AERMOD

AERMOD模型介绍

理论基础

AERMOD基于行星边界层（PBL）湍流理论，采用高斯扩散方程的改进形式，其核心理论包括：

湍流结构：模型将大气边界层分为地表层（Surface Layer）和混合层（Mixed Layer），分别采用不同的湍流参数化方案。
- 地表层：采用Monin-Obukhov相似理论，考虑热力稳定度对湍流的影响
- 混合层：采用湍流动能（TKE）方法描述湍流扩散
扩散机制：
- 水平扩散：采用非均匀扩散系数，考虑风速切变和湍流强度
- 垂直扩散：采用非高斯垂直分布，考虑浮力效应和稳定度条件
- 反射和沉降：考虑地面反射和干沉降过程
特殊物理过程：
- 建筑物下洗：采用PRIME（Plume Rise Model Enhancements）算法处理建筑物对烟羽的干扰
- 复杂地形：采用地形调整的高斯模型，考虑地形对流场的影响
- NOx化学转化：支持PVMRM（光解速率法）和OLM（臭氧限制法）两种NO2转化机制
- 海岸线熏烟：考虑海陆风环流对污染物扩散的影响
稳定度分类：采用连续稳定度参数（而非传统的Pasquill-Gifford分类），更准确地反映大气湍流状态。

模型构成和下载

模型系统组成

AERMOD建模系统包含以下核心组件：

AERMOD主程序：核心扩散模型，执行污染物浓度计算
AERMET：气象数据预处理器，将原始气象数据转换为模型输入格式
AERMAP：地形数据预处理器，处理数字高程模型（DEM）数据
AERSURFACE：地表特征预处理器，生成地表参数文件
BPIPPRIM：建筑物数据处理器，处理建筑物下洗计算
AERSCREEN：筛选版本，用于快速评估最大浓度

下载地址

官方下载：EPA SCRAM网站
最新版本：AERMOD Version 24142（2024年12月发布）
文件内容：
- 可执行文件（64-bit和32-bit版本）
- 源代码（Fortran语言）
- 用户手册和技术文档
- 测试案例和示例文件

系统要求

操作系统：Windows 7/10/11，或通过Wine在Linux/Mac上运行
内存：至少4GB RAM（复杂项目建议8GB以上）
存储空间：500MB以上（包含测试案例约需1GB）

控制文件介绍

AERMOD（AMS/EPA Regulatory Model）是目前应用最广泛的大气扩散模型系统之一。其核心运行依赖于一个扩展名为 .inp 的控制文件（Control File）。

这个文件本质上是一个文本文件，指导模型"在哪里、排放什么、天气如何、在哪里计算以及输出什么"。

AERMOD 控制文件的基本结构

AERMOD 控制文件采用模块化设计，分为五个核心路径（Pathways）。每个路径都以 ** STARTING 开始，以 ** FINISHED 结束。

路径代码	路径名称	主要功能
CO	Control (控制)	设置模拟标题、模型选项、平均时间、污染物类型等。
SO	Source (源)	定义排放源的类型（点、面、体）、位置、排放速率及物理参数。
RE	Receptor (受体)	定义计算网格或特定关注点的位置及高程。
ME	Meteorology (气象)	指定由 AERMET 处理生成的气象数据文件路径及站点信息。
OU	Output (输出)	规定输出结果的格式、类型（如浓度、沉降）及存储路径。

CO (Control)——全局设置

这是模型的"大脑"，决定了模拟的基本逻辑。

TITLEONE / TITLETWO: 模拟的标题，显示在输出报告顶部。
MODELOPT: 模型选项。常用参数包括：
- DFAULT: 使用 EPA 标准默认选项。
- CONC: 计算浓度。
- FLAT: 忽略地形（仅在平坦地区使用）。
- ELEV: 考虑地形影响（最常用）。
AVERTIME: 平均时间（如 1-hr, 8-hr, 24-hr, MONTH, PERIOD, ANNUAL）。
POLLUTID: 污染物名称（如 SO2, NO2, PM10）。
RUNORNOT: 填 RUN 表示执行计算，填 NOT 仅进行输入检查。
COORDSYS: 坐标系统（CARTESIAN, POLAR, UTM等）。
UNITS: 单位系统（METRIC或ENGLISH）。

