3.2 CO 控制路径:运行控制、NAAQS 与调试
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。
3.2.13 运行还是仅检查输入
AERMOD 采用了较完善的错误处理和防御性编程设计。无论控制文件中是否发现错误或警告,模型都会继续读取全部输入。
如果控制文件处理过程中出现致命错误,后续模型计算将终止;否则模型会尝试执行计算。
由于 AERMOD 可用选项很多,如果大规模运行因某些输入错误而浪费计算资源,代价可能较大。因此,CO 路径提供 RUNORNOT,允许用户选择:
RUN:执行全部模型计算;NOT:只处理控制文件、检查关键字语法并汇总模型设置,不执行可能耗时的扩散计算。
语法:
CO RUNORNOT RUN
或:
CO RUNORNOT NOT
**类型:**必需,不可重复。
3.2.14 生成 EVENT 处理输入文件
CO 路径中的 EVENTFIL 可用于生成 EVENT 处理所需的输入文件。
语法:
CO EVENTFIL (Evfile) (Evopt)
**类型:**可选,不可重复。
参数说明:
Evfile:可选 EVENT 输入文件名,最大长度由MODULE MAIN1中的ILEN_FLD决定;Evopt:可选输出详细程度,可使用SOCONT或DETAIL,见 OU 路径EVENTOUT,第 3.7.2 节。
若两个参数均省略:
- 默认文件名为
EVENTS.INP; - 默认详细程度为
DETAIL。
若只提供一个参数,模型将其解释为 Evfile,并对 Evopt 使用默认值。
常规 AERMOD 处理与 EVENT 处理的主要区别在于污染源组贡献的处理方式。
常规 AERMOD 把各污染源组彼此独立处理。EVENT 处理则用于确定特定事件的污染源贡献,例如:
- AERMOD 得到的设计浓度;
- 用户指定事件。
用户通过 EV 路径指定需要处理的事件,每个事件由以下组合定义:
- 受体位置;
- 污染源组;
- 平均时间。
指定 EVENTFIL 后,模型生成可直接用于 EVENT 处理的控制文件。自动写入该文件的事件包括:
- OU 路径
RECTABLE定义的设计浓度; - OU 路径
MAXIFILE识别的阈值超限事件。
3.2.15 模型重新启动功能
AERMOD 可以选择把中间结果保存到非格式化文件,以便在断电或用户中断后继续运行。
该功能由 CO 路径中的 SAVEFILE 和 INITFILE 控制。
语法:
CO SAVEFILE (Savfil) (Dayinc) (Savfl2)
CO INITFILE (Inifil)
**类型:**可选,不可重复。
SAVEFILE
SAVEFILE 指示模型保存中间结果,并控制保存方式。三个参数均为可选。
- 只指定
Savfil:每次保存都写入同一个文件并覆盖旧内容; - 同时指定
Savfil和Savfl2:在两个文件之间交替保存。
双文件方式需要更多磁盘空间,但可避免在临时文件正处于打开和写入状态时发生断电或中断而丢失全部保存结果。
Dayinc 指定相邻两次保存之间的天数。默认每天结束时保存一次,即 Dayinc = 1。
对于大型运行,保存操作增加的执行时间相对于总运行时间通常很小。为了充分发挥重新启动功能,建议至少每 5 天保存一次。
若 SAVEFILE 不带任何参数,模型每天结束时把中间结果保存到默认文件:
TMP.FIL
INITFILE
INITFILE 与 SAVEFILE 配合使用,指示模型从先前保存的文件初始化结果数组。
Inifil 为用于初始化的非格式化中间结果文件。省略时默认使用:
TMP.FIL
如果文件不存在或打开文件时发生错误,模型产生致命错误并终止。
重要: 同一次运行中同时使用
SAVEFILE和INITFILE时,Savfil与Inifil必须使用不同文件名。否则模型打开文件时会发生错误,并终止后续处理。
3.2.16 颗粒物 NAAQS 处理
3.2.16.1 细颗粒物 PM₂.₅ 处理
