ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
__________________________________________________________________

Đàm Duy Ân

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH CMAQ
ĐÁNH GIÁ, DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG
KHÔNG KHÍ TẠI MỘT SỐ KHU VỰC
THUỘC VÙNG KINH TẾ TRỌNG ĐIỂM PHÍA BẮC

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - 2018
0


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
__________________________________________________________________

Đàm Duy Ân

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH CMAQ
ĐÁNH GIÁ, DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG
KHÔNG KHÍ TẠI MỘT SỐ KHU VỰC
THUỘC VÙNG KINH TẾ TRỌNG ĐIỂM PHÍA BẮC
Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
Mã số: 62440301
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG


học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành
luận án này;
Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình đã luôn kiên nhẫn động viên, hỗ trợ tôi
trong suốt quá trình học tập, làm việc và hoàn thành luận án.
Lời cảm ơn sâu sắc nhất xin được gửi đến PGS.TS. Mai Trọng Thông người
thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ, khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập và thực
hiện luận án này.
Trân trọng!
Hà Nội, ngày

tháng

Nghiên cứu sinh

Đàm Duy Ân

1

năm 2018


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC ................................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ 4
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... 5
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... 6
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............... 14

2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................. 34
2.1.1. Mô hình WRF ......................................................................................... 34
2.1.2. Mô hình CMAQ và khả năng mô phỏng [25, 26, 37, 40] ...................... 37
2.1.3. Tính toán lắng đọng khô ......................................................................... 42
2.1.4. Dữ liệu phát thải REAS v2.1 .................................................................. 43
2.2. DỮ LIỆU ĐẦU VÀO PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU TRONG LUẬN ÁN...... 45
2.2.1. Dữ liệu khí tượng ................................................................................... 46
2.2.2. Dữ liệu phát thải và phương án tính toán ............................................... 46
2.3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DỮ LIỆU NGUỒN THẢI DỰA TRÊN
NỀN TẢNG DỮ LIỆU REAS v2.1 ...................................................................... 46
2.3.1. Nghiên cứu dữ liệu REAS v2.1 .............................................................. 46
2.3.2. Phương pháp tính toán dữ liệu phát thải sau năm 2008 từ nguồn dữ liệu
REAS v2.1 ........................................................................................................ 48
2.4. MIỀN TÍNH VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH ...................... 51
2.4.1. Miền tính ................................................................................................ 51
2.4.2. Phương án tính toán ................................................................................ 52
2.4.3. Kiểm định mô hình.................................................................................. 53
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................. 54
3.1. HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ NĂM 2007 ......................... 54
3.1.1. Dữ liệu phát thải khu vực nghiên cứu năm 2007 ................................... 54
3.1.2. Kiểm định mô hình ................................................................................. 56
3.1.3. Hiện trạng chất lượng môi trường không khí năm 2007 ........................ 60
3.1.3.1. Đối với SO2 ..................................................................................... 60
3.1.3.2. Đối với NO2 .................................................................................... 60
3.1.3.3. Đối với bụi PM10 ............................................................................. 61
3.2. HIỆN TRẠNG CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ NĂM
2013 ...................................................................................................................... 65
3.2.1. Dữ liệu phát thải 2013 ............................................................................ 65
3.2.2. Kiểm định mô hình ................................................................................. 70
3.2.2.1. Kết quả kiểm định với dữ liệu quan trắc tự động ........................... 70

KIẾN NGHỊ ............................................................................................................ 138
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ........................ 139
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............................................................................... 139
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 140

3


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CMAQ

Mô hình chất lượng không khí cộng đồng đa tỷ lệ
(Community Multiscale Air Quality model)

CCTM

Mô hình lan truyền các chất hóa học
(CMAQ chemical transport model)

