环境空气质量模型遴选工作指南(试行)（PDF45页）

1附件4环境空气质量模型遴选工作指南（试行）（征求意见稿）1总则1.1编制目的为贯彻落实《国务院关于加强环境保护重点工作的意见》和《大气污染防治行动计划》，推进我国大气污染防治工作的进程，增强环境空气质量模拟工作的科学性、有效性和一致性，根据《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》《环境空气质量标准》(GB3095-2012)《环境质量模型规范化管理暂行办法》及相关法律、法规、标准、文件，编制《环境空气质量模型遴选工作指南(试行)》(以下简称指南)。1.2适用范围本指南是遴选环境空气质量模型进入国家推荐模型名录的工作文件，适用于环境空气质量模型管理部门、模型专家委员会、模型专业委员会、模型研发单位等从事环境空气质量模型规范化管理的工作人员。1.3编制依据《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》《大气污染防治行动计划》2《环境质量模型规范化管理暂行办法》1.4术语与定义模型评价指标：是指从模型准确性、易用性、成熟性等方面定出一系列指标，用于综合评价模型的优劣。验证案例：是指通过现场实测等方法，获得污染源数据、气象数据、土地利用类型数据、地形数据和固定点的监测值等一整套验证数据，形成可供模型使用的输入数据，和与模型模拟结果相比较的监测浓度值。模型科学性能验证：是指用本指南推荐验证案例或自主开展的验证案例对模型模拟结果进行对比的过程，验证方法一般采用统计学方法。模型软件测试：是指在相同计算平台、验证案例和输入输出参数的条件下，对模型各项性能、参数、指标及模拟结果进行分项测试。环境空气质量模型遴选工作：包括模型准确性验证、模型各项性能测试、模型综合指标评价，模型专业评审等遴选工作。环境空气质量模型规范化：是指环境空气质量模型成为推荐模型的一系列的工作。主要工作包括模型遴选技术工作、模型被确定为推荐模型并发布等管理工作。推荐模型：是由环境质量模型主管部门以推荐名录形式公开发布的模型。在编制环保政策与落实环保制度等行政与技术文件时，凡涉及环境质量模拟与评估相关工作的，都应优先使用推荐模型，包括推荐的模型参数与基础数据。高斯模型（烟团、烟流模型）：非网格、简化的输送扩散算法、没有复杂化学机理、一般处理局地尺度。3网格输送化学转化模型（CTM）：网格化的，包含复杂大气物理（平流、扩散、边界层、云、降水、干沉降等）和大气化学过程（气、液、气溶胶、非均相）算法的输送化学转化模型。1.5组织编制单位本指南由环境保护部科技标准司组织，中国环境科学研究院、环境保护部环境工程评估中心、环境保护部环境规划院、清华大学等单位起草编制。2模型遴选2.1模型的适用性环境空气质量模型遴选需考虑模型的适用性，适用性主要因素包括模拟的区域尺度、地形，以及模拟的污染源类型、污染物性质、排放方式等。环境空气质量模型大部分是由各种功能模块搭建的综合性模型，不同模型的功能是相互交叉的。空气质量模型按模拟尺度分类，可将模型划分为适用于局地尺度、城市尺度、区域尺度等类别。针对PM2.5、臭氧等二次污染物，需要在城市与区域尺度上才能模拟各污染物主要来源的影响。目前的网格输送化学转化模型，往往是多尺度模型，可覆盖从城市到区域甚至北半球的范围，网格分辨率可由几十千米到1千米。按模拟污染源进行分类，可将模型（模块）划分为适用于模拟点源、面源、线源、体源、网格化污染源和特殊污染源（如烟塔合一、喷射源）等类别。按污染物性质分类，可分为一次污染物和二次污染物。一次污染物，如二氧化硫、一氧化碳、黑碳、一次颗粒物（烟尘、扬尘、黑碳、一次有机气溶胶）等；二次污染物和部分二次污染物，如臭氧、一氧4化氮、二氧化氮、颗粒物中的二次组分（硫酸盐、硝酸盐、二次有机气溶胶）等。特定情况，也应考虑特定污染物如含重金属气体的影响。按排放方式分类，可将模型（模块）划分为适用于模拟连续性排放、间歇性排放、事故性排放等类别。