和预测模型均有很多，其应用的条件各有不同。CALPUFF模型作为一种预测模型，在复杂地形的预测中具有其独特的优越性。采用CALPUFF模型预测了贵州某复杂地形区域某项目对环境空气的影响，得到了较好的结果，为当地的环境管理提供科学依据。

关键词：CALPUFF模型；环境空气影响评价；复杂地形；应用分析

中图分类号：X820文献标识码：A文章编号：1674—9944（2014）09—0225—03

1引言

CALPUFF是多层、多种非定场烟团的扩散模式，用于模拟在时空变化的气象条件下对污染物输送、转化和清除的影响[1，2]，CALPUFF适用于50m到几百公里范围内的模拟尺度，包括近距离模拟的计算功能，如次层网格尺度的影响（如地形的影响），还包括了长距离模拟的计算功能。目前CALPUFF模型已广泛用于大气模拟，且得到较好的结果[3～6]。贵州某煤化工项目，评价区域地形复杂，评价范围较大，采用了CALPUFF模型进行评价。

2研究区域和项目概况

贵州某煤化工项目位于贵州省毕节地区织金县，项目中心坐标为东经10575°，北纬2690°，区域属山区地形，区域气候的山谷效应比较明显，常年平均风速23m/s，年主导风为NE，平均气温141℃，年平均相对湿度82%，年均降水量14441mm，日照11722h。

评价范围，以项目区中心为原点，东西向为X坐标轴，南北向为Y坐标轴，以30km为边长的矩形。评价范围面积为900km2。

3CALPUFF评价模型

CALPUFF 是一个烟团扩散模型系统，可模拟三维流场随时间和空间发生变化时污染物的输送、转化和清除过程。该模式适用于从50m到几百公里范围内的模拟尺度。该模式包括了近距离模拟的计算功能，如建筑物下洗、烟羽抬升、排气筒雨帽效应、部分烟羽穿透、次层网格尺度的地形和海陆的相互影响、地形的影响；还包括长距离模拟的计算功能，如干、湿沉降的污染物清除、化学转化、垂直风切变效应、跨越水面的传输、薰烟效应、以及颗粒物浓度对能见度的影响。

CALPUFF模式系统包括3个主要部分：CALMET，CALPUFF和CALPOST。此外还包括大批预处理程序，用来将常规气象数据和地理数据按照模式要求的标准进行格式转换。CALMET是一个在三维网格化的模式区域中的逐时风场、温度场气象模型。CALMET还可生成相关的二维数据场，包括混合层高度、地面参数、扩散特征等。CALPUFF是一个传输和扩散模式，模拟污染物作为烟团从模式源排放后的平流沿途扩散和转化过程。模拟中使用的典型流场就来自CALMET，也可来自无网格化的气象数据-类似于烟羽模式。选定的气象场的时～空变化在整个模拟过程中都直接结合在烟团分布的结果中。CALPUFF最原始的输出文件包括给定的接受地点上的逐时浓度或逐时的沉降通量。PRTMET和CALPOST则用来对这些结果进行加工，制成表格说明模拟结果，例如筛选每个接受点上的最大和次大的3h平均浓度等。

CALPUFF 适用于下列条件：①点源、体源、面源、线源；②污染物排放随时间变化；③复杂风场；④输入气象数据是经CALMET 预处理后的随时间、空间变化的气象场。

4模型参数选取与条件处理

4.1计算点

预测范围内的网格点以及区域最大地面浓度点，评价区预测网格点间距为200m。

4.2源参数

项目主要排放源参数见表1。

4.3气象条件

使用MM5/CALMET/CALPUFF系统。其中，中尺度模式MM5输出的逐时气象资料，作为第一猜测场，边界层模式CALMET利用高精度的地形和土地利用资料，依据边界层动力、热力学理论对风温场做进一步的诊断分析，以获取包含当地地形和下垫面作用的高精度气象场驱动污染物扩散数值模式CALPUFF。

MM5模式中尺度数值模式采用了三重嵌套（DOMAIN1、DOMAIN2、DOMAIN2），东西从X1到X2，南北从Y1到Y2，水平网格距分别为9km、3km、1km，垂直方向23层，中心经纬度为105.78°E，27.40°N，格点数为60×60、70×70、70×70，积分步长为60s。运算时间为2009年1月1日00时至2011年12月31日23时。背景气象要素资料使用2009年1月1日00时至2011年12月31日23时，每天间隔6h的T213分析和预报产品，客观分析资料使用国家气象中心发布的每天2次的高空和每天8次的地面原始报文资料，此报文资料是经过解报、检误、逐步订正分析得到。