CLKK
GIS

Chất lượng không khí
Hệ thống thông tin địa lý

KTTĐ

Kinh tế trọng điểm

MTQG

năm 2007 .......................................................................................................... 56
Bảng 3.2. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu đánh giá tương quan giữa số liệu thực đo và
kết quả tính toán ............................................................................................... 74
Bảng 3.3. So sánh kết quả tổng cộng NO2 tầng đối lưu từ mô hình CMAQ và ảnh
vệ tinh OMI (đơn vị 1015mol/cm2) .................................................................... 75
Bảng 3.4. Tốc độ lắng đọng SO2 tại khu vực Hà Nội (cm/s) ............................103
Bảng 3.5. Tổng lắng đọng SO2 theo tháng tại các khu vực (kg/ha/tháng) .........104
Bảng 3.6. Tổng lắng đọng NO2 theo tháng tại các khu vực (kg/ha/tháng) ........107
Bảng 3.7. Tổng lắng đọng HNO3 theo tháng tại các khu vực ...........................111
Bảng 3.8. Tỷ lệ phát thải SO2 từ các nguồn thải khác nhau năm 2013 ..............112
Bảng 3.9. Tỷ lệ phát thải NO2 từ các nguồn thải khác nhau .............................116
Bảng 3.10. Tỷ lệ phát thải PM10 từ các nguồn thải lớn khu vực nghiên cứu ....119
Bảng 3.11. Tỷ lệ thay đổi nồng độ SO2 trung bình của năm 2020/2013 ...........129
Bảng 3.12. Tỷ lệ thay đổi nồng độ NO2 trung bình của năm 2020/2013 ...........131
Bảng 3.13. Tỷ lệ thay đổi nồng độ PM10 trung bình của năm 2020/2013 .........133
Bảng 3.14. Tỷ lệ thay đổi nồng độ CO trung bình của năm 2020/2013 ............135

5


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ mô hình nguồn điểm ................................................................... 15
Hình 1.2. Sơ đồ mô tả tổng thể hệ thống mô hình dự báo chất lượng không khí ........ 17
Hình 1.3. Các tỉnh thuộc vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc [1] ........................ 27
Hình 2.1. Cấu trúc mô hình WRF ..................................................................... 35
Hình 2.2. Quan hệ giữa hệ thống mô hình CMAQ với các mô hình phát thải và khí
tượng [10 - 14] ................................................................................................. 37
Hình 2.3. Hệ thống các module trong mô hình CMAQ [10-14, 72] ................... 42
Hình 2.4. Biến thiên tổng lượng phát thải CO trên một ô lưới phát thải các tỉnh
thuộc khu vực nghiên cứu từ nguồn thải công nghiệp ....................................... 47

tháng 7, tháng 10 năm 2013 .............................................................................. 79
Hình 3.15. Diễn biến nồng độ trung bình ngày của SO2 tại các khu vực vào tháng
1, tháng 4, tháng 7, tháng 10 năm 2013 ............................................................ 80
Hình 3.16. Bản đồ nồng độ SO2 trung bình tháng 1, 4, 7 và 10 năm 2013 ......... 82
Hình 3.17. Diễn biến nồng độ trung bình tháng của SO2 tại các khu vực vào tháng
1, tháng 4, tháng 7, tháng 10 năm 2013 ............................................................ 83
Hình 3.18. Nồng độ SO2 trung bình năm khu vực nghiên cứu ........................... 84
Hình 3.19. Bản đồ nồng độ NO2 một số thời điểm tháng 1, 4, 7 và 10 năm
2013 ................................................................................................................. 85
Hình 3.20. Diễn biến nồng độ NO2 theo giờ tại các khu vực vào tháng 1, tháng 4,
tháng 7, tháng 10 năm 2013 .............................................................................. 87
Hình 3.21. Diễn biến nồng độ NO2 theo ngày tại các khu vực vào tháng 1, tháng
4, tháng 7, tháng 10 năm 2013 .......................................................................... 88
Hình 3.22. Bản đồ nồng độ NO2 trung bình tháng 1, 4, 7, 10 năm 2013 ............ 90
Hình 3.23. Diễn biến nồng độ trung bình tháng của NO2 tháng 1, tháng 4, tháng 7,
tháng 10 năm 2013 ........................................................................................... 91
Hình 3.24. Nồng độ NO2 trung bình năm tại một số khu vực ............................ 91
Hình 3.25. Bản đồ nồng độ PM10 tháng 1, 4, 7, 10 năm 2013............................ 92
Hình 3.26. Diễn biến nồng độ PM10 theo giờ tại các khu vực vào tháng 1, tháng
4, tháng 7, tháng 10 năm 2013 .......................................................................... 94
Hình 3.27. Nồng độ trung bình ngày của PM10 tại các khu vực tháng 1, tháng 4,
tháng 7, tháng 10 năm 2013 .............................................................................. 95
Hình 3.28. Bản đồ phân bố nồng độ bụi PM10 trung bình tháng 1, 4, 7, 10 năm
2013 ................................................................................................................. 97
Hình 3.29. Diễn biến nồng độ trung bình tháng của PM10 tại các khu vực vào tháng
1, tháng 4, tháng 7, tháng 10 năm 2013 ............................................................ 98
Hình 3.30. Nồng độ PM10 trung bình năm tại một số khu vực ........................... 98

