CMAQ、CAMx、 WRF-CHEM模式
多尺度嵌 套
IIASA-RAINS 模式
几百到几 千公里
可模拟二氧化硫、氮氧 化物及颗粒物的浓度及 沉降过程，主要侧重于 酸沉降模拟
可模拟多种大气污染问 题，适用于长三角、珠 三角及京津冀等区域性 大气环境模拟 可模拟多种大气污染问 题，适用于城市尺度大 气污染问题的模拟
原则3：淡化“绝对值”，注重“变化值及相对值”，同时充
分利
用现有监测数据；
原则4：模型模拟结果的验证应淡化“时间”序列验证，强化 “空间”点位的趋势性验证。
2、CMAQ模型在规划中的使用流程
2.1 为什么使用CMAQ模型
区域大气污染特征：一次污染二次污染复合、区域 间相互影响； CMAQ模型的特征 ：可一次性模拟多种大气环境问 题，特别是区域复合型大气污染，如：O3、PM2.5及酸 雨等环境问题。
（1）排放清单编制—模型模拟的关键所在！ 高化学分别率、高空间分辨率、高时间分辨率；
（2）mm5/wrf气象模型
基于Linux操作系统，模型为源码形式、无界面，需重
新编译，计算量及数据量大，且模拟参数复杂；
（3）CMAQ空气质量模型
基于Linux操作系统，模型为源码形式、无界面，需重
新编译；计算量及数据量大，需并行计算；海量模拟数据后 分析同样较为复杂。

识别重点控制单元
为确定环境质量目标提供依据
4.1 污染空间分布及区域传输特征—分区管理

污染严重的地区—敏感受体
哪些地方污染严重？这些地方的首要污染因子？采取怎
样有针对性的保护措施？—重点保护对象

贡献较大的地区—敏感源头 区域污染的主要来源？哪些城市是主要污染贡献者？对重 点单元提出限制新建重污染项目、划分禁燃区、实施煤
多种环 境问题
2.4 CMAQ模型在规划中使用的技术路线
模拟方案或控制情景 污染源普查 VOCs调研数据 其它研究数据 高解析度排放清单 高分辨率气象场 污染源排放数据 Mm5/wrf模型 NCEP再分析资料 本地气象观测数据 地形地貌数据
CMAQ模型
SO2
NO2
PM10
PM2.5
O3
环境质量模拟结果分析
炭总量控制等具体要求—重点控制区

区域污染传输通道—输送通道 识别区域内大气污染传输通道，输送规律，从区域整体角 度优化布局，优化监测点位。
4.2 识别重点控制单元—城市传输矩阵，区域 布局优化
行业 城市1 城市2 城市3 等等
城市1
城市贡献率 以国控监测点位进行 统计
城市2
城市3
等等
4.3 识别重点控制行业—行业传输矩阵，重点 行业重点控制
2009年污染源普查数据
VOCs实际调研数据
地方环保局
地方环保局 http://www.cgrer.uiowa .edu/EMISSION_DATA_new /index_16.html http://www.cgrer.uiowa .edu/EMISSION_DATA/ind ex_16.htm http://www.geiacenter. org/ 地方气象局 中国环境监测总站 中国环境监测总站
1.1 空气质量模型的定义
空气质量模型是运用气象学原理，用数学方法模 拟从污染源排放到环境空气中的污染物浓度。一般考
虑了以下大气过程：排放（人为和生物源排放）、输
送（水平平流和垂直对流）、扩散（水平和垂直扩 散）、化学转化（气相和液相化学反应）、清除机制 （干湿沉降）。
1.2 空气质量模型的作用
空气质量模型是确定“质量目标”与“控制措施”间定量
CALPUFF模式
几十到几 百公里
Aermod模式 adms模式
几公里到 几十公里
1.6 空气质量模型存在的不确定性
排放清单的不确定性：排放清单的不确定性是影响空气质
量模型的最主要因素。短期内尚无法全面、准确的掌握各 类污染源的排放信息及排放特征；
气象模型的不确定性
：气象模型是通过数学方法对大气
因此，选择CMAQ模型模拟区域大气环境污染特
征，为区域联防联控规划提供技术支撑。
2.2 CMAQ模型的技术框架
活动水平 气象观测数据
排放清单处 理模块 边值条件 边值模块 BCON 初值模块 ICON 光解速率模块 JPROC 化学输送模块 CCTM
MM5模型
初值条件 光解速率
气象-化学预处理模块 MCIP
及化学过程。
1.4 空气质量扩散模型的分类

按模拟尺度分：全球尺度、区域尺度、城市尺度、多尺度嵌 套； 按模型的应用分：单一要素模型（仅用于模拟某种环境问 题）、光化学模型（用于模拟光化学污染）、大气一体化模 型(CMAQ)；


