3.2 CO 控制路径：平均时间、城市与污染物

对应 EPA 2023版用户指南第3章 CO路径完整译文。控制文件关键字、次级关键字、参数名、文件名和模型语法保留英文；法规应用应以EPA英文原文及当前模型版本为准。

3.2.6 平均时间选项

AERMOD 的平均时间通过 CO 路径中的 AVERTIME 关键字选择。

语法：

CO AVERTIME Time1 Time2 ... TimeN MONTH PERIOD

或：

CO AVERTIME Time1 Time2 ... TimeN MONTH ANNUAL

**类型：**必需，不可重复。

参数 Time1 ... TimeN 表示用户指定的短期平均时间，可选择：

1, 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24 小时

次级关键字含义：

  • MONTH：按日历月计算月平均；
  • PERIOD：计算整个输入数据时段的平均值；
  • ANNUAL：计算年平均值。

一次运行可选择任意一个或多个上述短期平均时间。

由于月平均在模型中按短期平均值处理，用户可以在 OU 路径中为其选择相应输出，例如按受体输出第二高值。

PERIOD 或 ANNUAL 在参数列表中的位置不重要。短期平均时间，包括 MONTH，的输入顺序也不影响计算，但会控制主输出文件中各平均时间结果表的排列顺序。

一般建议按从短到长的顺序输入短期平均时间，除非有明确理由采用其他顺序。

一次运行只能指定 PERIOD 或 ANNUAL 之一，不能同时指定。

对于只包含一年数据的浓度计算，PERIOD 与 ANNUAL 结果相同。但存在以下区别：

  • ANNUAL 只适用于完整年份；
  • 对多年气象文件，ANNUAL 输出为各处理年份年平均值的跨年平均。

对于沉降计算：

  • PERIOD 给出整个气象模拟时段的沉降通量总量，包括多年文件，默认单位为 g/m²；
  • ANNUAL 给出年化沉降通量率，默认单位为 g/m²/yr。

气象时段不足一年时使用 ANNUAL 会产生致命错误。

气象时段超过一年时，如果文件不包含完整年份，最后一个完整年份之后剩余的数据会在 ANNUAL 计算中被忽略，并产生警告。

多年气象文件中的短期平均值处理方式，与使用 MULTYEAR 时基本相同。

3.2.7 使用 MULTYEAR 开展多年分析

CO 路径中的 MULTYEAR 允许用户开展多年分析，而不需要对多个浓度文件进行额外后处理。典型用途包括：

  • 计算 PM₁₀ 五年“第六高值中的最高值”设计值；
  • 计算 24 小时 PM₂.₅ NAAQS 所需的多年平均；
  • 计算 1 小时 NO₂ 和 SO₂ NAAQS 所需的多年平均。

这些标准的设计值均涉及多个年份之间的浓度平均。24 小时 PM₂.₅ 及 1 小时 NO₂、SO₂ 的详细说明见第 3.2.16 和 3.2.17 节。

MULTYEAR 利用第 3.2.15 节所述的模型重新启动功能，因此不能与 SAVEFILE 或 INITFILE 同时使用。如果用户在一次运行中同时启用这些选项，模型会产生致命错误。

语法：

CO MULTYEAR (H6H) Savfil (Inifil)

**类型：**可选，不可重复。

参数说明：

  • H6H：可选字段，过去用于强调计算旧版 PM₁₀ NAAQS 的五年高第六高值；由于 1997 年后的 PM₁₀ 标准已被撤销，该字段不再需要。若仍输入，模型会发出警告说明其不是必需参数；
  • Savfil：每个处理年份结束时保存结果数组的文件名；
  • Inifil：当前年份开始时用于初始化结果数组的文件名。

第一年运行时，应省略 Inifil。

MULTYEAR 通过重新启动保存文件，逐年累计短期平均高值。用户可以通过批处理依次运行多个年份的气象数据；每年处理结束后，短期平均结果反映截至该年已处理全部年份的累计高值。