7


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Không khí là một trong những thành phần môi trường quan trọng, có ý nghĩa
sống còn để duy trì sự sống trên Trái đất. Chất lượng không khí liên quan mật thiết
đến các quá trình hô hấp (hoặc quang hợp) của hầu hết các sinh vật trên Trái đất. Do
vậy sự thay đổi chất lượng môi trường không khí tác động trực tiếp đến con người,
các sinh vật cũng như sự phát triển kinh tế xã hội của một khu vực, một quốc gia hay
trên phạm vi toàn cầu.
Không khí khi đã bị ô nhiễm sẽ rất khó kiểm soát do đặc tính dễ lan truyền từ
khu vực này đến khu vực khác. Vì vậy ô nhiễm không khí được coi là dạng ô nhiễm
“không biên giới” vì quy mô tác động của chúng hoàn toàn có thể vượt ra khỏi phạm
vi kiểm soát, ngăn chặn của mỗi vùng, mỗi quốc gia.
Hiện tượng mưa axit, hiệu ứng nhà kính, suy thoái tầng Ozone (có nguyên
nhân từ việc ô nhiễm không khí) đang là vấn đề cấp bách, được nghiên cứu, bàn luận
liên tục giữa các nhà khoa học cũng như chính phủ của nhiều quốc gia trên Thế giới.
Hiện nay, chính phủ và nhiều tổ chức quốc tế cũng như các tổ chức thuộc các quốc
gia khác nhau đã và đang thảo luận, bàn bạc để đưa ra những giải pháp nhằm giảm
thiểu và kiểm soát lượng khí thải vào khí quyển.
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang được nhiều quốc gia trên thế giới
quan tâm và có nhiều động thái kiểm soát chặt chẽ nhằm đảm bảo chất lượng môi
trường. Đến thời điểm này, ô nhiễm không khí là dạng ô nhiễm có xu hướng gia tăng
mạnh ở các quốc gia đang phát triển trong những năm gần đây. Nguyên nhân có thể
nhận thấy rõ rệt từ sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp, tăng trưởng và
phát triển giao thông cũng như từ quá trình đô thị hóa. Tuy nhiên, song song với việc
phát triển kinh tế và các hoạt động phát triển khác (giao thông, cơ sở hạ tầng, đô thị
hóa…) cũng làm gia tăng nguồn phát thải gây ra ô nhiễm môi trường nói chung và
môi trường không khí nói riêng. Chính vì vậy, nghiên cứu đánh giá và dự báo chất
lượng môi trường không khí ở tất cả các khu vực có thể nói là rất quan trọng trong
giai đoạn hiện nay cũng như trong tương lai. Để đánh giá chất lượng môi trường


được tính toán từ mô hình WRF và nguồn dữ liệu kiểm kê phát thải cho khu vực châu
Á - REAS để tính toán đánh giá chất lượng môi trường không khí, đánh giá khả năng

10


lắng đọng khô một số chất ô nhiễm tại một số khu vực thuộc vùng kinh tế trọng điểm
phía Bắc.
- Ước tính/dự tính được mức độ phát thải các chất ô nhiễm không khí và chất
lượng môi trường không khí tại khu vực nghiên cứu cho một số thời điểm sau năm
2008. Dữ liệu phát thải cho khu vực sau năm 2008 được tính toán dựa trên xu thế
phát thải nghiên cứu từ dữ liệu kiểm kê phát thải cho khu vực châu Á (REAS v2.1)
từ năm 2000 đến năm 2008 và báo cáo Hiện trạng môi trường quốc gia năm 2007.
- Đánh giá mức độ đóng góp chất ô nhiễm không khí từ các nguồn thải lớn:
công nghiệp, giao thông và dân sinh tại khu vực lựa chọn nghiên cứu.
- Đánh giá phân bố chất ô nhiễm theo chiều cao (profile thẳng đứng) một số
chất gây ô nhiễm môi trường không khí lớp biên khí quyển dựa trên kết quả từ mô
hình CMAQ.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu ứng dụng mô hình CMAQ; nguồn dữ liệu kiểm kê phát thải cho
khu vực châu Á (REAS v2.1 thực hiện bởi Trung tâm Nghiên cứu biến đổi toàn cầu
(FRCGC) và Cục khoa học kỹ thuật Biển - Địa cầu Nhật Bản); đưa ra phương pháp
tính toán xu thế phát thải trong tương lai và áp dụng tính toán cho khu vực lựa chọn
nghiên cứu.
- Nghiên cứu ứng dụng, xây dựng các bản đồ phát thải chất gây ô nhiễm môi
trường không khí cho khu vực lựa chọn nghiên cứu.
- Đánh giá sự ảnh hưởng, mức đóng góp của các nguồn thải khác nhau tới chất
lượng môi trường không khí (áp dụng với các chất SO2, NO2 và bụi PM10 cho khu
vực lựa chọn nghiên cứu).
- Đánh giá được sự phân bố và tổng lắng đọng khô các chất SO2, NO2 và HNO3