按模拟地形分类，可将模型（模块）划分为适用于平坦地形、复杂地形、岸边地形等类别。按模型的原理进行分类，分为拉格朗日模型和欧拉模型。拉格朗日模型对输送、扩散和化学转化做参数化等简单处理，如高斯烟流或烟团模型、粒子扩散模型等。欧拉模型一般为网格模型，此种模型考虑了输送、扩散以及复杂的大气化学机理等，网格距可以是均一的，也可以是非均一的。网格输送化学转化模型可处理复杂的物理化学过程，一般包括水平和垂直输送、水平和垂直扩散、气相化学机理的模型、云降水和液相化学转化、气溶胶动力和化学模型，部分模型还可以考虑非均相化学反应。2.2模型遴选基本方法空气质量模型遴选是环境质量模型主管部门发布推荐模型的基础工作，是模型规范化工作的重要组成部分。模型遴选对象主要来源于模型研发单位申报的模型和模型技术支持机构推荐的模型（不包括自己研发的模型）。空气质量模型的遴选与环境空气质量模型规范化的发展计划密切结合，依据模型体系框架，结合环境保护需求，分阶段、分类型按轻重缓急有序开展。本遴选指南将模型分为两大类，1.按照非网格、简化的输送扩散算法、复杂化学、一般处理局地尺度的高斯模型；2.网格化包含复杂物理、化学过程算法的输送化学转化模型。模型遴选主要模型对物理化学过程模拟的科学性进行评估，采用符合主要法规应用需求的案例进行测试。53模型遴选工作程序遴选技术工作主要包括模型科学性评估、模型各项性能测试和模型综合指标评价等模型评审工作。模型研发单位申报模型的遴选工作程序：先由模型研发和应用单位提出申请，并按遴选要求提交相关材料；模型管理部门受理后，组织或委托相关模型技术支持机构对模型进行测评和评估；模型技术支持机构接受环境质量模型主管部门委托后，参考模型申请材料，对模型的原理、功能、适用性、应用情况及验证报告，对照模型评价指标和评价标准进行逐项分析、测评与评审，并从模型准确性、易用性、成熟性等综合指标进行评估，形成评估报告，并提交环境空气质量模型专业委员会;专业委员会结合评估报告给出同意推荐或不同意推荐的结论，并提交环境空气质量模型专家委员会审议。模型技术支持机构推荐模型的遴选工作程序：由模型技术支持机构根据环境质量模型规范化的发展需求，比选适用的主流模型，按遴选要求准备模型相关材料；并对模型准确性、成熟性、适用性等综合指标进行评估，形成评估报告，并提交模型环境空气质量模型专业委员会;专业委员会结合评估报告给出同意推荐或不同意推荐的结论，并提交模型专家委员会审议。对于模型技术支持机构自己研发模型的遴选工作按模型研发单位申报模型的遴选工作程序进行。4模型遴选材料要求4.1模型遴选材料内容模型研发单位需填报《环境空气质量模型规范化申请表》（见附录A），并随申请表提供模型文档资料清单，验证报告和验证数据，技术支持文档，以及模型应用说明等相关技术资料。64.2模型技术说明模型的科学描述资料，包括物理、化学过程的应用公式描述、数值算法的报告及相关科学论文。高斯模型应包括平坦地形不同稳定条件条件算法、复杂地形算法、建筑物下洗、沉降算法、化学转化算法和适用污染物的描述；烟气抬升算法；输入气象条件和输入排放数据的要求。网格输送化学转化模型应包括水平和垂直平流算法、边界层和扩散算法、气相化学反应机理、气溶胶动力学和化学机理、云-降水及液相化学反应、干沉降等；烟气抬升算法；输入气象条件和输入排放数据的要求及前处理。4.3模型验证要求提交按已发布的验证案例或自主开展的验证案例形成的模型验证报告，与已推荐模型/国内外主流模型的比较分析报告。提交验证报告中涉及模型输入、输出的全部数据，验证数据必须是可读的电子文档。模型验证原则上采用模型主管部门发布的验证案例的验证数据，但在发布的验证案例不适用的情况下，可采用自行提供的并由模型主管部门审核后验证案例进行验证，同时还需递交验证案例的原始数据及案例说明。高斯模型验证资料应包括平坦地形不同稳定条件案例模拟；烟气抬升、复杂地形、建筑物下洗模拟，沉降算法验证，化学转化算法和适用污染物的验证。包括准确性所能模拟污染物种的均值、最高值的再现，相关性（排放变化、区域变化、日变化、季节变化）。