PERIOD 平均结果只针对当前年份给出，但模型会逐年保留最高 PERIOD 值，并在每次运行结尾的汇总表中列出累计最高 PERIOD 平均值。

建立多年分析批处理时，首先为第一年创建完整输入控制文件，包含：

  • 所有适用的模拟选项；
  • 污染源清单；
  • 受体位置；
  • 第一年的气象设置；
  • 输出选项。

若计算 PM₁₀ 设计值，应在 OU 路径 RECTABLE 中要求输出第六高值 SIXTH，见第 3.7.1 节。

第一年只指定保存文件，例如：

CO MULTYEAR YEAR1.SAV

后续年份可以复制第一年输入文件，然后修改：

  • 年份参数；
  • ME 路径的气象文件名；
  • 必要时修改标题；
  • MULTYEAR 记录。

后续年份必须同时指定 Savfil 与 Inifil，上一年的保存文件作为下一年的初始化文件：

CO MULTYEAR YEAR1.SAV                 ** 第一年
CO MULTYEAR YEAR2.SAV YEAR1.SAV       ** 第二年
CO MULTYEAR YEAR3.SAV YEAR2.SAV       ** 第三年
CO MULTYEAR YEAR4.SAV YEAR3.SAV       ** 第四年
CO MULTYEAR YEAR5.SAV YEAR4.SAV       ** 第五年

MULTYEAR 与 AERMOD 在一次运行中直接处理多年气象文件是两个独立功能。

直接输入多年气象文件，适用于长期风险评价等关注长时段平均影响、而非分别计算五个单年最大年平均值的应用。

只有当 POLLUTID 为以下值之一时，才可以使用 MULTYEAR：

PM10, PM-10, PM25, PM2.5, PM-2.5, PM-25,
LEAD, NO2, SO2, OTHER

3.2.8 城市模拟选项

AERMOD 允许用户在稳定大气条件下考虑城市地区增强地表加热对污染物扩散的影响。

自 06341 版本起，一次模型运行可以指定多个城市区域。这适用于模拟范围较大、包含多个可识别城市区域，并且各城市之间距离足够大、需要分别处理城市边界层效应的情况。

采用多城市区域功能可以避免对此类应用进行后处理。

城市区域通过 CO 路径中一个或多个 URBANOPT 定义。需要采用城市效应模拟的污染源，以及每个污染源所属的城市区域，通过 SO 路径 URBANSRC 指定，见第 3.3.10 节。

多个城市区域的语法：

CO URBANOPT UrbanID UrbPop (UrbName) (UrbRoughness)

单一城市区域的语法：

CO URBANOPT UrbPop (UrbName) (UrbRoughness)

**类型：**可选；定义多个城市区域时可重复。

参数说明：

  • UrbanID：用户定义的城市区域字母数字 ID，最多 8 个字符，仅在多城市区域时使用；
  • UrbPop：城市区域人口；
  • UrbName：可选城市名称；
  • UrbRoughness：可选城市地表粗糙度长度。

如果用户希望指定城市粗糙度长度，则必须同时提供 UrbName。

省略 UrbRoughness 时，默认城市粗糙度长度为 1.0 m。

自 09292 版本起，任何不等于 1.0 m 的城市粗糙度长度都被视为非法规选项。使用非默认值时应谨慎，并在项目材料中清楚记录和论证。

单一城市区域的 URBANOPT 语法与 AERMOD 早期版本保持一致，因此已有输入文件无需修改。

3.2.9 指定污染物类型

POLLUTID 用于标识当前模型运行模拟的污染物。

语法：

CO POLLUTID Pollut (H1H or H2H or INC)