SO (Source)——源项参数

在此定义所有的污染源。AERMOD 支持多种源类型：POINT（点源）、AREA（面源）、VOLUME（体源）、LINE（线源）和 BUOYLINE（浮力线源）。

LOCATION: 定义源 ID、类型及坐标。
- 点源示例：LOCATION [SourceID] POINT [X] [Y] [Z_ground]
- 面源示例：LOCATION [SourceID] AREA [X] [Y] [Length] [Width] [Z_ground]
- 浮力线源示例：LOCATION [SourceID] BUOYLINE [X1] [Y1] [X2] [Y2] [Z_ground]
SRCPARAM: 排放参数。
- 点源示例：SRCPARAM [SourceID] [排放速率] [烟囱高度] [烟气温度] [烟气速度] [烟囱内径]。
BLPINPUT: 浮力线源参数（从AERMOD 15181版本开始支持）。
- BLPINPUT [GroupID] [Blavgblen] [Blavgbhgt] [Blavgbwid] [Blavglwid] [Blavgbsep] [Blavgfprm]
BLPGROUP: 浮力线源分组。
- BLPGROUP [GroupID] [SourceID]
BUILDHGT / BUILDWID: 建筑下洗参数（如果考虑建筑物对扩散的影响，需配合 BPIPPRIM 软件生成）。
HOUREMIS: 如果排放随时间变化，可引用外部逐时排放文件。

RE (Receptor)——受体网格

定义你想在哪里得到浓度值。

GRIDCART: 笛卡尔网格。定义起始点、网格数量及间距。
- GRIDCART [Xmin] [Ymin] [Xmax] [Ymax] [Xincrement] [Yincrement]
DISCCART: 离散受体点。常用于环境敏感点（如学校、医院）。
- DISCCART [X] [Y]
RADIAL: 径向网格受体。
- RADIAL [Xcenter] [Ycenter] [Distance1] [Distance2] ... [Angle1] [Angle2] ...
ELEV / HILL: 受体的高程和地形尺度（由 AERMAP 预处理得到）。

ME (Meteorology)——气象

模型需要经过 AERMET 处理后的两个关键文件。

SURFFILE: 地面气象文件（.sfc）。
PROFFILE: 廓线气象文件（.pfl）。
SURFDATA / UAIRDATA: 地面站和高空站的站点编号及年份。
PROFBASE: 气象站的海拔高度。
METFN: 气象文件路径（可多次使用指定不同文件）。

OU (Output) —结果

RECTABLE: 输出受体点浓度排名表。
MAXTABLE: 输出最高值表。
PLOTFILE: 生成可用于绘图软件（如 Golden Surfer 或 GIS）的网格数据文件。
SUMMFILE: 生成总结报告。
AVEPER: 输出平均时段（1, 3, 8, 24小时等）。
PLOTFLG: 生成绘图文件（.plt格式）。
DEPOS: 计算干湿沉降。

编写注意事项与格式规范

不区分大小写：AERMOD 指令通常不区分大小写，但为了易读性，建议关键词大写。
空行与注释：以 ** 开头的行被视为注释，不会被模型读取。
严格的路径顺序：必须按照 CO -> SO -> RE -> ME -> OU 的顺序排列，否则模型可能报错。
单位统一：
- 坐标和距离：米 (m)。
- 排放速率：克/秒 (g/s)。
- 温度：开尔文 (K)。
- 速度：米/秒 (m/s)。
关键字依赖关系：
- BLPINPUT 必须在 BLPGROUP 之前出现
- 污染源定义中的 SrcID 必须在 LOCATION 和 SRCPARAM 中保持一致
- 多个相同类型的受体定义会合并到同一计算域中

