大气质量模式通用计算程序的研究与开发

为满足广大环境保护工作者在大气环境影响评价和环境质量管理工作中的需要,北京市环境保护科学研究所大气室的科研人员与有关方面通力协作联合研究开发了一套大气质量模式通用计算程序。这套软件内有若干个功能不同互相独立的计算程序,一些辅助程序和数据文,计算程序可以分别计算高架点源在各类大气稳定度和各级风速条件下的下风向108个评价点的小时地面浓度分布和点源周围16个方位共288个计算点地面的月、季、年长期平均浓度分布,还可以计算不同尺度的面源在各类大气稳定度、各种风向、各级风速条件下的小时地面浓度和长     

面源长期平均浓度的新算法

利用线源长期平均浓度模式对面源的积分得到了一个用风向、风速和稳定度的联合频率计算大气面源长期平均浓度的新算法。通过对比分析表明,该算法比传统的按16个风向一次浓度的叠加算法简便、快速,且能消除叠加算法夸大16个常规风向附近计算点的浓度而缩小远离常规风向计算点的浓度现象。     

大气污染总量控制GA方法对气象因子的敏感性

通过数值模拟试验,研究了基于遗传算法(GA)的大气污染总量控制方法对风向、风速、稳定度三个最重要的气象因子的敏感性。结果表明,用基于遗传算法的大气污染总量控制方法所求得的区域允许排放总量以及允许排放总量在各污染源之间的分配方案,对风向、风速、稳定度三个气象因子都敏感,从而验证了该方法的稳定性和可靠性。     

边界入流风场扰动对模拟城市大气扩散的影响

借助计算流体动力学(CFD)模式Fluent分析中性层结下边界入流风场(即风速和风向)扰动对地面点源释放情景下城市大气扩散过程的影响,其中边界入流条件以风速和湍流动能廓线的形式给出.研究发现CFD模式能够合理刻画实际城市中的特征流型(如涡旋,峡谷效应等),而且模拟的风速、风向和湍流动能均与观测数据吻合较好.敏感性试验结果表明,城区内的流场和湍流以及与之密切相关的污染物空间分布对边界入流风速和风向的扰动十分敏感.而这可能是造成已有研究中浓度模拟值与观测值不一致的主要原因之一.因此,在模拟城市大气扩散过程时应当考虑边界入流风场不确定性对模拟结果的影响.     

风向、风速、稳定度类别联合概率分布及混合层深度的诊断估计初探

本文从概率理论给出了由风玫瑰、各风向下年平均风速、稳定度频率求算的联合概率分布函数,并给出了由10米高度上气象常规风速观测值及稳定度级别确定混合层厚的半经验诊断公式。     

Matlab在高架点源大气污染扩散模式中的应用

本文基于Matlab,以某企业高架点源Pb污染扩散为例,采用高斯扩散地面浓度模式计算了下风向区域的地面浓度,并绘制了浓度等值线分布图,识别出了下风向区域内受影响的村庄,为Matlab在高架点源大气污染扩散模式中的应用提供了范例。     

上海地区大气稳定度和气象区块的研究

根据１９８６年６月～１９８７年５月从上海市区４个站、郊县２个站的气象资料,研究了上海地区的大气稳定度和气象区块。采用３种方法确定稳定度的级别,并进行了比较。应用对风向、风速的聚类分析方法划定气象区块。对两站之间风的相关系数用了３种不同的公式进行计算。利用这些相关系数的结果,同时采用“最短距离法”和“最长距离法”,得到相关树枝图,并由此得出了上海地区的气象区块图。     

液氨泄漏事故的大气环境危害性模拟预测研究

以液氨储罐泄漏事故对大气环境的影响为研究对象,分析了典型化学品泄漏的大气扩散特征,简要介绍了高斯烟团模型,并使用基于该模型的RiskSystem1.2软件对某假定一次液氨储罐发生灾害性事故状态下的泄漏进行模拟。预测出在一定稳定度、不同风速不同时刻下液氨的半致死浓度、重度及轻度伤害范围等的下风向距离和不同风速条件下液氨的最大落地浓度,以期为使用RiskSystem1.2进行大气环境风险评价提供一定帮助,并在此基础上提出具体的防范措施及应急预案,为该类事故的应急救援工作提供一定参考。     

点源扩散计算程序框图

气相污染物在大气中的扩散可分为点源、面源及复台源若干类型。其中点源扩散是常见和基本的情况。根据污染源的排放数据计算气相污染物在大气中的浓度,这是环境保护工作者在日常工作中经常遇到的问题。有关大气扩散规律以及大气中污染物浓度的计算方法著述甚多。但是这些著述侧重于演绎推导,所以篇幅很长。而且罗列大量公式,初学者往往不得要领,视为畏途。为了便于初学的同志掌握,本文列出点源扩散的计算程序框图(图1～图3),只要“按图索骥”,就能得出计算结果。点源扩散的基本规律可以用高斯模式来描述。式(2)、式(3)、式(4)及式(11)都是在特定条件下根据式(1)派生而来。为了     