lựa chọn phục vụ cho nghiên cứu của luận án.
- Phương pháp thu thập dữ liệu, phương pháp ảnh vệ tinh, bản đồ và hệ thống
thông tin địa lý (GIS) cũng được sử dụng nhằm xây dựng các bản đồ phát thải; kiểm
định kết quả của mô hình CMAQ; mô phỏng các kết quả tính toán.
6. Những đóng góp mới của luận án
- Lần đầu tiên nghiên cứu ứng dụng chuỗi dữ liệu phát thải REAS v2.1 với
kích thước lưới phát thải 0.25o x 0.25o để xây dựng bản đồ phát thải, tính toán chất
lượng không khí và sự đóng góp của các nguồn thải lớn (nguồn thải từ giao thông,

12


công nghiệp, dân sinh, các nguồn khác).
- Lần đầu tiên nghiên cứu sự biến thiên theo chiều cao một số chất ô nhiễm
không khí tại khu vực lựa chọn nghiên cứu.
- Lần đầu tiên tính toán tổng lắng đọng khô một số chất trong khu vực lựa chọn
nghiên cứu dựa trên các kết quả của mô hình.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Hiện nay, rất nhiều tổ chức quốc tế, nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã
đánh giá và đưa ra các công bố về chất lượng môi trường không khí cho khu vực Việt
Nam thông qua các tính toán dựa trên các dạng dữ liệu phát thải đã được công bố
quốc tế. Tuy nhiên việc đánh giá tính chính xác của các kết quả này hiện còn nhiều
khó khăn do việc tiếp cận dữ liệu và phương pháp tính toán trong nước còn nhiều hạn
chế. Vì vậy, nghiên cứu của luận án có thể góp phần mở ra một hướng nghiên cứu
mới trong đánh giá chất lượng môi trường không khí bằng việc sử dụng các dạng dữ
liệu có quy mô khu vực, toàn cầu.
- Cung cấp một số kết quả ban đầu của việc nghiên cứu đánh giá biến thiên
nồng độ chất ô nhiễm theo chiều cao bằng mô hình CMAQ.
- Có thể ứng dụng mô hình CMAQ đánh giá chất lượng môi trường không khí,
cảnh báo ô nhiễm và quản lý chất lượng không khí vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc

Hiện nay, trên thế giới đã và đang xuất hiện ngày càng nhiều các công trình nghiên
cứu, phát triển mô hình CLKK cũng như ứng dụng mô hình vào dự báo nghiệp vụ hàng
ngày của các cơ quan quản lý môi trường ở các nước có nền kinh tế và khoa học phát
triển mạnh (như ở Mỹ, Nhật Bản, Pháp, Đức…) [65]. Ở Việt Nam, trong khoảng 15 năm
trở lại đây, việc ứng dụng các dạng/loại mô hình trong nghiên cứu môi trường không khí
ngày càng phổ biến hơn do tính ưu việt của mô hình trong các dự báo chất lượng môi
trường ngắn hạn và dài hạn.
1.1.1. Các mô hình chất lượng không khí thông dụng hiện nay
1.1.1.1. Mô hình nguồn điểm
Một trong những mô hình đầu tiên phải kể đến là mô hình Sutton (1932),
Bosanquet (1936). Đó là những mô hình khuếch tán (diffusion) chất ô nhiễm từ ống khói
của các nhà máy công nghiệp lớn. Các mô hình này được xây dựng trên cơ sở phương

14


pháp Gaussian (Gaussian Plume Model) và nó cho phép tính toán phân bố nồng độ phát
thải từ nguồn điểm và khoảng cách tác động tính từ nguồn thải [13, 21].