按照计算方法分：统计、高斯、拉格朗日、欧氏模型、欧拉 模型；

按照发展阶段分：第一代、第二代、第三代（CMAx、 CMAQ）。
MODEL3/CMAQ模型在区域联防
联控规划中的应用及实例
薛文博 环境保护部环境规划院 2010年12月23日
提纲
科学认识并使用空气质量模型 CMAQ模型在规划中的使用流程 CMAQ模型所需输入数据
CMAQ模型应解决的主要问题 CMAQ应用实例—“举一反三” CALPUFF模型简要使用说明
1、正确认识空气质量模型
1.5 常用的空气质量模型/气象模型
模型类型 mm5/WRF模式 适用尺度 多尺度嵌 套 应用领域 分析大气污染物传输路 径；为空气质量模型模 拟气象场资料 可系统模拟多种尺度、 多种大气污染问题，特 别适用于光化学污染过 程的模拟 优缺点 计算所需时间较长，技术难度较 大；可与大多数空气质量模型对 接 目前最先进的空气质量模型；所 需基础资料难获得；计算所需时 间长；多应用于科研领域，我国 在环境规划及管理中的应用案例 较少 所需资料易获得，计算时间较长， 应用较广泛；不能模拟光化学污 染过程 所需资料易获得，计算时间适中， 应用较广泛；对于光化学污染过 程模拟过于简化 所需资料易获得，计算时间适中， 广泛应用于城市尺度模拟；对于 光化学污染过程模拟过于简化

模拟内容：电力行业SO2、NOx、PM等污染物协同控制究竟 能取得多大的环境效益？评估指标包括“PM2.5浓度、N沉
降、S沉降”三项。
5.2 本案例技术路线
电力行业SO2、NOx、PM排放情景 基准情景 减排情景1 减排情景2 减排情景3 基准年工业源排放清单 各情景对应电力行业多污染物排放状况 基准年交通源排放清单 基准年生活源排放清单
机理
污 染 源
扩散模型 受体模型
环境 质量
统计
（1）受体模型-统计模型
利用统计学方法，分析污染源化学组分与空气质量化学 组分之间的关联性，从而建立“源”与“质量”之间的响 应关系—主要用于颗粒物源解析（如：CMB模型）。
（2）扩散模型-机理模型
基于大气物理、大气化学等理论，从而建立“源”与
“质量”之间的响应关系—主要用于模拟气态污染物的物理
行业 城市1 城市2 城市3 等等
行业1
行业贡献率
行业2
以国控监测点位进行统 计
行业3
等等
4.4 为确定环境质量目标提供依据

首先：依据模型模拟结果，有针对性的确定“十二五”区 域总量控制目标及减排项目清单；

其次：基于减排项目清单，预测环境质量改善幅度（百分
比）；依据2010年监测值推断2015年环境质量目标值；
空间分布特征
城市间传输关系
行业贡献率
控制区划分、分区管理
识别重点控制单元
识别重点控制行业
“十二五”总量减排 技术指南
区域总量控制目标分配方法 （重点突出、分区要求）
综合考虑环境质量、经 济、技术及产业政策要求
编制各地区、各行业工程项目清单 CMAQ模拟项目实施后的环境效果
为确定空气质量目标提供依据
2.5 技术流程中的难点—后续案例将详细阐述
3、CMAQ所需输入数据
3.1 CMAQ模型所需关键数据

污染源排放数据 气象场资料 环境质量监测数据
对于任何一个空气质量模型，上分类 主要数据 数据用途 编制SO2、NOx、PM排放清单 及机动车排放清单 编制人为源VOCs排放清单 编制人为源VOCs排放清单 数据来源
化关系，促使大气污染防治模式由“总量控制” 向“总量质
量双控制”模式过渡，采取“以空气质量改善为核心的大气污 染防治思路”的技术保障：

分析大气污染成因 、机制及特征 识别重点污染行业—基于浓度贡献率 识别重点污染区域 —基于浓度贡献率 环境规划情景分析

环境规划效益评估
1.3 空气质量模型类别—机理模型与统计模型
编制多污染物高 解析度排放清单 是模拟关键！
综合排放清单 （涵盖各行业、各污染物）
CMAQ区域复合型模型
Mm5中尺度气象模型
不同减排方案环境质量模拟结果
SO2浓度
NO2浓度
PM2.5浓度
N沉降
S沉降
对比、评估不同减排方案的环境效益
5.3 模拟情景设计—好的情景是前提
电力行业减排方案
情境方案 2008年（万t） 2015年（万t） 2020年（万t）
臭氧监测点位小时监测数据
年份 省份 城市 点位名称 经度 纬度 O3逐时监测值
PM2.5监测点位年均监测数据
年份 省份 城市 点位名称 经度 纬度 PM2.5 年均值
﹡注：提供2005年-2009年5年的监测数据
4、CMAQ模拟应解决的主要问题

各污染物浓度空间分布及传输特征
识别重点控制行业

环境质 量数据
3.2 污染源普查数据需求
工业源主要数据内容—数据特点：均有经纬度