教你玩转新大气导则『估算模式』，这些参数可以控制结果……

新大气导则推荐估算模式AERSCREEN参数敏感性分析

作者 | 陈陆霞 等

摘   要

针对新一代大气污染估算模式AERSCREEN中，面源初始垂向扩散参数、城市人口参数、土地利用类型参数没有明确定义的情况。通过设置不同长宽的面污染源，选取最大小时浓度和最大小时浓度出现的点距污染源距离为考察指标，采用正交试验法，分析了这3个参数对预测结果的影响，并且给出了3个参数如何选择更为合理的建议，以期为模型应用提供参考。

1.参数选择

笔者在运行AERSCREEN的过程中发现，所需输入的大多数参数都是比较明确的，但是有三个参数，AERSCREEN用户手册中并没有给出明确的定义和取值方法，分别是：面源初始垂向扩散参数；城市选项下的城市人口参数和土地利用类型参数（水体、阔叶林、针叶林、沼泽、农田、草地、城市、荒漠）。因此本文选取以上三个参数进行敏感性分析。

2.参数敏感性分析

2.1基本参数

本次敏感性分析选用项目属于化工石化类，项目位于城市区域，简单地形，最高环境温度为325.6K，最低环境温度为258.2K，区域湿度为中等湿度，不考虑海岸线熏烟。项目污染源选择面源，详细信息见表 1。

表 1 项目污染源基本参数表

Table 1 Basic parameters of pollution source

2.2变量参数

由于AERSCREEN耦合了AERMOD 的相关内核，根据aermod userguide中关于面源初始垂向扩散参数的描述，该参数的取值可以参照体源、线源中的取值。参照体源初始垂向扩散参数的取值方式，本文对面源初始垂向扩散参数取值进行研究，由于aerscreen计算过程中不考虑建筑情况，因此选择以源高度/2.15和源高度/4.3为中心点的四个值。

关于城市人口，根据项目所在区域的实际情况，并结合城市人口不得≤100人的要求，分别选择101（最小值）、78000（园区内人口）、156000（项目所在县人口）、396000（项目所在市区人口）参数值。

关于土地利用类型参数，笔者通过大量的前期试验，确定选取对预测结果影响较大、具有代表性的四种土地利用类型：水体、阔叶林、沼泽、城市进行进一步分析。 

综上所述，本次研究选用的三因素四水平正交实验表设计如表 2所示，忽略各影响因素之间的相互作用，实验以最大小时浓度（ug/m3）、最大小时浓度出现的点距污染源距离（m）（以下简称“距污染源距离”）为考察指标. 

表 2 四因素三水平正交实验表

Table 2 orthogonal experiment of four factors and three levels

2.3正交实验结果及分析

根据正交试验表 2进行计算，对正交试验结果进行计算并作极差分析，分析结果如表 3所示，并绘制趋势图（见图 1和图 2）。

表 3 各指标的参数敏感性分析(ug/m3)

Table 3 Statisties of forecasting results in different parameter

图 1 各参数对最大小时浓度的影响

图 2 各参数对距污染源距离的影响

2.3.1最大小时浓度与各参数之间的相互影响

2.3.1.1最大小时浓度对各参数的敏感性

从表 3可以看出，对于不同面积的面源，当源高一致时，面源初始垂向扩散参数对最大小时浓度的影响总是大于城市人口参数和土地利用类型参数，且面积越小，最大小时浓度对面源初始垂向扩散参数的敏感性越为显著；当面源面积足够大时，城市人口参数对最大小时浓度的影响要大于土地利用类型参数，但是随着面源面积的逐渐减小，土地利用类型参数对最大小时浓度的影响会逐渐加强，甚至超过城市人口参数对最大小时浓度的影响。