示例片段

CO STARTING
   TITLEONE  Sample Dispersion Modeling Study
   MODELOPT  DFAULT  CONC  ELEV
   AVERTIME  1  24  PERIOD
   POLLUTID  SO2
   RUNORNOT  RUN
   COORDSYS  CARTESIAN
CO FINISHED

SO STARTING
   ** 定义一个点源: ID, 类型, X, Y, 海拔
   LOCATION  STACK1  POINT  500000.0  4500000.0  10.0
   ** 速率(g/s), 高度(m), 温度(K), 速度(m/s), 直径(m)
   SRCPARAM  STACK1  15.5  50.0  420.0  12.0  2.5
   
   ** 定义浮力线源
   BLPINPUT  1  100.0  20.0  30.0  5.0  50.0  0.5
   LOCATION  BL01  BUOYLINE  0.0  0.0  100.0  0.0  10.0
   LOCATION  BL02  BUOYLINE  0.0  10.0  100.0  10.0  10.0
   BLPGROUP  1  BL01
   BLPGROUP  1  BL02
SO FINISHED

RE STARTING
   ** 定义矩形网格受体
   GRIDCART  -5000  -5000  5000  5000  100  100
   ** 定义离散受体点
   DISCCART  2000  3000
RE FINISHED

ME STARTING
   SURFFILE  met_data.sfc
   PROFFILE  met_data.pfl
   SURFDATA  722900  2020
   UAIRDATA  72290  2020
   PROFBASE  10.0
ME FINISHED

OU STARTING
   AVEPER  1  8  24
   PLOTFLG
   RECTABLE
   MAXTABLE
OU FINISHED

注意：实际应用中，还需要指定地形文件（通过AERMAP预处理）和建筑物文件（通过BPIPPRIM预处理），具体取决于项目需求和地形复杂程度。

如何运行

准备工作

收集输入数据：
- 气象数据：至少1年的地面和高空气象观测数据
- 地形数据：数字高程模型（DEM）文件
- 污染源数据：排放参数、位置、高度等
- 地表特征数据：土地利用类型、粗糙度长度等

数据预处理：

# 运行AERMET处理气象数据
aermet.exe &lt; meteorological.inp > meteorological.out

# 运行AERMAP处理地形数据
aermap.exe &lt; terrain.inp > terrain.out

运行步骤

创建控制文件：根据项目需求编写.inp文件

执行AERMOD：

aermod.exe &lt; project.inp > project.out

检查输出：
- project.out：主要结果文件，包含各受体点的浓度值
- project.plt：绘图文件（如启用PLOTFLG）
- 错误日志：检查是否有警告或错误信息

结果分析

浓度分布：分析最大浓度、超标区域、影响范围
敏感性分析：评估关键参数对结果的影响
验证：与监测数据对比，验证模型准确性
报告生成：根据导则要求整理结果

常见问题处理

收敛问题：检查气象数据质量和地形数据分辨率
内存不足：减少受体点数量或使用分块计算
结果异常：验证源参数和气象参数的合理性
建筑物下洗：确保建筑物数据格式正确且位置准确

质量保证

数据验证：确保所有输入数据符合质量标准
模型验证：使用历史监测数据进行模型验证
不确定性分析：评估关键参数的不确定性对结果的影响
文档记录：详细记录所有假设、参数和处理步骤

AERMOD 在国内的应用

AERMOD模型的由来

AERMOD（American Meteorological Society/Environmental Protection Agency Regulatory Model）是由美国气象学会（AMS）与美国环境保护署（EPA）共同开发的大气扩散模型，于2006年12月9日正式取代ISC3模型成为美国环保署推荐的法规模型。该模型基于行星边界层湍流结构和尺度概念，能够处理地表源和高架源，以及简单和复杂地形条件下的污染物扩散。