网格输送化学转化模型应包括水平和垂直平流算法、边界层和扩散算法、气相化学反应机理、气溶胶动力学和化学机理、云-降水及7液相化学反应、干沉降等，烟气抬升算法，输入气象条件和输入排放数据的要求及前处理。模型准确性测试指标包括：空气质量标准要求污染物的均值、最高值的再现、AQI和污染事件的再现,各种化学组分的再现，相关性排放变化、区域变化、日变化、季节变化。4.4技术支持文档提供电子版的模型运行程序、程序源码等模型相关资料，并注明模型的版本号，程序源码是否公开。并提交带有模型计算方法的技术说明、模型需要的基本数据等相关说明，用户操作手册，模型更新情况等电子版和纸版的技术支持文档。4.5模型应用说明提交模型应用案例，国内外各行业、各领域应用情况，作为其他国家/地区推荐模型的情况，国内外相关研究成果发表情况等模型应用说明。4.6申请报告与附件要求环境空气质量模型规范化申请报告主要内容及附件要求见附录D。5模型验证案例5.1验证案例来源与主要内容环境空气质量模型验证案例由环境空气质量模型主管部门组织发布及更新。验证案例一般包括污染源数据、气象数据、土地利用类型数据、地形数据和固定点的监测值等一整套验证数据。85.2验证案例库本指南提供国内外模型验证案例共18个。其中环境空气质量模型主管部门发布了内蒙古正蓝旗上都镇—平坦地形验证案例，其余引用了美国环保署发布的验证案例。已发布的验证案例及说明见附录C。18个验证案例中包括平坦地形、复杂地形和近海岸，涉及农村和城市两种土地类型，污染源排放高度从近地面源到240米不等，污染源有单点源和多点源，监测污染物种类有SO2、SF6等，监测点范围从0.2公里到50公里，监测时间从26小时到1年。5.3验证案例更新完善国内机构自行建立的验证案例经同行专家认可和推荐，由环境空气质量模型主管部门列入验证案例库。6模型验证技术方法6.1模型验证要求环境空气质量模型验证采用模型验证案例法、模型比较法等技术方法。首先选择适用的模型验证案例，输入给定的模型数据，包括污染源、气象数据、土地利用类型数据、地形数据等，按待验证模型的输入格式要求处理、以及模型相关参数，运行需验证的模型，获得输出结果。根据模拟污染物特征及相关参数需求，输入模型计算网格、计算点坐标，以及污染物沉降或转化等参数。模型各参数设置应结合模型模拟范围和模拟污染物特性进行说明。模型模拟计算时，应严格采用验证案例所提供的输入参数，除根据模型输入需要调整数据格式外，不得随意对验证案例的数据信息进行其它调整或修改。9如果同类模型中已有推荐模型或国内外广泛应用的主流模型，则还需采用模型比较法，输入相同的模型数据与参数，获得不同模型的输出结果。然后采用统计方法和统计图法将获得的输出结果与验证案例中给定的监测值进行对比分析，或与已有推荐模型或国内外广泛应用的主流模型的输出结果进行对比分析，并形成模型验证报告。对于模型技术支持机构推荐的已被国内外广泛应用的主流模型，模型验证工作以收集相关文献资料为主。6.2模型验证案例法根据模型模拟对象、模拟尺度和外环境等适用性，选择适合的模型验证案例中提供的模型输入数据进行模拟计算，将模型运行结果与验证案例中提供的监测值进行统计分析，按准确性评价标准进行筛选。模型验证优先选择指南中推荐的验证案例，验证案例由模型主管部门建立并发布，见附录C。当已发布的验证案例无法满足模型验证需求时，可采用自行建立的验证案例，但需另行提供模型验证案例申请表。递交模型验证报告时，应同时递交验证案例的原始数据及案例说明。6.3模型比较验证法根据模型模拟对象、模拟尺度及模拟污染物等适用性，选择与现有推荐模型或国际较为成熟的同类模型进行对比。参考模型验证案例法选择适合的模型验证案例，将待验证模型与现有推荐模型或主流模型模拟结果进行比较，并分析差异及原因。106.4模型评价方法1）定性分析。采用Q-Q图、散点图等统计图方法，对模拟结果进行定性分析。a）Q-Q对比图。是对模型模拟值与验证案例监测值分别按值的大小排序，形成的序