颗粒物最大落地浓度及其出现距离的求算方法

本文利用迭代法计算出不同风速、不同稳定度下不同粒径颗粒物最大地面浓度及其出现位置，并对其与高扩散模式计算出的最大落地浓度及其出现位置的关系分别进行了探讨。     

山东近岸黄海极值风速预测及防灾建议——基于极值分布和风向的预测

在总结有关海上大风预测研究成果的基础上,根据极值理论合理选取预测极值风速的极值分布计算模型:Gumbel分布和Poisson-Gumbel分布。根据山东近岸黄海26 a的风速观测资料,采用分风向统计数据和投影法处理数据,充分考虑风向和相邻风向的影响,形成十六个风向的年极值序列和过程极值序列样本;最后,用两种模型计算得到各个风向的极值风速预测结果,对比不考虑风向的计算结果,分析出黄海海域海洋风灾发生的时间规律和致灾风向,并对黄海海域的防风减灾提出合理建议。     

煤堆场短时扬尘理论和试验研究

一、前言 电力、水泥、造纸等工业中使用的能源逐步由石油转为煤炭。煤炭呈固体状,使用起来比石油有更多的困难。特别是煤尘飞扬对下风向地区的环境污染问题难以解决。本研究即是为掌握煤堆场对周围地区的影响,分析各种条件下,煤尘分布情况,研究结果表明:煤种、风速、大气稳定度、湿度、发生源、气象变化等情况不同,得到的煤尘分布不同。与在实际煤堆场起运煤时的测得的煤尘相比较,两者较吻合。由此确认,煤堆场产生的煤尘飞扬的状态可以通过解析法予以表达。     

风向对街谷内颗粒物扩散的DPM数值模拟研究

该文基于CFD软件,建立城市街道峡谷颗粒物扩散的三维模型,采用标准k-ε两方程模型模拟城市街谷内的连续气流场,在此基础上采用离散相模型(DPM)对高宽比为2的街谷内颗粒物浓度场进行了数值模拟,给出了不同风向下空气流场和迎风壁面、背风壁面以及人体呼吸高度处街谷颗粒物浓度的分布。计算结果表明,风向对街谷壁面颗粒物浓度的分布有着显著影响:0°风向下风速为0.4m/s时,街谷壁面颗粒物积累浓度最大,流场呈现出明显的二维特性,不利于颗粒物扩散;其次是45°风向2 m/s风速;90°风向下风速为6m/s时最有利于街谷颗粒物浓度的扩散。外部大气湍流的驱使使得垂直风向街区内产生强烈漩涡,导致相同风速下街谷背风壁面颗粒物浓度均高于迎风壁面颗粒物浓度。     

基于恶臭气体扩散数值模拟的垃圾中转站选址

城市垃圾中转站恶臭气体扩散问题是居民非常关注的焦点。采用计算流体力学方法对某拟建垃圾中转站和周围建筑物附近的流场和可能泄漏的恶臭气体的扩散进行了数值模拟,分析了不同风速和风向对流场结构和恶臭气体扩散特性的影响规律。结果表明:在相同风向不同风速下,无因次化流场结构基本相同;风速高时恶臭气体迅速扩散,不影响周围建筑物;接近静风时,恶臭气体能够扩散至垃圾中转站的连体建筑和南侧学生宿舍,但浓度已降低约3个数量级;风速接近静风的东风和南风条件下,恶臭气体扩散快,影响区域有限。总体上,该拟建垃圾中转站的选址合理。该研究过程可为类似项目选址的合理性评判提供科学参考。     

风速与风向对人体热交换影响的CFD仿真模拟

为了提升灾害环境中人体热损伤评估精度并保障应急救援人员的生命安全,首先将暖体假人进行三维激光扫描得到数值假人,并按照人体生理构造将其划分为20个区块,通过ICEM软件建立气候室,设置0°～180°的风向;然后通过FLUENT软件计算得到0.2～5.0 m/s风速时的人体显热换热量和辐射换热量,在此基础上求得对流换热量;最后将模拟结果与文献中数据进行对比验证,并分析不同风速与风向对人体热交换的影响。结果表明：提出的计算流体动力学(CFD)仿真模拟方法可有效模拟人体不同部位的换热量;风速的增加会促进人体与环境之间的热交换,当风速从0.2 m/s增加到5.0 m/s时,人体整体对流换热量从56 W/m²增加到360 W/m²;人体表面局部部位之间对流换热量有明显的差异,其中四肢部位与环境之间的热交换受风速影响更为明显;风向对人体整体对流换热几乎没有影响,但躯干部位对流换热量受风向的影响较大;在非对称风向(45°、90°、135°)下,人体对流换热量呈现非对称式分布。本研究可为人员安全评估、极端环境下人体热反应建模、防护装备研发等提供基础数据。     