CALMET边界层风场诊断模式，计算区域大于等于评价范围，依据计算区水平网格距为0.2km，垂直方向10层（0，20，40，80，160，300，600，1000，1500，2200，3000m）。运算时间为2009年1月1日00时至2011年12月31日23时。使用MM5 DOMAIN3的输出结果。

4.4地形数据

5贵州某复杂地形区域某项目环境空气影响预测及分析

对评价区某煤化工项目主要大气污染物SO2、NOX、NO2、H2SO4、PM10和NH3进行了浓度预测，预测内容为：①三年逐时气象条件下，评价范围内的最大地面小时浓度；②三年逐日气象条件下，评价范围内的最大地面日均浓度；③长期气象条件下，评价范围内的最大地面年均浓度。预测结果见表2。

（1）项目投产后，正常排放时，各污染物对评价区有一定影响，在评价区内，SO2、NOX和NO2h最大落地预测浓度值均低于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标准，H2SO4和NH3h最大落地预测浓度值均低于《工业企业设计卫生标准》居住区最高容许浓度。

（2）在评价区内，PM10、SO2、NOX和NO2日均最大落地预测浓度值均低于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标准，H2SO4日均最大落地预测浓度值低于《工业企业设计卫生标准》居住区最高容许浓度。

（3）在评价区内，PM10、SO2、NOX和NO2年均最大落地预测浓度均低于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标准，均未超标。

6结语

运用CALPUFF模型对贵州某复杂地形区域某煤化工项目进行了环境空气预测评价和分析，充分利用了CALPUFF模式在三维流场随时间和空间变化过程的优越性，能够科学和准确地预测复杂风场下，项目对大气环境的影响。研究结果显示，贵州省某复杂地形区域某煤化工项目对环境空气影响在可控范围内，为当地的环境管理提供科学依据。

参考文献：

[1] 邹伟.CALPUFF模型在洋浦区域环境空气影响评价中的应用[J].环境科学与管理，2010，35（10）：186～189.

[2] 伯鑫，丁峰，徐鹤，等.大气扩散CALPUFF模型技术综述[J].环境监测管理与技术，2009，21（3）：9～13.

[3] 王红磊，钱骏，廖瑞雪，等.CALPUFF模型在大气环境容量测算中的应用研究[J].环境科学与管理，2008，33（12）：169～172.

[4] 邹旭东，杨洪斌，刘玉彻.CALPUFF在沈阳地区大气污染模拟研究中的应用[J].气象与环境学报，2008，24（6）：24～28.

[5] 杨文婷，潘文斌，石成春.CALPUFF模型研究中文文献统计与分析[J].环境科学与管理，2013，38（10）：100～104.

[6] 刘梦，伯鑫.CALPUFF-AERMOD大气预测模式耦合系统[J].环境科学与管理，2012，37（7）：100～123.endprint

摘要：指出了环境空气评价的技术方法和预测模型均有很多，其应用的条件各有不同。CALPUFF模型作为一种预测模型，在复杂地形的预测中具有其独特的优越性。采用CALPUFF模型预测了贵州某复杂地形区域某项目对环境空气的影响，得到了较好的结果，为当地的环境管理提供科学依据。

关键词：CALPUFF模型；环境空气影响评价；复杂地形；应用分析

中图分类号：X820文献标识码：A文章编号：1674—9944（2014）09—0225—03

1引言

CALPUFF是多层、多种非定场烟团的扩散模式，用于模拟在时空变化的气象条件下对污染物输送、转化和清除的影响[1，2]，CALPUFF适用于50m到几百公里范围内的模拟尺度，包括近距离模拟的计算功能，如次层网格尺度的影响（如地形的影响），还包括了长距离模拟的计算功能。目前CALPUFF模型已广泛用于大气模拟，且得到较好的结果[3～6]。贵州某煤化工项目，评价区域地形复杂，评价范围较大，采用了CALPUFF模型进行评价。

2研究区域和项目概况

贵州某煤化工项目位于贵州省毕节地区织金县，项目中心坐标为东经10575°，北纬2690°，区域属山区地形，区域气候的山谷效应比较明显，常年平均风速23m/s，年主导风为NE，平均气温141℃，年平均相对湿度82%，年均降水量14441mm，日照11722h。

