第三章 研究流程與方法
3.3 AERMOD 模式建立
本研究採用之AERMOD(AMS/EPA Regulatory Model )(USEPA, 2004) 模式是由美國環保署（USEPA）及美國氣象學會（American Meteorology Society, AMS）所組成之法規模式改進委員會（AMS/EPA Regulatory Model Improvement Committee, AERMIC）共同發展，其目的在於發展一 套可取代誤差較大的ISCST3(USEPA, 1995)法規模式，採用與 ISCST3 相 同的輸入與輸出結構，並運用最新的計算技術及擴散理論來提高模式所 預測之結果的準確性，並保持法規應用與執行上的簡便性。
基於以上概念，新的空氣品質模式 AERMOD 因而誕生，該模式的 原理在附錄一中說明。國內外亦已有一些AERMOD 相關研究，如 Sattler et al.(2007)使用 AERMOD 來評估污水處理場的臭味物質逸散濃度，並考 慮季節對於濃度預測之影響。Yang et al.(2007)依據追蹤劑監測數據比較 AERMET (USEPA, 2004) 模式、處理地形資料的 AERMAP (USEPA, 2004) 模式，及AERMOD 擴散模式。AERMET 由地面及探空測站所測量的氣 象資料產生兩個模式所需的氣象輸入檔，其一為逐時邊界層參數檔，另 一為大氣參數垂直分佈數據檔。若是污染源煙囪處在複雜的地形中，則 受體點的高程就必須透過AERMAP 來計算，AERMAP 使用美國地質調
查局（U.S. Geological Survey, USGS）的 DEM(Digital Elevation Model) 數位地形資料作為輸入檔，用以產生受體點位置及高程數據資料檔。最 後再由 AERMOD 將上述兩個模式之輸出檔合併，並且配合污染源資料 計算出各個受體點的污染擴散情形。
依礦與許（94 年）指出，與 ISCST3 模式比較，AERMOD 具有以下 重要特色：
1. 能處理行星邊界層（planetary boundary layer, PBL：指地球大氣層的 最低層，主要受地球(行星)表面所影響）內模擬垂直方向的非均相 性質；
2. 可對於地表排放源做特殊處理；
3. 可模擬不規則面污染源排放情形；
4. 考慮對流邊界層內下浮力煙流與建築物下洗作用；
5. 在穩定邊界層內垂直混合的限制。
其亦指出該模式修正其他模式對於中等至複雜地形中所產生的地 形效應的模擬方法，並且仍能保有其簡單性。該模式需要先針對氣象 資料及數位地形資料分別作預處理，以 AERMET 氣象前處理模式建 立 AERMOD 輸入檔，之後再依據固定污染源排放資料來進行模式運 算。以下各節將一一詳細說明如何以 AERMOD 建立研究案例區的砷 空氣污染模擬模式。
Surface observations
with PBL parameters Profile file Albedo
1QA: Quality assessment
圖4 AERMET 所使用之氣象資料預處裡程序(整理自 User’s guide for
採用板橋測站(大氣研究資料庫，97 年)的探空觀測資料。模式以這兩個
AERMOD 輸入檔資料預處理包括以 AERMET 模式進行氣象資料前 處理及數位地形資料網格建立地形資料，以下一一說明之：
地區的地形，並配合模擬的網格大小建置地形高程資料。本研究 所採用數位地形高程資料為工研院能資所所提供之新竹地區 之數位高程資料，並利用 ERDAS IMAGINE(Leica, 2005)及 Grapher(Golden software INC., 2007)等軟體將 UTM 座標 及高程值讀出，進而利用網格差值計算轉換產生
網格的高程資料，最後將網格座標點及高程值匯出成電子檔供模 式所使用。
Input Input
AERMET
．Generates PBL2parameters
．Passes Measured Profiles
DEM3 Data
．Generates Terrain and Recepotor Data
1NWS：National Weather Service Station
2PBL：Planetary Boundary Layer
3DEM：Digital Elevation Model
4Pass Obs.：Passes all meteorological observations
5UTM Coord.：UTM coordinates
6WS：Wind Speed
7TURB：Turbulent Fluctuations
8PTG：Potential Temperature Gradient
圖5 AERMOD 運算流程(整理自 User's Guide For The
AERMOD,2004)
3.3.4 AERMOD 模式運算
AERMOD 模式的運算流程如圖 5 所示（USEPA, 2004），首先進行 AERMET 氣象預處理模式及 DEM 資料處理，接著運算 AERMOD 擴散 模式。其中AERMET 包含產生行星邊界層參數與測站資料擷取與轉換，
而行星邊界層參數數據可由現場觀測數據或由氣象測站所觀測之資料來 取得。首先將地面反照率、表面粗糙度、鮑文彼等地表特性參數，以及 風速、風向、溫度、雲量等氣象參數輸入至AERMET 模式中，計算出行 星邊界層參數，如：摩擦速度(u*)、Monin-Obukhov 長度（L）、對流速 度尺度（w*）、溫度尺度（Θ*）、混和層高度（zi）、地表熱通量（Ｈ）等。
將以上參數連同氣象觀測資料輸入AERMOD，透過相似關係計算出 風速(u)、水平和垂直方向的紊流強度（σｖ，σｗ），溫度潛勢梯度（dΘ/dz）、
溫度潛能（Θ）等垂直輪廓數據；且輸入固定污染源之排放率、煙流溫 度、煙囪高度、煙流出口速度、煙囪內徑等數據，並對邊界層輪廓參數 進行內插，計算出污染物濃度。另外與先前處理好的 DEM 資料配合欲 計算的受體點網格座標及高程值、污染源資料，將數據輸出格式作為 AERMOD 的輸入檔，計算地表高程對於大氣擴散的影響，並配合氣象輸 入檔來計算污染物濃度的分佈情形。