WRF水平分辨率对CALPUFF模拟污染物浓度的影响

采用MM5/WRF模型为大气污染扩散CALPUFF模型提供高空气象输入数据时,MM5/WRF模型设置模拟区域内层网格的水平分辨率一般为1～9 km。针对目前使用更广泛的WRF模型,设置模拟实验,通过对比分析不同水平分辨率下(1和5 km)CALPUFF浓度模拟结果的差异,研究WRF模拟的不同水平分辨率的高空气象数据对CALPUFF模拟污染物浓度的影响。结果表明,CALPUFF采用WRF模拟的这两种水平分辨率的高空气象数据在模拟污染物日均浓度时差异不明显,但在模拟小时污染物浓度,尤其是在浓度较高值区,这种差异尤为显著。鉴于高分辨率的气象数据对高空气象场有更好的模拟效果,推荐使用WRF模拟的分辨率高的高空气象数据作为CALPUFF模型的高空气象驱动场。     

WRF模式最优参数化方案在不同空气质量模式的应用

精准的气象场和适用的空气质量模式是优化大气污染模拟的重要途径.为提升四川盆地冬季大气污染模拟效果,利用WRF模式25组参数化方案组合,进行气象场模拟试验,基于最优方案数据,以四川盆地某大型钢铁厂为例,分别驱动AERMOD模式和CALPUFF模式,通过研究区域4个国控站数据对模拟结果进行对比验证.结果表明,WRF模式参数化方案选取对地面风场、高空风场和地面湿度场模拟效果影响较大,对地面温度场、高空温度场和高空湿度场模拟效果影响较小,SLAB陆面过程方案、 Dudhia短波辐射方案分别与YSU、 ACM2、 BouLac和MRF边界层方案的组合,均能较好地模拟四川盆地冬季地面风场、温度场和湿度场的变化趋势,结合高空风温湿统计参数综合分析可知,第1组方案适用于达州气象场模拟,第13组和第17组方案分别适用于成都白天和夜间时段气象场模拟.CALPUFF模拟结果与监测值的相关性整体优于AERMOD,从站点角度分析,CALPUFF在国控站3号的模拟效果相较AERMOD提升较大,在国控站2号的模拟效果提升较小,从大气污染物角度分析,4个国控站CALPUFF对NO_x和PM     

WRF-Fluent耦合模式的构建及其对城市大气扩散的精细化模拟

为了准确刻画城市环境中的复杂建筑结构对大气运动和污染物输送及扩散过程的影响,结合中尺度模式WRF和微尺度模式Fluent构建了单向耦合的WRF-Fluent模式,并将其应用于榆中县城区高架源排放情景下大气扩散的模拟研究.基于城市气象/示踪外场试验期间获取的气象数据对WRF模式的模拟性能进行验证,发现WRF能够为Fluent提供比较准确的随时间变化的气象驱动场.在此基础上,将榆中县城区三维几何模型嵌入到WRF-Fluent中,对城区内的流场及污染烟羽的时空演变过程进行精细化模拟,并将模拟结果与实测示踪物浓度数据进行比对.结果显示,WRF-Fluent模式可以很好地描述城区内的复杂三维风场结构以及污染烟羽随时间的动态变化特征,而且模拟的地面和城市冠层顶浓度最大值基本位于观测值的0.3~3倍之内,这表明构建的WRF-Fluent模式具有较好的模拟性能,可作为一种有效的工具应用于实际城市规划和空气质量改善以及环境风险评估等方面的研究.     

济南地区冬季污染气象模拟研究

本研究利用WRF模式对济南地区冬季气象特征进行了模拟,分析济南地区的风场、温度场及边界层高度对空气污染的扩散影响。     

基于城市冠层模式的成都市静稳天气气象场模拟研究

目前城市气象场数值模拟结果与实际情况有一定误差.本文基于Landsat 8高分辨率遥感数据提取采用局地气候分区（LCZ）的城市下垫面,结合WRF模式自带下垫面分类建立了成都市精细分类下垫面,并利用WRF自带的城市冠层模式,设计了7种方案对成都市静稳天气的气象场进行了模拟分析,并结合实际监测数据对模拟结果进行了评估,对比分析了城市冠层模式和精细分类下垫面对成都市静稳天气带来的影响.研究发现：①精细化分类下垫面结合了USGS下垫面和局地气候分区数据的优势,较为准确的反映了成都的下垫面环境;②精细分类下垫面对建筑物的形态特征进行了描述,加大了地表粗糙度,能够模拟出建筑物对风的阻挡作用以及城市风场不连续、随机性强的特性;③城市冠层模式优化了静稳天气过程中城市风、温度和湿度的模拟结果,多层城市冠层模式的模拟结果优于单层城市冠层模式.因此,在成都市对污染物扩散不利的静稳天气使用多层城市冠层模式并结合精细分类下垫面将大大提高模拟精度,进而提高空气质量预报.     