街道峡谷对近地层风场影响的观测和模拟分析

城市街道峡谷结构对近地面边界层的风场环流等气象要素具有重要影响,可导致城市局地空气污染分布发生变化.随着城市化发展及城市空气质量变化,街道峡谷的城市空气污染影响日益突出,分析街道峡谷内部风场成为认识和治理我国城市空气污染的一条重要途径.鉴于目前我国鲜有城市街道尺度大气边界层精细气象观测研究,本文分析了美国俄克拉荷马大学的街道峡谷精细气象观测数据及其FLUENT模拟.结果表明:街道峡谷内风场结构变化依赖大气背景风向,当背景风向平行于街道峡谷走向时,街谷两岸风速几乎没有差异,而在背景风向垂直于街道峡谷走向时,由于高空风进入街谷形成的涡旋气流对街道峡谷风场有补充作用,峡谷两侧中层高度风场差异变大,风速差值大约为0.5 m·s~(-1),且街道峡谷两岸风速差异得到了FLUENT模式的验证,但模式对迎风岸的风速模拟存在高估,模拟的中层高度处两岸风速差值为1.6 m·s~(-1).观测资料分析揭示大气边界层稳定度条件对街道峡谷内风场分布也有很大影响,中性稳定条件下街道峡谷两岸近地层风速差异最大,输送进入峡谷空间的风速增量比原峡谷内风速大约高1倍,其它稳定度条件下街谷两岸风速差异被削弱.     

大气扩散浓度估算在锅炉房烟囱高度计算中的应用

锅炉房的烟囱已从单纯的排气装置发展成为控制污染、保护环境的设备。因此烟囱高度的正确估算对于环境影响评价工作、建设单位都至关重要。结合唐山某城区集中供热锅炉房环境影响评价案例,利用大气扩散浓度公式估算锅炉房烟囱高度。在计算过程中,考虑了烟气流速及当地常年风向、风速、稳定度等污染气象特征,由正态分布模式导出的简化公式导出最大着地浓度与烟囱有效高度的平方成反比,从而计算出烟囱高度。另外还总结烟囱设计中应注意的一些问题,为建有锅炉房的建设项目环境影响评价工作提供参考。     

海面风矢量对不同极化状态海表面亮温的遥感影响研究

本文从海面风矢量与不同极化状态下海表面亮温参数的关系入手,利用2014年5月1日西北太平洋区域Windsat卫星L2风场数据和SMOS（Soil Moisture and Ocean Salinity）卫星L1C数据,定量分析了风速和风向对亮温的影响。研究结果表明:海表面亮温的变化,风速大于风向的影响;V极化状态下垂直亮温对风速、风向的敏感性最强,Stokes2亮温参数对风速的敏感性最低,20°风向变化对Stokes1亮温参数敏感性最低;海面亮温在3级风速内和0°~150°风向区间受风场影响变化较小,亮温波动显著区域主要集中在6级风速以上和300°~360°风向区间。     

燃煤发电厂烟塔合一环境影响之一——烟气抬升高度的对比计算

介绍了德国导则规范的计算冷却塔排放烟气抬升高度的S/P模式.利用S/P模式做不同大气稳定度条件下不同环境风速的烟气抬升对比计算;确定了同等条件下不同烟气排放速度对烟气抬升高度的影响.作为对比,计算了同样烟气排放量情况下通过烟囱排放烟气的抬升高度.计算结果表明,在弱风状况下从冷却塔排放的烟气由于热力作用其抬升高度比从烟囱排放显著提高.个例计算结果表明,在极不稳定状况下,当风速大于4.5m/s时,冷却塔排放烟气抬升高度低于烟囱排放烟气.      

面源模式的通用算法探讨

提出了矩形面源扩散模拟计算的数值积分法和中心虚点源法,以及二者结合的综合法,并用算例进行了计算精度、计算速度和结果连续性的对比.结果表明:与传统的后置虚点源法及其改进算法——谷清经验法相比,该算法与理论真值的相对误差可从20%以上降低到3%以下,并且可以准确地反映风向和面源的形状,但在计算量上要增大十几倍到上百倍.对于任意不规则面源,提出了正方形分割算法,并对分割正方形的取舍采用简便的重心判断法,以准确方便地模拟其形状.综合运用笔者提出的适于机算的通用面源算法,对不同的计算任务权衡速度和精度采用合适的算法,可以处理各种气象条件下任意形状面源的扩散计算,并可取得理想的计算精度.