评价范围，以项目区中心为原点，东西向为X坐标轴，南北向为Y坐标轴，以30km为边长的矩形。评价范围面积为900km2。

3CALPUFF评价模型

CALPUFF 是一个烟团扩散模型系统，可模拟三维流场随时间和空间发生变化时污染物的输送、转化和清除过程。该模式适用于从50m到几百公里范围内的模拟尺度。该模式包括了近距离模拟的计算功能，如建筑物下洗、烟羽抬升、排气筒雨帽效应、部分烟羽穿透、次层网格尺度的地形和海陆的相互影响、地形的影响；还包括长距离模拟的计算功能，如干、湿沉降的污染物清除、化学转化、垂直风切变效应、跨越水面的传输、薰烟效应、以及颗粒物浓度对能见度的影响。

CALPUFF模式系统包括3个主要部分：CALMET，CALPUFF和CALPOST。此外还包括大批预处理程序，用来将常规气象数据和地理数据按照模式要求的标准进行格式转换。CALMET是一个在三维网格化的模式区域中的逐时风场、温度场气象模型。CALMET还可生成相关的二维数据场，包括混合层高度、地面参数、扩散特征等。CALPUFF是一个传输和扩散模式，模拟污染物作为烟团从模式源排放后的平流沿途扩散和转化过程。模拟中使用的典型流场就来自CALMET，也可来自无网格化的气象数据-类似于烟羽模式。选定的气象场的时～空变化在整个模拟过程中都直接结合在烟团分布的结果中。CALPUFF最原始的输出文件包括给定的接受地点上的逐时浓度或逐时的沉降通量。PRTMET和CALPOST则用来对这些结果进行加工，制成表格说明模拟结果，例如筛选每个接受点上的最大和次大的3h平均浓度等。

CALPUFF 适用于下列条件：①点源、体源、面源、线源；②污染物排放随时间变化；③复杂风场；④输入气象数据是经CALMET 预处理后的随时间、空间变化的气象场。

4模型参数选取与条件处理

4.1计算点

预测范围内的网格点以及区域最大地面浓度点，评价区预测网格点间距为200m。

4.2源参数

项目主要排放源参数见表1。

4.3气象条件

使用MM5/CALMET/CALPUFF系统。其中，中尺度模式MM5输出的逐时气象资料，作为第一猜测场，边界层模式CALMET利用高精度的地形和土地利用资料，依据边界层动力、热力学理论对风温场做进一步的诊断分析，以获取包含当地地形和下垫面作用的高精度气象场驱动污染物扩散数值模式CALPUFF。

MM5模式中尺度数值模式采用了三重嵌套（DOMAIN1、DOMAIN2、DOMAIN2），东西从X1到X2，南北从Y1到Y2，水平网格距分别为9km、3km、1km，垂直方向23层，中心经纬度为105.78°E，27.40°N，格点数为60×60、70×70、70×70，积分步长为60s。运算时间为2009年1月1日00时至2011年12月31日23时。背景气象要素资料使用2009年1月1日00时至2011年12月31日23时，每天间隔6h的T213分析和预报产品，客观分析资料使用国家气象中心发布的每天2次的高空和每天8次的地面原始报文资料，此报文资料是经过解报、检误、逐步订正分析得到。

CALMET边界层风场诊断模式，计算区域大于等于评价范围，依据计算区水平网格距为0.2km，垂直方向10层（0，20，40，80，160，300，600，1000，1500，2200，3000m）。运算时间为2009年1月1日00时至2011年12月31日23时。使用MM5 DOMAIN3的输出结果。

4.4地形数据

5贵州某复杂地形区域某项目环境空气影响预测及分析

对评价区某煤化工项目主要大气污染物SO2、NOX、NO2、H2SO4、PM10和NH3进行了浓度预测，预测内容为：①三年逐时气象条件下，评价范围内的最大地面小时浓度；②三年逐日气象条件下，评价范围内的最大地面日均浓度；③长期气象条件下，评价范围内的最大地面年均浓度。预测结果见表2。

（1）项目投产后，正常排放时，各污染物对评价区有一定影响，在评价区内，SO2、NOX和NO2h最大落地预测浓度值均低于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标准，H2SO4和NH3h最大落地预测浓度值均低于《工业企业设计卫生标准》居住区最高容许浓度。

（2）在评价区内，PM10、SO2、NOX和NO2日均最大落地预测浓度值均低于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标准，H2SO4日均最大落地预测浓度值低于《工业企业设计卫生标准》居住区最高容许浓度。

（3）在评价区内，PM10、SO2、NOX和NO2年均最大落地预测浓度均低于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标准，均未超标。

6结语

运用CALPUFF模型对贵州某复杂地形区域某煤化工项目进行了环境空气预测评价和分析，充分利用了CALPUFF模式在三维流场随时间和空间变化过程的优越性，能够科学和准确地预测复杂风场下，项目对大气环境的影响。研究结果显示，贵州省某复杂地形区域某煤化工项目对环境空气影响在可控范围内，为当地的环境管理提供科学依据。

参考文献：

[1] 邹伟.CALPUFF模型在洋浦区域环境空气影响评价中的应用[J].环境科学与管理，2010，35（10）：186～189.