空气动力学直径不大于 2.5 μm 的细颗粒物 PM₂.₅ NAAQS 于 1997 年颁布,24 小时标准于 2006 年 12 月修订。
在达标判定中,PM₂.₅ 标准基于每个环境监测点:
- 24 小时平均浓度第 98 百分位数的 3 年平均;
- 年平均浓度的 3 年平均。
EPA 于 2014 年 5 月发布新的 PM₂.₅ NAAQS 模拟建议(EPA,2014b),拟取代 2010 年 3 月的早期指导(EPA,2010a)。
2014 年指导考虑前体物排放导致的 PM₂.₅ 二次生成,并修改了累积影响评价中模拟贡献的代表值:
- 早期指导使用各模拟年份最高 24 小时浓度的平均值;
- 新指导建议使用各年份第八高,即第 98 百分位 24 小时浓度的平均值。
在判断某污染源是否构成显著贡献时,使用第一高 24 小时平均值仍是适当的。
监测设计值采用 3 年平均,并不取代《空气质量模型指南》(EPA,2017b)第 8.3.1.2 节关于使用 5 年 NWS 气象数据的要求。模拟影响的 5 年平均可作为 3 年平均的无偏估计,用于 NAAQS 达标模拟。
根据 EPA 2014 年 5 月建议,24 小时 PM₂.₅ 设计值中的模拟贡献按以下方式确定:
- 只输入一年场址专用气象数据时:取各受体第八高浓度
H8H中的最大值; - 输入多年气象数据时:先对每个受体各年份的第八高浓度求多年平均,再取所有受体中该多年平均值的最大值。
换言之,模型:
- 对每个受体、每个年份计算第八高 24 小时浓度;
- 对同一受体跨年份平均这些第八高值;
- 在全部受体中选择最高的 N 年平均第八高值。
年平均设计值的处理类似:
- 一年场址专用气象数据时,年平均本身即为 3 年平均年均值的无偏估计;
- 多年数据时,采用各单年年平均浓度的多年平均。
PM₂.₅ 年设计值为受体域内最高单年年平均,或最高的多年平均年均值。
在 POLLUTID 中指定以下任一值,会触发 PM₂.₅ 的 24 小时和年平均特殊处理:
PM25, PM-2.5, PM2.5, PM-25
多年 PM₂.₅ 处理可以:
- 将各年气象文件拼接为一个多年文件;
- 或对每年分别运行,并使用
MULTYEAR。
拼接地表气象文件时,无需删除各文件之间的头记录。AERMET 也可以直接处理多年输入并生成多年气象文件。
MULTYEAR可以用于确定 PM₂.₅ 模拟设计值,但用于计算其他污染源组对累积设计值贡献的 OU 路径MAXDCONT,不能与MULTYEAR或每年独立气象文件配合工作。
PM₂.₅ 多年年平均要求在 AVERTIME 中使用 ANNUAL,而不是 PERIOD。
PERIOD 会直接计算每个受体的单一多年平均浓度。由于不同年份静风和缺失数据小时数可能不同,该结果可能与各单年 ANNUAL 平均值再进行多年平均略有差异。
当 POLLUTID 为 PM₂.₅ 时,模型施加以下限制:
AVERTIME只能包含 24 小时和ANNUAL。使用PERIOD或除 24 小时外的其他短期平均,会产生致命错误。为估算 NAAQS 达标分析中的 PM₂.₅ 模拟贡献,24 小时平均通常应在
RECTABLE中请求第一高值FIRST或1ST。但模型不限制所请求名次,因为判断某污染源或污染源组是否对模拟超标产生显著贡献时,可能需要输出更低排序值。模型只处理由完整年份组成的气象记录期,但不要求按自然年排列,即数据不必从 1 月 1 日第 1 小时开始。记录不足完整一年时产生致命错误。最后一个完整年份之后若仍有数据,这部分数据会被忽略,并给出包含被忽略小时数的非致命警告。
MULTYEAR可以计算 PM₂.₅ NAAQS 的多年平均,但MAXDCONT不能与MULTYEAR同时使用。多年分析最好把多年气象资料放在一个文件中。PM₂.₅ 24 小时设计值可能是跨多年平均的排序值,因此与 EVENT 处理器不兼容。
RECTABLE生成的高排序值不会写入EVENTFIL。但是,若使用MAXIFILE输出超过用户阈值的单个 24 小时值,这些具体超限事件仍可用于 EVENT 处理。若 PM₂.₅ 分析只使用EVENTFIL而未使用MAXIFILE,模型会产生非致命警告并忽略EVENTFIL。