2.3.1.2各参数对最大小时浓度的影响

（1）面源初始垂向扩散参数。结合图 1可知，随着面源面积的减小，面源初始垂向扩散参数对最大小时浓度的影响越为显著，当面源面积最小时，不同面源初始垂向扩散参数的最大小时浓度预测结果相差最大，为2.11倍，从106.60 ug/m3增长到225.13 ug/m3。因此，合理的选择面源初始垂向扩散参数非常重要，尤其是面源面积较小时。

（2）城市人口。AERSCREEN 估算模式中，城市人口主要通过影响城市温度来影响城市热通量，从而影响最终的估算结果[9]。结合图 1可知，最大小时浓度随着城市人口数量的增加呈现先增加后降低的趋势，在本次研究中，污染源面积最小时，城市人口对最大小时浓度预测结果影响最大，但也仅相差1.12倍。因此，城市人口对区域最大小时浓度的影响并不是很显著。

（3）土地利用类型：土地利用类型不同，地表粗糙度、波纹比、正午反照率则不同，从而导致边界层参数不同。结合图 1可知4个污染源中，均为土地利用类型选择沼泽时，最大小时浓度最大；土地利用类型选择城市时，最大小时浓度最小。面源面积最小时，土地利用类型选择沼泽比选择城市的最大小时浓度增长了38.38 ug/m3，此时预测结果相差最大，为1.31倍，可见土地利用类型对最大小时浓度的影响并不是很显著。

2.3.2距污染源距离与各参数之间的相互影响

2.3.2.1距污染源距离对各参数的敏感性

从表 3可以看出，对于不同面积的面源，当源高一致时，距污染源距离对各参数的敏感性均为面源初始垂向扩散参数>土地利用类型>城市人口。随着面源面积的逐渐缩小，虽然距污染源距离也在不断缩减，但距污染源距离对各参数的敏感性变化并不是很显著，基本维持在平均值±10m范围内。

2.3.2.2各参数对距污染源距离的影响

（1）面源初始垂向扩散参数。结合图 2可知，距污染源距离随着面源初始垂向扩散参数的增加呈现出先增加后降低的趋势，当面源初始垂向扩散参数为3.14时，距污染源距离出现最大值。面源面积最小时，不同面源初始垂向扩散参数下，预测出的距污染源距离相差最大，从18.50m增加到56.75m，相差3倍多。因此从距污染源距离来看，取面源初始垂向扩散参数为3.14时，更为保守。

（2）城市人口。从图2中可以看出，城市人口参数对距污染源距离的影响与对最大小时浓度的影响基本一致，均随着城市人口的增加呈现出先增加后降低的趋势，但是变化量并不是很大。

（3）土地利用类型。从图2中可以看出，当土地利用类型为水体时，距污染源距离出现最大值，且均在地表类型为沼泽时出现一次峰值；当地表类型为城市时，距污染源距离出现最小值，该最小值与地表类型为阔叶林时的距污染源距离值相差并不大。

3.结论

（1）对于面源初始垂向扩散参数，面源面积越小，该参数对预测结果的影响越显著，因此面源初始垂向扩散参数的取值非常重要。针对一些污染源较多、分布较散、但是面源面积并不大的项目，根据本文的研究结果，采用AERSCREEN模型进行估算时该参数可取值源高度/4.3，此时的预测结果较为保守。

（2）对于城市人口参数，综上分析，该参数对最大小时浓度和距污染源距离的影响并不是很大，本项目选取所在工业园区人口为78000时，预测结果较为保守，建议该参数选工业园区人口数为宜。

（3）对于土地利用类型参数，面源面积越小，地表类型对最大小时浓度和距污染源距离的影响越大；且在文中所比较的四种土地利用类型：水体、阔叶林、沼泽、城市中，土地利用类型为沼泽时，最大小时浓度和距污染源距离均取到最大值。因此，在实际情况中，如果项目周边土地利用类型比较单一，则根据实际情况选择即可；若项目周边土地利用类型比较复杂（如同时存在水体、阔叶林、沼泽、城市时），则可以首先选择沼泽土地利用类型。

本期编辑：刘小楠

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