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新时期环境影响评价与咨询研究
Research on Environmental Impact Assessment and Consultation in the New Era

日综合轨迹模式（HYSPLIT）和拉格朗日粒子扩散模式（FLEXPART）。由于拉
格朗日模式是跟随质点或气团的运动轨迹来模拟的，因此对于持续源长时间、远
距离传输扩散情况下，其计算量会急剧增加，影响了模式的使用和推广。欧拉方

法是相对于固定坐标系描述污染物的输送与扩散，用欧拉流体速度的统计特征来
表述浓度统计量。为了减小数值伪扩散误差，欧拉型模式求解方法包括有限差分、
假谱、有限元等多种计算方案。差分法目前使用较多，其优点在于直接将输送－
扩散方程离散化，然后再求解离散方程、思路简单、明了、非常直观便于程序化

计算。但是，这类方法所面临的主要问题是计算的数值稳定性和计算过程中所出
现的“数值伪扩散”问题，这些问题和所选用的差分方案密切相关。
目前为了满足数值方案的稳定性和减小“数值伪扩散”的影响，这类模式大

多采用隐式或半隐式方案。假谱法的基本思路是将浓度场从物理空间变换到谱空
间中，在谱空间中计算浓度的导数（即 C 和 2 C），然后在物理空间中计算
局地乘积项和时间积分求出浓度的空间分布和时间变化。这类模式的数学方法主
要采用快速傅里叶变换技术，可以把平流扩散方程变换为谱空间的常微分方程，
其计算精度很高（因为空间导数的计算是唯一的），在很大程度上消除了“数值

伪扩散”造成的误差。但这种方法所遇到的一个困难是边界条件的确定相当复杂。
有限元方法的核心是将所考虑的区域分为有限数目的子区，这些子区上的值用一
系列简单的离散函数来表示，如低阶多项式等。然后，在各子区上求解多元方程

组，在求解过程中要保证子区边界上值的连续性。这类方法的关键在于在各个子
区上寻找恰当的离散函数来表示该子区上变量的值。有限元方法在模拟复杂地形
扩散时比较方便，但存在子区上函数的确定有很大的主观性和子区分得太多计算
量就非常大的缺陷。欧拉模式一般依据 K 理论（梯度理论）来实现方程的闭合，
湍流通量一般假定与平均梯度成比例。水平和垂直 K 系数一般依赖于大气边界

层结构。在模拟较大尺度区域的扩散问题时欧拉方法具有一定优势。它易于加入
污染源变化、化学变化和其他迁移清除过程，适合处理较大尺度区域的大气输送
和扩散问题。虽然欧拉型模式在近年来有巨大发展，但无论哪种模式都摆脱不了

计算过程中差分方案的数值稳定性问题。目前应用最为广泛的区域多尺度空气质
量模拟系统（CMAQ）、空气质量综合模拟系统（CAMx）、新一代空气质量模
式（WRF-Chem）、嵌套网格空气质量预报模式系统（NAQPMS）和全球尺度空
气质量模式（GEOS-Chem）就是基于欧拉方法研发的。

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