AERMOD与CALPUFF模型在某核基地环境影响评价中的应用

侯连娇++陈凌++程卫亚++宋卫杰

摘 要：AERMOD与CALPUFF为我国《环境影响评价技术导则-大气环境》（HJ2.2-2008）中推荐的预测模式，二者在适用条件、应用尺度、气象与地形预处理等方面各有优势。本研究采用两个模式对某核基地内烟囱排放的放射性气态流出物进行模拟，比较二者模拟结果可以得出，在污染源、预测范围以及计算网格相同的情况下，两者的模拟结果相近，没有数量级的差别，在该基地的适用性均较好。

关键词：AERMOD；CALPUFF；环境影响评价

引言

AERMOD模式为稳态高斯烟羽模型，适用于评价范围小于50公里的近场项目[1]，该模型以扩散统计理论为出发点，假设污染物的浓度分布在一定范围内符合正态分布，适用于农村或城市地区、简单或复杂地形[2]。

CALPUFF模型为三维非稳态拉格朗日烟团扩散模式，是美国国家环保局（USEPA）长期支持开发的法规导则模型。适用于几十米至几百千米评价范围的大气质量模拟，也适用于小范围的复杂风场的大气质量模拟。

本研究针对2010年北京某核基地内烟囱排放的放射性气态流出物，选取同一时间段、同样的计算参数，利用AERMOD与CALPUFF模式进行扩散模拟，通过模拟结果的对比分析，判断二者在该基地的适用性，也为以后该基地环境监测及环境评价工作中模型的选取提供实例支持。

1 国内外研究现状

现阶段AERMOD模式应用相对广泛，而CALPUFF在国内的应用多以科研为主，应用于环境影响评价、大气风险评价、尤其是核设施领域的放射性核素的扩散模拟等领域的相对较少，有待进一步推广。

国内AERMOD与CALPUFF模式在常规工况下的大气扩散模拟评价已有一些应用与开发，例如：栾忠庆等[3]分析了AERMOD和CALPUFF对同一项目模拟结果的异同；杨多兴等[4]与赵亮[5]都利用CALPUFF模式与中尺度氣象模式MM5进行空气污染的模拟；伯鑫[6]建立了CALPUFF动态可视化系统以及CALPUFF-AERMOD耦合系统；崔慧玲[7]在CALPUFF的基础上加入了对放射性核素的放射性衰减的模拟计算与干湿沉积参数，并建立了事故情况下的剂量估算模式。

2 计算参数

2.1 气象数据

本研究拟利用CALPUFF与AERMOD模型模拟计算2010年全年共8760个小时的数据，其中：

AERMOD模型采用的地面数据来自基地气象监测站，包括逐时的风速、风向、温度、气压、总云量、低云量，探空数据来自北京市气象局，包括1000、850、700、500、200百帕的温度、露点温度、位势高度、风速、风向。CALPUFF模型采用的地面数据来自基地气象监测站（同AERMOD模型中地面气象数据）以及北京市气象局，包括逐时的风速、风向、云底高度、温度、相对湿度、气压、总云量、低云量。探空数据同AERMOD模式中的探空数据。CALPUFF与AERMOD模型使用的地形高程与用地类型数据均来自美国土地局官网。

2.2 污染源数据

两种模型采用完全相同的污染源，均为基地内1#烟囱排放的60Co，排放量均设置为1g/s。

2.3 预测范围与网格设置

两种模型模拟大气预测范围相同，均以1#烟囱为中心点，东西方向为X轴、南北方向为Y轴，边长20×20km的矩形所包含的范围。两种模型计算网格均采取近密远疏的布设方法，大范围的网格精度为500m，厂区附近3×3km的区域采用100m格距的加密网格。

2.4 其他参数

CALPUFF不考虑MESOPUFFⅡ化学转化，不考虑干湿沉降，不考虑建筑物下洗。AERMOD不考虑干湿沉降，不考虑建筑物下洗。

2.5 模拟计算内容

年均、日均、小时最大落地浓度，对应的时间以及与1#烟囱的相对位置。

3 模拟结果分析

两个模型模拟的最大年均、日均、小时平均浓度及出现位置、时间分别见表1、表2。

通过模拟结果可以看出，两种模型模拟的最大小时均值、最大日均、年均值结果相近，没有数量级的差别。但两种模型模拟的小时、日均最大浓度并不出现在同一天，并且最大落地浓度距离源的位置不同。这主要是因为两者使用的气象条件并不完全相同，AERMOD模型只考虑一个地面站，而CALPUFF模型考虑了两个地面站共同作用。

4 结束语

由预测结果的对比分析可以看出，在预测范围、计算网格、污染源以及运算周期相同的情况下，CALPUFF与AERMOD模式的预测结果相近，没有数量级的差别，AERMOD的模拟结果比CALPUFF的模拟结果偏保守。在本研究中，CALPUFF模式没有考虑MESOPUFFⅡ化学转化，也不涉及到海岸效应的影响，CALPUFF模式没有发挥出其优势，因此CALPUFF与AERMOD模式在该基地的适用性均较好。而对于大尺度区域、复杂地形、沿海等项目，CALPUFF模式相比AERMOD模式模拟结果可能更准确。

污染物在大气环境中的迁移扩散是一个复杂的过程，国内的应用研究主要受实测探空数据和监测数据的限制。本论文只是通过CALPUFF与AERMOD在近场预测结果做了初步对比分析。若要进行进一步适用性研究，需要收集更准确、实时的气象数据进行模拟计算。

参考文献

[1]国家环境保护部.HJ2.2-2008.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，2008.

[2]丁峰，李时蓓，蔡芳.AERMOD在国内环境影响评价中的实例验证与应用[J].环境污染与防治，2007，12：953-957.

[3]栾忠庆，肖勇，孟凡伟.AERMOD与CALPUFF模型在环境影响评价中的应用与比较[J].

[4]杨多兴，韩永伟，拓学森.门头沟生态区排放的大气颗粒物输送的模拟研究[J].西南大学学报（自然科学版），2007（5）.

[5]赵亮.CALPUFF在重庆市主城区空气质量预报中的初步应用[D].

重庆：西南大学，2013.

[6]伯鑫.CALPUFF系统应用研究[D].天津：南开大学，2009.

[7]崔慧玲.CALPUFF模式用于放射性核素不同尺度的迁移扩散研究[D].山西：太原理工大学，2012.