**类型：**必需，不可重复。

Pollut 为最长 8 个字符的污染物名称，例如：

SO2, NOX, CO, PM10, TSP, OTHER

某些污染物名称单独使用或与其他模型选项组合使用时具有特殊含义，会使 AERMOD 按现行 NAAQS 采用专门的最终结果处理方式。

可选次级关键字：

  • H1H；
  • H2H；
  • INC

用于关闭与 1 小时 NO₂、1 小时 SO₂ NAAQS 或 24 小时 PM₂.₅ NAAQS 相关的特殊处理要求。

指定这些关键字后，可以：

  • 模拟基于第二高值 H2H 的 24 小时 PM₂.₅ 增量；
  • 使用不足完整年份的现场监测数据评价 AERMOD 中的 NO₂ 选项。

具有特殊含义的污染物设置包括：

  • PM10 或 PM-10 与多年选项配合，用于计算五年高第六高值，见第 3.2.16.2 节；
  • PM25、PM-2.5、PM2.5 或 PM-25，见第 3.2.16.1 节；
  • NO2 与 1 小时平均配合，见第 3.2.7 和 3.2.17 节；
  • 使用 OLM、PVMRM、TTRM/TTRM2 或 GRSM 模拟 NO 向 NO₂ 转换时，必须设置 NO2，见第 3.2.2.7 节；
  • SO2 与 1 小时平均配合，见第 3.2.7 和 3.2.17 节；
  • 在城市应用中，无论采用法规默认还是非默认选项，SO2 都会触发 4 小时半衰期的 SO₂ 衰减，见第 3.2.2.1 和 3.2.10 节；
  • MULTYEAR 仅可与前述指定污染物 ID 配合使用。

3.2.10 指数衰减模拟

AERMOD 可以对所模拟污染物采用指数衰减。可使用两个关键字：

CO HALFLIFE Haflif
CO DCAYCOEF Decay

**类型：**可选，不可重复。

参数含义：

  • Haflif：指数衰减半衰期，单位 s；
  • Decay：衰减系数，单位 s⁻¹。

二者关系为：

$$ \mathrm{Decay}=\frac{0.693}{\mathrm{Haflif}} $$

一次运行只能使用其中一个关键字。如果同时出现多个设置，模型会产生非致命警告，并采用控制文件中首先出现的设置。

3.2.11 旗杆式受体高度选项

FLAGPOLE 表示允许在 RE 路径中输入受体高出当地地面的高度，即旗杆式受体高度。

该关键字还可以指定不同于 0.0 m 的默认旗杆高度。

语法：

CO FLAGPOLE (Flagdf)

**类型：**可选，不可重复。

Flagdf 为可选默认旗杆式受体高度。省略时默认值为 0.0 m。

RE 路径中为具体受体输入的旗杆高度将覆盖该默认值。但是，如果 CO 路径中没有 FLAGPOLE，RE 路径中的旗杆高度会被忽略，并产生非致命警告。

3.2.12 航空器排放烟羽抬升

自 23132 版本起，AERMOD 增加模拟航空器排放的 ALPHA 功能。

喷气发动机排放同时具有动量和浮力造成的烟羽抬升，但在 AERMOD 中通常被表示为 AREA 或 VOLUME 源，而这两类源的标准算法并不考虑动量和浮力。

航空器烟羽抬升功能依据 Pandey 等（2023）的研究，为以下源类型扩展了附加参数：

  • AREA；
  • AREAPOLY；
  • AREACIRC；
  • LINE；
  • VOLUME。

在 CO 路径中使用一级关键字 ARCFTOPT 启用航空器功能。航空器污染源在 SO 路径中通过 ARCFTSRC 标识，后接污染源 ID 列表和/或 ID 范围，见第 3.3.18 节。

语法：

CO ARCFTOPT (AirportID)

**类型：**可选，不可重复。

AirportID 为可选字母数字字符串，用于标识这些污染源所在机场。

当前航空器烟羽抬升实现还要求通过逐小时变化排放文件向 AERMOD 提供 7 个附加航空器参数，读取顺序如下：

变量含义单位或取值
MFUEL燃油消耗率g/s
THRUST航空器推力N
VAA航空器速度m/s
AFR空燃比-
BYPR涵道比涡扇发动机大于 0；轴功率发动机填 -999
RPWR额定功率kW；涡扇发动机填 -99999，轴功率发动机大于 0
SRCANGLE着陆/起飞轨迹与地面的夹角，适用于空中源°

如果已经指定 ARCFTOPT 和 ARCFTSRC，但逐小时排放文件缺少上述航空器参数，或逐小时排放文件本身缺失，AERMOD 将产生致命错误。

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