在中国，AERMOD模型被引入作为环境影响评价中的重要技术工具，特别是在《环境影响评价技术导则大气环境》（HJ 2.2-2018）中被明确推荐使用。该模型在中国的应用经过了本地化调整，以适应中国特有的气象条件、地形特征和污染源类型。

法规、导则对AERMOD模型的规定

国家标准和行业规范

《环境影响评价技术导则大气环境》（HJ 2.2-2018）：明确规定AERMOD为推荐使用的进一步预测模型之一，适用于一级、二级评价项目。
《大气污染物综合排放标准》（GB 16297-1996）：虽然未直接指定模型，但要求采用科学合理的预测方法，AERMOD符合这一要求。
《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）：规定了环境空气质量限值，AERMOD可用于预测是否满足这些标准。

模型应用要求

根据HJ 2.2-2018导则，AERMOD模型在中国的应用需满足以下要求：

气象数据：必须使用至少连续一年的地面气象观测数据和高空气象数据，或采用MM5/CALMET等气象模型生成的模拟数据。
地形数据：对于复杂地形区域，必须使用数字高程模型（DEM）数据，并通过AERMAP进行预处理。
污染源参数：需提供准确的源强、排放高度、温度、烟气速度等参数。
受体网格：评价范围内的受体点设置应符合导则要求，通常采用矩形网格或径向网格。

3. 模型验证和质量保证

模型验证：应使用历史监测数据对模型进行验证，确保预测结果的可靠性。
质量保证：模型输入数据需经过严格的质量控制，包括气象数据的代表性、地形数据的准确性等。
不确定性分析：应对模型预测结果进行不确定性分析，评估关键参数的敏感性。

4. 特殊应用场景

建筑物下洗：对于高架源附近有建筑物的情况，需使用BPIPPRIM程序处理建筑物下洗效应。
NOx到NO2转化：可采用PVMRM（光解速率法）或OLM（臭氧限制法）处理NOx到NO2的转化。
海岸线熏烟：对于沿海地区，需考虑海岸线熏烟效应，AERMOD内置了相应的处理算法。

5. 相关技术文件

《AERMOD模型用户手册（中文版）》：由中国环境出版社出版，详细介绍了模型原理、输入输出格式和应用案例。
《大气环境影响评价技术指南》：生态环境部发布的技术指南，提供了AERMOD模型的具体应用方法和案例。
《环境影响评价技术导则大气环境（HJ 2.2-2018）实施技术指南》：详细说明了AERMOD在不同场景下的应用要求和技术细节。

以上规定确保了AERMOD模型在中国环境影响评价中的科学性和规范性，为建设项目的大气环境影响预测提供了可靠的技术支持。

EPA-AERMOD Modeling System

The American Meteorological Society/Environmental Protection Agency Regulatory Model Improvement Committee (AERMIC) was formed to introduce state-of-the-art modeling concepts into the EPA's air quality models. Through AERMIC, a modeling system, AERMOD, was introduced that incorporated air dispersion based on planetary boundary layer turbulence structure and scaling concepts, including treatment of both surface and elevated sources, and both simple and complex terrain. As of December 9, 2006, AERMOD is fully promulgated as a replacement to ISC3, in accordance with Guideline of Air Quality Models (pdf) (531.03 KB, 11-29-2024, 89 FR 95034) .

There are two input data processors that are regulatory components of the AERMOD modeling system: AERMET, a meteorological data preprocessor that incorporates air dispersion based on planetary boundary layer turbulence structure and scaling concepts, and AERMAP, a terrain data preprocessor that incorporates complex terrain using USGS Digital Elevation Data. Other non-regulatory components of this system include: AERSCREEN, a screening version of AERMOD; AERSURFACE, a surface characteristics preprocessor, and BPIPPRIM, a multi-building dimensions program incorporating the GEP technical procedures for PRIME applications.