Hình 1.1. Sơ đồ mô hình nguồn điểm
Mô hình ống khói Gausian được mô tả trên Hình 1.1. Mô hình này được xây dựng
dựa trên thực nghiệm đo đạc độ trải rộng của vệt ống khói theo chiều dọc và ngang và
đo nồng độ theo độ lệch chuẩn của ống khói [16, 18, 21, 22, 24].
Gần đây nhiều các nghiên cứu còn dựa vào nền tảng mô hình này để ứng dụng
tính toán ô nhiễm và lan truyền chất ô nhiễm không khí từ các nguồn tức thời chẳng hạn
như các sự cố từ nhà máy nhiệt điện, cháy dầu hoặc vụ phóng tàu vũ trụ…
(Arystanbekova, 2004) [17].
1.1.1.2. Mô hình theo quy mô khu vực và diện rộng [13, 14]
Từ sau 1970, các nhà khoa học nhận ra rằng ô nhiễm không khí không chỉ nằm
trong một khu vực địa phương nhỏ hẹp mà còn có thể bị tác động từ một vùng khác rộng

lan truyền chất ô nhiễm dựa trên nền tảng các hệ phương trình của Gauss, Berlian và
Sutton.
1.1.1.4. Mô hình quang hóa [39, 41, 42]
Các mô hình quang hóa đa chỉ tiêu, đa quy mô, đa chiều là mô hình thế hệ thứ 3
(3rd Generation hay Models-3) trong sự phát triển của hệ thống các mô hình CLKK. Các
hệ thống mô hình quang hóa CLKK hiện nay là công cụ thường được sử dụng trong các
phân tích đánh giá tác động của các chính sách kiểm soát ô nhiễm môi trường. Các
phương pháp giải Lagran và Euler là các phương pháp đang được sử dụng rộng rãi nhất
trong các mô hình quang hóa.

16


Các mô hình quang hóa dù giải theo phương pháp nào thì cũng phải giải phương
trình bảo toàn chứa các thành phần của quá trình hình thành, vận chuyển và biến đổi hay
phản ứng của các chất ô nhiễm trong không khí. Nhìn chung các mô hình dạng này
thường sẽ có các thành phần phát thải (emissions), khí tượng, địa hình, thành phần xử lý
hóa học (McRae, Goodin & Seinfeld, 1982; Russell & Dennis, 2000) [10, 31, 63].
Các mô hình quang hóa thường đòi hỏi phải có số liệu khí tượng từng giờ theo
lưới thẳng đứng và ngang như các trường gió, nhiệt độ, độ ẩm, độ dày lớp xáo trộn, bức
xạ mặt trời. Ngoài ra, một số thông số khác như khuếch tán thẳng đứng, đặc tính mây
(liên quan pha lỏng, vi vật lý mây, kích thước hạt nước…), lượng mưa được tính toán
trong mô hình khí tượng cũng cần thiết và được sử dụng trong mô hình quang hóa.

Hình 1.2. Sơ đồ mô tả tổng thể hệ thống mô hình dự báo chất lượng không khí
Các mô hình quang hóa sử dụng phổ biến trên thế giới hiện nay gồm:
 Mô hình CMAQ (EPA, 1998), Community Multiscale Air Quality model là mô
hình quy mô khu vực có thể sử dụng lưới lồng.
 Mô hình CALGRID (Yamartino, 1992) - California Grid Model là mô hình với
quy mô đô thị, kích thước lưới thường từ 4 – 5 km.

trung ương của Đài Loan, Cơ quan khí tượng Hàn Quốc KMA... [9, 10, 14, 15, 40, 54,
58, 59].
Hiện nay, mô hình WRF đang được sử dụng rộng rãi trong dự báo thời tiết nghiệp
vụ cũng như trong nghiên cứu ở nhiều quốc gia trên thế giới, cụ thể: tại Mỹ, mô hình
WRF đang được chạy nghiệp vụ tại NCEP (từ năm 2004) và AFWA (từ tháng 7/2006).
Mô hình này cũng đang được chạy nghiệp vụ tại KMA (2006), tại Ấn Độ, Đài Loan và