3.2.16.2 PM₁₀ 处理
空气动力学直径不大于 10 μm 的颗粒物 PM₁₀,24 小时 NAAQS 采用期望超标次数形式。在监测达标判定中,以 3 年平均计,每年平均不得超过一次。
PM₁₀ NAAQS 模拟达标分析采用 N 年中的高第 N+1 高值。使用 5 年 NWS 气象数据时,对应五年高第六高值 H6H。
AERMOD 可以用两种方式计算五年 H6H 24 小时平均:
- 分别运行 5 个年份,并使用第 3.2.7 节所述
MULTYEAR合并结果; - 使用单一 5 年气象文件,并在 OU 路径
RECTABLE中请求第六高值SIXTH或6TH。
正确应用时,两种方法的 24 小时结果等价。
AERMOD 09292 版本以前曾包含所谓“1997 年后 PM₁₀”特殊处理,即对 N 年第 99 百分位 24 小时值取平均。由于该标准已被撤销,此功能已删除。
3.2.17 1 小时 NO₂ 和 SO₂ NAAQS 处理
新的 1 小时 NO₂ 和 SO₂ NAAQS 分别于 2010 年 2 月和 2010 年 6 月颁布。EPA 发布了多份支持这些标准的扩散模拟指导文件(EPA,2010b、2010c、2011、2014a、2017a)。
两项 1 小时标准的统计形式相似:
- 先计算每天的最大 1 小时值;
- 在每年的逐日最大 1 小时值分布中取指定百分位排序值;
- 再对所处理年份求平均。
NO₂ 1 小时模拟设计值基于逐日最大 1 小时值的第 98 百分位,对应一年中的第八高逐日最大 1 小时值。
SO₂ 1 小时模拟设计值基于第 99 百分位,对应一年中的第四高逐日最大 1 小时值。
典型 5 年 NWS 气象分析中:
- NO₂ 设计值为五个年份第八高逐日最大 1 小时值的平均;
- SO₂ 设计值为五个年份第四高逐日最大 1 小时值的平均。
这种统计形式使模拟设计值计算,以及判断特定污染源或污染源组是否在时间和空间上与模拟超标相匹配并构成显著贡献,变得更加复杂。
自 11059 版本起,AERMOD 增加了多项功能以支持这些标准,详见第 3.7.2 节。
当 POLLUTID 为 NO2 或 SO2 并选择 1 小时平均时,模型允许按照逐日最大 1 小时值分布计算设计值,但存在以下限制:
- 如果
AVERTIME同时指定除 1 小时外的其他短期平均时间,模型会产生非致命警告,并关闭 NO₂ 或 SO₂ 的 1 小时设计值特殊处理; - 这种情况下,1 小时结果与普通短期平均相同,按所有逐小时值的总体分布处理;
- 如果
AVERTIME在 1 小时之外还指定ANNUAL或PERIOD,而未使用MULTYEAR,模型会产生非致命警告,因为 NO₂ 和 SO₂ 年标准依据各单年最高PERIOD或ANNUAL,而不是跨年平均。
即使同时存在 ANNUAL 或 PERIOD,1 小时平均仍会按逐日最大 1 小时值进行特殊处理,因为只模拟一年场址专用气象数据时,年平均或全时段平均仍可能是适当输出。
若模拟不足完整一年的 1 小时 SO2 或 NO2,且没有指定其他短期平均时间,AERMOD 会尝试按标准形式生成 1 小时设计值,从而在处理阶段产生错误。
当数据集不足完整一年,或通过 ME 路径 STARTEND、DAYRANGE 限制模拟日期或小时,应在 CO 路径 MODELOPT 中同时指定 NOCHKD,以避免处理错误。相关说明见第 3.2.2 和 3.5.4 节。
3.2.18 调试输出选项
CO 路径 DEBUGOPT 允许用户生成包含中间计算结果的详细文件,用于调试。
AERMOD 可生成多类调试信息。对于每种类型,用户通常可以指定输出文件名;除 DEPOS 外,文件名均为可选,省略时使用默认名称。
可以同时指定多类调试信息,但部分相关类型属于互斥组,每组只能选择一种。
语法:
CO DEBUGOPT MODEL (Dbgfil) and/or
METEOR (Dbmfil) and/or
PRIME (Prmfil) and/or