At this time, AERMOD does not calculate design values for the lead NAAQS (rolling 3-month averages). A post-processing tool, LEADPOST (ZIP)(65 MB, 09-19-2013), is available to calculate design values from monthly AERMOD output. This tool calculates and outputs the rolling cumulative (all sources) 3-month average concentration at each modeled receptor with source group contributions and the maximum cumulative (all sources) rolling 3-month average concentration by receptor.

Below is the model code and documentation for AERMOD Version 24142. The model code and supporting documents are not static but evolve to accommodate the best available science. Please check this website often for updates to model code and associated documents.

AERMOD Implementation Guide

AERMOD Implementation Guide (pdf) (42 pp, 380 KB, 11-20-2024, 454-B-24-009) - Provides information on the recommended use of AERMOD for particular applications and is an evolving document.

AERMOD Modeling System Development

Modeling System Development Website and White Papers

Model Code

Executable (v24142) (64-bit) (zip) (1.5 MB, 12-04-2024) - 64-bit Operating Systems

Executable (v24142) (32-bit) (zip) (1.4 MB, 11-20-2024) - 32-bit Operating Systems

Source Code (v24142) (ZIP) (625 KB, 11-20-2024)

Model Documentation

AERMOD Modeling System Transmittal Memorandum (v24142) (pdf) (5 pp, 266 KB, 11-20-2024)

AERMOD 64-bit Executable Refresh Memorandum (1pp, 236 KB, 12-04-2024)

AERMOD Quick Reference Guide (pdf) (25 pp, 356 KB, 11-20-2024)

User's Guide for the AMS/EPA Regulatory Model (AERMOD) (pdf) (303 pp, 2.3 MB, 11-20-2024, 454-B-24-007)

AERMOD System Bugs, Errata, and Related Guidance (pdf) (4 pp, 176 KB, 05-15-2025)

Model Change Bulletin #18 - Version Date 24142 (pdf) (2 pp, 212 KB, 11-20-2024)

Model Change Bulletins Archive (2024) (zip) (1.2 MB, 11-20-2024)

AERMOD Model Formulation Document (pdf) (179 pp, 2.1 MB, 11-20-2024, 454-B-24-010)

AERMOD Model Evaluation Document (pdf) (58 pp, 3.8 MB, 11-20-2024, 454-B-24-006)

AERMOD System Data Resources

AERMOD Modeling System Data Resources (pdf) (7 pp, 187 KB, 11-20-2024)

Test Cases

AERMOD Test Cases (ZIP) (234 MB, 12-04-2024)

Installation Guide (Sample Run)

Read Me (TXT) (1 KB, 10-12-2023) - please read this file first

Sample Run Instructions (pdf) (33 pp, 1.7 MB, 11-21-2024) - detailed installation and execution instructions

Sample Run (ZIP) (5.4 MB, 11-21-2024) - sample test case

AERPLOT Sample Run Instructions (pdf) (14 pp, 939 KB, 11-20-2024) - detailed installation and execution instructions

AERPLOT Sample Run (ZIP) (4.3 MB, 11-20-2024) - sample test for AERPLOT

Model Supporting Documents

2024 Appendix W Final Rule Supporting Information and Docket Website

Model Evaluation Paper (pdf) (41 pp, 1 MB, 06-01-2003, 454-R-03-003)

Bulk Richardson Number Evaluation Report (pdf) (34 pp, 329 KB, 09-01-2004)

Comparison of Regulatory Design Concentrations: AERMOD vs ISCST3, CTDMPLUS, ISC-PRIME (pdf) (89 pp, 31 KB, 06-01-2003, 454-R-03-002)

Development and Evaluation of the PRIME Plume Rise and Building Downwash Model (1995) (pdf) (5 pp, 31.3 KB, 1995)

Project PRIME: Evaluation of Building Downwash Models Using Field and Wind Tunnel Data (pdf) (4 pp, 32 KB, 1998)

Development and Evaluation of the PRIME Plume Rise and Building Downwash Model (1999) (pdf) (34 pp, 588 KB, 10-05-1999)