[2] 伯鑫，丁峰，徐鹤，等.大气扩散CALPUFF模型技术综述[J].环境监测管理与技术，2009，21（3）：9～13.

[3] 王红磊，钱骏，廖瑞雪，等.CALPUFF模型在大气环境容量测算中的应用研究[J].环境科学与管理，2008，33（12）：169～172.

[4] 邹旭东，杨洪斌，刘玉彻.CALPUFF在沈阳地区大气污染模拟研究中的应用[J].气象与环境学报，2008，24（6）：24～28.

[5] 杨文婷，潘文斌，石成春.CALPUFF模型研究中文文献统计与分析[J].环境科学与管理，2013，38（10）：100～104.

[6] 刘梦，伯鑫.CALPUFF-AERMOD大气预测模式耦合系统[J].环境科学与管理，2012，37（7）：100～123.endprint

摘要：指出了环境空气评价的技术方法和预测模型均有很多，其应用的条件各有不同。CALPUFF模型作为一种预测模型，在复杂地形的预测中具有其独特的优越性。采用CALPUFF模型预测了贵州某复杂地形区域某项目对环境空气的影响，得到了较好的结果，为当地的环境管理提供科学依据。

关键词：CALPUFF模型；环境空气影响评价；复杂地形；应用分析

中图分类号：X820文献标识码：A文章编号：1674—9944（2014）09—0225—03

1引言

CALPUFF是多层、多种非定场烟团的扩散模式，用于模拟在时空变化的气象条件下对污染物输送、转化和清除的影响[1，2]，CALPUFF适用于50m到几百公里范围内的模拟尺度，包括近距离模拟的计算功能，如次层网格尺度的影响（如地形的影响），还包括了长距离模拟的计算功能。目前CALPUFF模型已广泛用于大气模拟，且得到较好的结果[3～6]。贵州某煤化工项目，评价区域地形复杂，评价范围较大，采用了CALPUFF模型进行评价。

2研究区域和项目概况

贵州某煤化工项目位于贵州省毕节地区织金县，项目中心坐标为东经10575°，北纬2690°，区域属山区地形，区域气候的山谷效应比较明显，常年平均风速23m/s，年主导风为NE，平均气温141℃，年平均相对湿度82%，年均降水量14441mm，日照11722h。

评价范围，以项目区中心为原点，东西向为X坐标轴，南北向为Y坐标轴，以30km为边长的矩形。评价范围面积为900km2。

3CALPUFF评价模型

CALPUFF 是一个烟团扩散模型系统，可模拟三维流场随时间和空间发生变化时污染物的输送、转化和清除过程。该模式适用于从50m到几百公里范围内的模拟尺度。该模式包括了近距离模拟的计算功能，如建筑物下洗、烟羽抬升、排气筒雨帽效应、部分烟羽穿透、次层网格尺度的地形和海陆的相互影响、地形的影响；还包括长距离模拟的计算功能，如干、湿沉降的污染物清除、化学转化、垂直风切变效应、跨越水面的传输、薰烟效应、以及颗粒物浓度对能见度的影响。

CALPUFF模式系统包括3个主要部分：CALMET，CALPUFF和CALPOST。此外还包括大批预处理程序，用来将常规气象数据和地理数据按照模式要求的标准进行格式转换。CALMET是一个在三维网格化的模式区域中的逐时风场、温度场气象模型。CALMET还可生成相关的二维数据场，包括混合层高度、地面参数、扩散特征等。CALPUFF是一个传输和扩散模式，模拟污染物作为烟团从模式源排放后的平流沿途扩散和转化过程。模拟中使用的典型流场就来自CALMET，也可来自无网格化的气象数据-类似于烟羽模式。选定的气象场的时～空变化在整个模拟过程中都直接结合在烟团分布的结果中。CALPUFF最原始的输出文件包括给定的接受地点上的逐时浓度或逐时的沉降通量。PRTMET和CALPOST则用来对这些结果进行加工，制成表格说明模拟结果，例如筛选每个接受点上的最大和次大的3h平均浓度等。