18


Israel (từ năm 2007). Ngoài ra một số nước khác đang sử dụng WRF trong nghiên cứu
và dự định sử dụng mô hình này trong nghiệp vụ như Trung Quốc, New Zealand,
Braxin... [58, 59, 61, 76].
WRF là một hệ thống bao gồm nhiều module khác nhau, linh hoạt và tối ưu cho
cả mục đích nghiên cứu cũng như chạy nghiệp vụ, cho phép sử dụng các tùy chọn khác
nhau đối với tham số hóa các quá trình vật lý và thường xuyên được cập nhật các phiên
bản mới [10,13, 32].
1.1.2.3. Mô hình CALMET
CALMET là một mô hình chuẩn đoán khí tượng kết hợp với dữ liệu từ các trạm
mặt đất, trạm cao không, trạm trên biển, trạm đo mưa kết hợp dữ liệu địa lý (sử dụng đất,
độ cao địa hình, suất phản chiếu…) để đưa ra trường gió 3 chiều theo ô lưới phục vụ mô
phỏng của CALPUFF. Trường gió này được đưa vào CALPUFF để tính toán lan truyền
các chất ô nhiễm. CALMET cũng có thể lấy số liệu khí tượng từ các mô hình MM5,
ETA để đưa ra trường dữ liệu theo các ô lưới [10, 13, 14].
1.1.2.4. Mô hình RAMS
RAMS là mô hình có mã nguồn rất linh hoạt được phát triển bởi các nhà khoa
học tại Bang Colorado (Mỹ) nhằm mô phỏng và dự báo hiện tượng thời tiết và khí tượng.
Các thành phần chính của nó là: mô hình khí quyển mô phỏng thực tế, phần mềm phân
tích số liệu khí tượng để chuẩn bị dữ liệu ban đầu cho mô hình, các phần mềm hậu xử lý
phục vụ phân tích dữ liệu một cách trực quan [10, 13, 14, 29].

sử dụng các đặc tính hóa học và vật lý của chất khí và các vật chất được đo tại nguồn
thải và nơi nhận nhằm xác định cả sự hiện diện cũng như định lượng khả năng đóng góp
của nguồn thải tới nồng độ nơi tiếp nhận.
1.2. TỔNG QUAN ỨNG DỤNG MÔ HÌNH CMAQ TRONG NGHIÊN CỨU CHẤT
LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.2.1. Các nghiên cứu trên thế giới
Mô hình CMAQ đang được Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ sử dụng để dự báo
CLKK hàng ngày. Đã có nhiều nước sử dụng mô hình này trong dự báo CLKK và cũng
có nhiều nghiên cứu về đánh giá mức độ chính xác cũng như phương pháp hiệu chỉnh
mô hình này. D.W. Byun và Ching (1999) đã trình bày các thuật toán sử dụng trong mô
hình này [20]. CMAQ có thể được sử dụng để mô phỏng CLKK ở quy mô đô thị và khu
vực với nhiều chất ô nhiễm như O3, SO2, NOx, lắng đọng axit, tầm nhìn, bụi (PM2,5 và

20


PM10). Mô hình này có thể sử dụng số liệu khí tượng đầu vào và số liệu phát thải từ nhiều
mô hình khí tượng khác nhau [25, 26, 27, 37].
CMAQ là thế hệ mô hình thứ 3 (Dennis et al., 1996), với sự phát triển trong thuật
toán và cả hệ thống phần cứng như các hệ thống máy tính hiệu năng cao (HPC- High
Performance Computer) để mô phỏng hầu hết mọi quá trình liên quan đến quá trình vận
chuyển (transport) cả bình lưu và khuếch tán thẳng đứng và khuếch tán ngang; quá trình
biến đổi hóa học, quá trình hóa học pha khí, quá trình phát thải ống khói trong ô lưới,
quá trình xon-khí, quá trình động lực và hóa học mây (giáng thủy, hơi nước…) [29, 35].
X.Li và Rappengluck (2014) đã trình bày nghiên cứu về cấu trúc thẳng đứng của
Ozone tại khu vực bang Texas của Mỹ. Nghiên cứu này sử dụng CMAQ phiên bản v4.7.1
là mô hình mô phỏng chính CLKK kết hợp mô hình WRF phiên bản v3.4.1 và SMOKE
bản v2. CMAQ được chạy với 23 lớp độ cao và độ dày lớp dưới cùng là khoảng 34m.
Bộ xử lý hóa học - khí tượng MCIP được sử dụng phiên bản v3.6.1. Dữ liệu phát thải
cho SMOKE được lấy từ NEI2002 (National Emission Inventory 2002) và TEI (Texas