AWMADW (AwmaDwfil) and/or
PLATFORM (PlatfmDbgfil) and/or
DEPOS and/or
[AREA (AreaDbFil) or LINE (LineDbFil)] and/or
RLINE (RlineDbgFil) and/or
BLPDBUG (BLPDbFil) and/or
URBANDB (UrbanDbFil) and/or
[PVMRM (Dbpvfil) (and TTRM2) or
OLM (OLMfil) (and TTRM2) or
ARM2 (ARM2fil) (and TTRM2) or
TTRM (TTRMfil) or
GRSM (GRSMfil)] and/or
SWPOINT (SWfil) and/or
HBPDBG (HBPfil) and/or
AIRCRAFT (DbARCFTfil)
**类型:**可选,不可重复。
各调试类型如下:
MODEL (Dbgfil):模型级调试数据。默认文件MODEL.DBG。METEOR (Dbmfil):气象廓线数据。默认文件METEOR.DBG。PRIME (Prmfil):PRIME 下洗调试数据。默认文件PRIME.DBG。AWMADW (AwmaDwfil):AWMA 下洗调试数据。默认文件AWMADW.DBG。PLATFORM (PlatfmDbgfil):平台下洗调试数据。默认文件PLATFORM.DBG。DEPOS:沉降调试信息。只使用固定默认文件名:气体沉降为GDEP.DAT,颗粒物沉降为PDEP.DAT。如果未选择MODEL调试,还会生成湿沉降调试文件DEPOS.DBG;若同时选择MODEL,湿沉降调试信息写入模型调试文件。AREA (AreaDbFil)或LINE (LineDbFil):面源或线源调试数据,也包括OPENPIT。两者只能选择一个。默认文件均为AREA.DBG。RLINE (RlineDbgFil):RLINE与RLINEXT调试数据。默认文件RLINE.DBG。BLPDBUG (BLPDbFil):BUOYLINE调试信息。默认文件BLPDBUG.DBG。URBANDB (UrbanDbFil):城市选项调试信息。生成 3 个文件:1 个地表气象文件、2 个廓线气象文件。用户指定文件名时,该名称用于地表文件,两个廓线文件分别在名称后附加1和2。默认文件为URBDBUG.DBG、URBDBUG1.DBG、URBDBUG2.DBG。PVMRM、OLM、ARM2、TTRM或GRSM:NO 向 NO₂ 转换调试数据。默认文件分别为PVMRM.DBG、OLM.DBG、ARM2.DBG、TTRM.DBG、GRSM.DBG。只能选择与MODELOPT中实际 NO₂ 方法一致的一种。TTRM2:当MODELOPT中TTRM2与PVMRM、OLM或ARM2配对时,可在调试选项中同样配对。不能为TTRM2自定义文件名。模型会生成三个文件:AFTER_TTRM.DBG、AFTER_option.DBG、TTRM2_MERGE.DBG,其中option为配对方法,例如AFTER_PVMRM.DBG。SWPOINT (SWfil):侧向下洗点源调试信息。默认文件SWPOINT.DBG。HBPDBG (HBPfil):高度浮力烟羽功能调试信息。默认文件HBP_DEBUG.DBG。AIRCRAFT (DbARCFTfil):航空器烟羽抬升ARCFTOPT调试信息。默认文件AIRCRAFT.DBG。
警告: 使用
DEBUGOPT必须非常谨慎。调试文件可能极大。如果同名文件已存在,模型会在不发出警告的情况下直接覆盖。
3.2.19 详细错误消息文件
CO 路径 ERRORFIL 允许用户生成模型全部消息的详细列表文件,包括:
- 主输出文件消息汇总中列出的错误和警告;
- 信息性消息,例如静风发生记录;
- 质量保证消息。
语法:
CO ERRORFIL (Errfil)
**类型:**可选,不可重复。
Errfil 为详细消息文件名。省略时使用默认文件:
ERRORS.LST
模型生成的错误、警告和其他消息类型的完整说明见附录 B。