CUPPLE模型

20世纪80年代，随着工业发展，大气污染问题日益严峻。科学家们发现，传统的稳态扩散模型（如高斯模型）难以应对复杂地形和气象条件下的污染物扩散模拟。于是，CALPUFF应运而生——它是一款三维非稳态拉格朗日扩散模型，能够模拟污染物在非均匀气象场（如海岸环流、山地气流）中的长距离输送过程，被誉为“污染物的时光机”

一、核心原理

CALPUFF将大气视为无数“粒子包”的集合，每个粒子包携带污染物，随风场、温度场和地形动态移动。通过追踪这些粒子包的轨迹，模型可还原污染物从源头到受体的时空路径。

二、模型模块

（1）CALMET（气象模块）

负责提供输入气象数据，模拟并生成针对特定区域的高分辨率气象场。它采用了数值天气预报模式和地面观测数据，结合区域性气象数据，计算温度、风速、风向、湿度等气象要素。

CALMET 主要用于在复杂地形和气象条件下提供详细的气象数据支持。

（2）CALPUFF（扩散模块）

计算污染物在大气中的传播过程，包括扩散、沉降、反应和转化等。它基于复杂的传输-扩散方程，考虑了不稳定的气象条件和地形的影响。该模块的作用是模拟污染物从源头到环境的运动和转化，评估其在空气中的浓度和影响。

（3）CALPOST（后处理模块）

用于处理和分析 CALPUFF 模拟的结果数据。对CALPUFF计算的浓度进行时间分配处理，并计算出干（湿）沉降通量、能见度等。它可以生成网格化或者指定点逐时浓度、日均浓度、月均及年均浓度等文件，使模拟结果更直观，便于进一步分析和应用。

该模块还可进行数据可视化、评估污染物浓度与环境标准的比较等。

三、CALPUFF在大气溯源的具体应用

CALPUFF模型在国内的应用正在从理论建模向业务化溯源拓展，但直接应用于实际大气溯源的成熟案例并不多。当前CALPUFF模型溯源主要应用体系聚焦如下方向：复杂气象条件下的污染溯源、长距离输送与跨区域污染源解析、多污染物协同分析与二次污染溯源、地形与气象耦合的污染源识别。

程真等^【1】利用CALPUFF模型，测算了长三角区域内城市间一次污染跨界输送影响，揭示了长三角城市间的一次污染跨界传输。

图源：[1]程真,陈长虹,黄成,黄海英,李莉,王红丽.长三角区域城市间一次污染跨界影响[J].环境科学学报,2011,31(4):686-694

邹旭东^【2】等利用CALPUFF模拟了2006年1月5日沈阳地区大气污染物扩散，研究结果表明,CALPUFF能够直观、真实地模拟大气环境中污染物浓度的分布。

图源：[2]邹旭东,杨洪斌,刘玉彻.CALPUFF在沈阳地区大气污染模拟研究中的应用[J].气象与环境学报,2008,24(6):24-28

史学峰^【3】等利用CALPUFF模型研究受复杂地形影响下的SF烟羽扩散规律,并与现场试验进行对比分析，研究表明CALPUFF模型能较好地模拟复杂地形条件下的污染物扩散。

图源：[3]史学峰,郭栋鹏,王冉,李云鹏,姚仁太.复杂地形对污染物扩散影响的CALPUFF模型研究[J].辐射防护,2022,42(5):433-441

四、CALPUFF不仅是科研工具，更是环境管理的“决策大脑”

（1）动态模拟：支持逐小时气象数据输入，捕捉污染物扩散的瞬时变化；

（2）多尺度兼容：既适用于城市局地污染（如工厂烟囱），也能模拟跨省域传输（如沙尘暴）；

（3）开源与扩展性：支持用户自定义化学转化机制和沉降参数，适应不同污染物类型；

瑞蓝科技将CALPUFF与大数据结合，推出高值污染溯源系统，实时数据融合、模型反演污染扩散轨迹，为精准溯源和区域联防联控提供必要支持。