CALPUFF 适用于下列条件：①点源、体源、面源、线源；②污染物排放随时间变化；③复杂风场；④输入气象数据是经CALMET 预处理后的随时间、空间变化的气象场。

4模型参数选取与条件处理

4.1计算点

预测范围内的网格点以及区域最大地面浓度点，评价区预测网格点间距为200m。

4.2源参数

项目主要排放源参数见表1。

4.3气象条件

使用MM5/CALMET/CALPUFF系统。其中，中尺度模式MM5输出的逐时气象资料，作为第一猜测场，边界层模式CALMET利用高精度的地形和土地利用资料，依据边界层动力、热力学理论对风温场做进一步的诊断分析，以获取包含当地地形和下垫面作用的高精度气象场驱动污染物扩散数值模式CALPUFF。

MM5模式中尺度数值模式采用了三重嵌套（DOMAIN1、DOMAIN2、DOMAIN2），东西从X1到X2，南北从Y1到Y2，水平网格距分别为9km、3km、1km，垂直方向23层，中心经纬度为105.78°E，27.40°N，格点数为60×60、70×70、70×70，积分步长为60s。运算时间为2009年1月1日00时至2011年12月31日23时。背景气象要素资料使用2009年1月1日00时至2011年12月31日23时，每天间隔6h的T213分析和预报产品，客观分析资料使用国家气象中心发布的每天2次的高空和每天8次的地面原始报文资料，此报文资料是经过解报、检误、逐步订正分析得到。

CALMET边界层风场诊断模式，计算区域大于等于评价范围，依据计算区水平网格距为0.2km，垂直方向10层（0，20，40，80，160，300，600，1000，1500，2200，3000m）。运算时间为2009年1月1日00时至2011年12月31日23时。使用MM5 DOMAIN3的输出结果。

4.4地形数据

5贵州某复杂地形区域某项目环境空气影响预测及分析

对评价区某煤化工项目主要大气污染物SO2、NOX、NO2、H2SO4、PM10和NH3进行了浓度预测，预测内容为：①三年逐时气象条件下，评价范围内的最大地面小时浓度；②三年逐日气象条件下，评价范围内的最大地面日均浓度；③长期气象条件下，评价范围内的最大地面年均浓度。预测结果见表2。

（1）项目投产后，正常排放时，各污染物对评价区有一定影响，在评价区内，SO2、NOX和NO2h最大落地预测浓度值均低于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标准，H2SO4和NH3h最大落地预测浓度值均低于《工业企业设计卫生标准》居住区最高容许浓度。

（2）在评价区内，PM10、SO2、NOX和NO2日均最大落地预测浓度值均低于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标准，H2SO4日均最大落地预测浓度值低于《工业企业设计卫生标准》居住区最高容许浓度。

（3）在评价区内，PM10、SO2、NOX和NO2年均最大落地预测浓度均低于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标准，均未超标。

6结语

运用CALPUFF模型对贵州某复杂地形区域某煤化工项目进行了环境空气预测评价和分析，充分利用了CALPUFF模式在三维流场随时间和空间变化过程的优越性，能够科学和准确地预测复杂风场下，项目对大气环境的影响。研究结果显示，贵州省某复杂地形区域某煤化工项目对环境空气影响在可控范围内，为当地的环境管理提供科学依据。

参考文献：

[1] 邹伟.CALPUFF模型在洋浦区域环境空气影响评价中的应用[J].环境科学与管理，2010，35（10）：186～189.

[2] 伯鑫，丁峰，徐鹤，等.大气扩散CALPUFF模型技术综述[J].环境监测管理与技术，2009，21（3）：9～13.

[3] 王红磊，钱骏，廖瑞雪，等.CALPUFF模型在大气环境容量测算中的应用研究[J].环境科学与管理，2008，33（12）：169～172.

[4] 邹旭东，杨洪斌，刘玉彻.CALPUFF在沈阳地区大气污染模拟研究中的应用[J].气象与环境学报，2008，24（6）：24～28.

[5] 杨文婷，潘文斌，石成春.CALPUFF模型研究中文文献统计与分析[J].环境科学与管理，2013，38（10）：100～104.

[6] 刘梦，伯鑫.CALPUFF-AERMOD大气预测模式耦合系统[J].环境科学与管理，2012，37（7）：100～123.endprint