Evaluation of Bias in AERMOD-PVMRM (pdf) (33 pp, 236 KB, 06-01-2005)

PVMRM and OLM Sensitivity Analysis (pdf) (67 pp, 522 KB, 09-01-2004)

Ambient Ratio Method Version 2 (ARM2) for use with AERMOD for 1-hr NO2 Modeling - Development and Evaluation Report (pdf) (95 pp, 2.2 MB, 09-20-2013)

Guidance on R-LINE Additions to AERMOD for Refined Transportation Project Analyses

Incorporation and Evaluation of the RLINE Source Type in AERMOD For Mobile Source Applications (pdf) (55 pp, 5.2 MB, 10-12-2023, 454-R-23-011)

Evaluation of Addition of Terrain Treatment to the RLINE Source Type in AERMOD (pdf) (33 pp, 1.7 MB, 10-12-2023, 454-R-23-012)

AERMOD Deposition Science Document (pdf) (22 pp, 196 KB, 03-19-2004)

AERMOD Deposition Parameterizations Document (ZIP)(338 KB, 10-28-2003)

Draft Peer Review Document (ZIP)(797 KB, 08-27-2001) - For the AERMOD Deposition Parameterizations Document (above)

Technical Support Document (TSD) for AERMOD/BLP Development and Testing (43 pp, 1.0 MB, 12-01-2016, 454-B-16-009)

Technical support document (TSD) for NO2-related AERMOD modifications (32 pp, 1.6 MB, 12-01-2015, 454-B-15-004)

Technical Support Document (TSD) for Adoption of the Generic Reaction Set Method (GRSM) as a Regulatory Non-Default Tier-3 NO2 Screening Option (pdf) (43 pp, 2.9 MB, 11-20-2024, 454-R-24-005)

NO2/NOx In-Stack Ratio (ISR) Database

Model Evaluation Databases - NO2

NO2 README (TXT)(1 KB, 10-31-2023) - Document that explains the NO2 databases below that contain input and output data for the model evaluation

Balko (ZIP)(12 MB, 10-31-2023) - Input/output data for Balko; Terrain, Rural, Downwash, Independent, 4 NO2 monitors

Denver-Julesburg (Supplemental for 2023 TSD) (ZIP) (2 MB, 10-31-2023) - Input/output data for Denver-Julesburg; Terrain, Rural, Downwash, Independent, 12 NO2 monitors

Denver-Julesburg (ZIP)(108 MB, 08-18-2020) - Input/output data for Denver-Julesburg: Flat, Rural, Non-downwash, Independent, 12 NO2 monitors

Empire Abo (ZIP)(14M, 10-31-2023) - Input/output data for Empire Abo; Flat, Rural, Downwash, Independent, 2 NO2monitors

Pala'au (ZIP)(6 MB, 10-31-2023) - Input/output data for Pala'au; Flat, Rural, Downwash, Independent,1 NO2 monitor

AERMOD模型介绍​

理论基础​

模型构成和下载​

模型系统组成​

下载地址​

系统要求​

控制文件介绍​

AERMOD 控制文件的基本结构​

CO (Control)——全局设置​

SO (Source)——源项参数​

RE (Receptor)——受体网格​

ME (Meteorology)——气象​

OU (Output) —结果​

编写注意事项与格式规范​

示例片段​

如何运行​

准备工作​

运行步骤​

结果分析​

常见问题处理​

质量保证​

AERMOD 在国内的应用​

AERMOD模型的由来​

法规、导则对AERMOD模型的规定​

国家标准和行业规范​

模型应用要求​

3. 模型验证和质量保证​

4. 特殊应用场景​

5. 相关技术文件​

EPA-AERMOD Modeling System​

AERMOD Implementation Guide​

AERMOD Modeling System Development​

Model Code​

Model Documentation​

AERMOD System Data Resources​

Test Cases​

Installation Guide (Sample Run)​

Model Supporting Documents​

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