và khí tƣợng
CCTM tính tốn hố học của các pha khí, sol khí (rắn hoặc lỏng) và lỏng trong các mô đun QSSA và SMVGEAR. Hố khí có thể đƣợc mơ phỏng các cơ chế Liên kết Các bon IV (CB-IV) hay Mơ hình Lắng đọng A xít Khu vực phiên bản 2 (RADM-2). Do tính mơ đun của CCTM, ngƣời sử dụng có thể cải tiến các cơ chế sẵn có hay tạo các cơ chế mới. CCTM cũng có thể mơ phỏng sự hình thành các sol khí thứ cấp (hình thành có phản ứng của các chất ơ nhiễm với các tiền tố của chúng trong khí quyển, ngƣợc với các sol khí sơ cấp, hơi nƣớc hay hạt bụi, là sol khí, gia nhập khí quyển trực tiếp). Mơ hình bao hàm các phản ứng quan trọng trong pha lỏng bằng cơ chế hoá lỏng của Mơ hình Lắng đọng A xít Khu vực phiên bản (RADM). Để tính toán thay đổi nồng độ các chất theo thời gian và tốc độ hình thành hay suy giảm của chúng (đƣợc gọi là động lực học hố học), các phƣơng trình điều khiển phản ứng động học hoá học và bảo toàn vật chất cần giải cho toàn bộ các chất. CCTM sử dụng kỹ thuật số trị đặc biệt gọi là phép giải hố học để tính các nồng độ và tốc độ tại mỗi bƣớc thời gian. Hệ thống mơ hình CMAQ cho phép lựa chọn một trong hai phép giải hoá số trị, cơ cấu vectơ hoá ma trận thƣa (Sparse Matrix Vectorized Gear - SMVGEAR) và xấp xỉ trạng thái tựa dừng (Quasi-Steady State Approximation - QSSA).
Quang phân
Quá trình quang phân các khí khởi đầu cho các phản ứng hoá học xảy ra trong khí quyển. Nó tách các chất hố học dạng khí bằng năng lƣợng mặt trời. Quang phân liên quan tới sự hình thành sƣơng mù (smog), vấn đề ô nhiễm ảnh hƣởng tới sức khoẻ con ngƣời và sự phát triển của động thực vật. Do vậy, mơ phỏng chính xác các phản ứng quang hoá ảnh hƣởng rất lớn tới khả năng mô phỏng kết quả của mơ hình chất lƣợng khơng khí.
Khuyếch tán và đối lưu
Q trình vận chuyển chất ơ nhiễm bao gồm cả đối lƣu do trƣờng gió trung bình và khuyếch tán với quy mơ dƣới lƣới (subgrid scale) do xáo trộn rối. Nếu đám khói đƣợc vận chuyển chủ yếu do q trình đối lƣu thì có thể đi đƣợc một quãng đƣờng dài mà nồng độ ít bị biến đổi. Mặt khác nếu chủ yếu do khuyếch tán thì chất
ơ nhiễm nhanh chóng bị hồ trộn (nồng độ thay đổi nhanh) và chỉ đi đƣợc một quãng đƣờng ngắn.
Trong CCTM, đối lƣu đƣợc tách thành đối lƣu thẳng đứng và nằm ngang. Chuyển động theo phƣơng nằm ngang chiếm ƣu thế trong khí quyển trong khi chuyển động theo phƣơng thẳng đứng là do tƣơng tác giữa động lực và nhiệt động lực. Quá trình đối lƣu dựa vào các đặc trƣng bảo tồn khối lƣợng của phƣơng trình liên tục. Tính đồng bộ về số liệu cho mơ phỏng chất lƣợng khơng khí đƣợc đảm bảo bằng số liệu khí tƣợng thống nhất về cả động lực và nhiệt động lực từ MCIP.
Bụi và sol khí
Các hạt bụi trong khí quyển có thể là sơ cấp hoặc thứ cấp. Các hạt sơ cấp phát thải trực tiếp vào khí quyển do phát thải tự nhiên hoặc nhân tạo. Các hạt thứ cấp đƣợc hình thành trong khí quyển từ các tiền tố do các phản ứng hoá học hoặc do ngƣng tụ hay lắng đọng lên các hạt sơ cấp mà đã tồn tại trƣớc đó. CCTM có thể dự báo nồng độ hạt mịn của SO4, NO3, NH3, các hợp chất hữu cơ, sol khí, mơ phỏng lắng đọng khơ và các q trình mây.
Mây và hố học pha lỏng
Mây là thành phần quan trọng trong mơ hình chất lƣợng khơng khí. Chúng đóng vai trị quan trọng trong các phản ứng hố học có chứa nƣớc, xáo trộn thẳng đứng của các chất ô nhiễm. Mây cũng gián tiếp ảnh hƣởng tới nồng độ các chất ô nhiễm bằng cách thay đổi bức xạ mặt trời và ảnh hƣởng tới các chất ô nhiễm quang hố, nhƣ ơ zơn, và thơng lƣợng các phát thải sinh học.
Nguồn trong lưới (PinG)
Khi nguồn thải đƣợc đƣa vào trực tiếp trong lƣới tính, phát thải đƣợc giả thiết hoà trộn lập tức vào nút lƣới chứa nguồn thải. Trên thực tế, khối khí sẽ có hình nón và q trình khuyếch tán và mở rộng phụ thuộc vào độ ổn định của tốc độ gió và khoảng cách ngƣợc hƣớng gió tới nguồn thải. Nhƣ vậy giả thiết trên có thể tạo nên sự pha loãng quá mức của chất thải vào các ô lƣới lớn. Cũng nhƣ vậy, khi hiện tƣợng đối lƣu chiếm ƣu thế trong cơ chế vận chuyển chất phát thải, chùm khói thải
có thể bị hịa trộn tại nơi rất gần với nguồn thải mà trong thực tế nó sẽ bị trộn lẫn xa về phía dƣới nguồn thải.
Phân tích q trình
CMAQ cũng có mơ đun phân tích q trình - kỹ thuật định lƣợng phần đóng góp của các q trình vật lý và hóa học khác nhau cũng nhƣ sự thay đổi của nồng độ chất ô nhiễm dự báo. Phân tích q trình sẽ giúp việc kiểm sốt độ chính xác của q trình lan truyền ơ nhiễm khơng khí. Với các thơng tin này, các sai số trong mơ hình hoặc số liệu đầu vào có thể xác định ngay cả khi khơng cần thơng qua nồng độ của chất ơ nhiễm. Ví dụ, nếu sai số trong số liệu phát thải tạo nên nồng độ chất ơ nhiễm nhỏ hơn 0 thì sẽ khó phát hiện trong nồng độ dự báo vì có thể các giá trị này đƣợc tạo nên bởi các q trình hóa học.
1.3.3 Các bộ xử lý đầu vào
Xử lý số liệu sử dụng đất: LUPROC
Bộ xử lý này dùng để tạo ra dữ liệu sử dụng đất có độ phân giải cao để MCIP xác định các đặc trƣng bề mặt cho lắng đọng khô và các tham số lớp biên. Các mơ hình lắng đọng khô và lớp biên khác nhau cần đƣợc phân loại theo các đặc trƣng sử dụng đất khác nhau. Hiện nay LUPROC xây dựng số liệu sử dụng đất theo 11 loại cho thuật tốn lắng đọng khơ của RADM
Xử lý tương tác phát thải – Hóa học: ECIP
Hệ thơng Mơ hình Khí tượng ICON BCON LUPROC ECIP JPROC CCTM (CMAQ)
Mơ hình lan truyền – hố học
MCIP
Hệ thơng Mơ hình Phát thải