模拟高空气象数据在AERMOD预测中的适用性分析研究

针对同一污染源,采用2006年～2009年上海浦东高空探空气象数据和高空模拟气象数据,利用AER—MOD进行了大气预测中排气高度、温度、速度等因子敏感性分析。点源预测结果表明：在中、短时间尺度下,除非排气筒高度特别高（〉60m）,一般情况下模拟高空气象数据预测结果与实际探空气象数据预测结果的偏差在一6％～6％之间,高空模拟数据适用;但长时间尺度下,只有当排气筒高度低于20m和（或）排气温度低于30℃时,模拟高空气象数据才适用。对面源的预测结果表明,模拟高空气象数据通常适合于各种情形。     

区域大气环境模拟系统RegAEMS的研究进展

区域大气环境模拟系统RegAEMS是我国自主发展的空气质量模式之一,包含中尺度气象模式MM5/WRF/TAPM和大气环境模式AEM,并能与区域气候模式RegCM耦合,可以用于酸沉降、光化学烟雾、细颗粒物、重金属元素等大气污染的形成机理、模拟预测、管控对策、环境影响和气候效应研究.本文主要介绍RegAEMS的发展历程、框架结构和主要性能,重点介绍近期的模式改进和模拟验证情况.研究表明,改进的RegAEMS在硫酸盐、二次有机气溶胶、臭氧和氮沉降方面具有较强的模拟能力,可以用于区域大气复合污染模拟预测和管理控制的基础研究及业务应用.     

四川盆地一次污染过程的WRF模式参数化方案最优配置

精准的气象场是空气质量模型的基础,本文对中尺度气象模式WRF(The Weather Research and Forecasting)中微物理过程方案、陆面过程方案、行星边界层方案以及积云参数化方案进行组合,设计了24组参数化方案,对2014年5月初四川盆地内一次空气重污染过程中的气象场进行了模拟,将模拟输出的10 m风速、2 m温度、2 m相对湿度、水汽混合比廓线及位温廓线与研究区内14个气象站及1个探空站的实测数据进行对比.结果表明,Mellor-Yamada-Janjic(MYJ)边界层方案能更好的模拟出盆地内风速的变化趋势,而Yonsei University(YSU)边界层方案模拟的2 m相对湿度效果更优.第16组参数化方案(由WRF Single-Moment 3-class(WSM3)方案,热扩散(SLAB)方案、Mellor-Yamada-Janjic(MYJ)方案及Grell-Devenyi(GD)方案组合)能够较好地模拟盆地近地面风场的水平分布及风速的日变化规律,模拟的温度日变化规律更贴合实际情况,同时能够模拟出边界层内水汽混合比及位温的垂直分布特征,对边界层内逆温层和混合层的模拟也更加贴近实际,尽管该方案对2m相对湿度的模拟并不是最好,但基本能够模拟出四川盆地气象要素的变化特征,因此认为第16组参数化方案(WSM3,SLAB,MYJ及GD)适用于模拟此次重污染过程的气象场.     

区域空气资源的评估方法及其在台湾海峡西岸地区的应用

从区域大气环境管理的需要出发,提出了空气资源的概念、等级计算及评估方法.以台湾海峡西岸（简称＂海西＂）地区为例,在深入分析该地区污染气候特征和各种特殊污染气象过程特点、频率及对空气资源的制约因素基础上,利用新一代气象模式WRF进行了区域尺度和局地尺度的气象场模拟.从模拟的气象要素场及湍流特征量中筛选出影响空气资源的主要...     

MM5/WRF气象场模拟差异对CMAQ空气质量预报效果的影响

评估了为公共多尺度空气质量模式(CMAQ)提供气象输入场的第五代NCAR/Penn State中尺度 (MM5) 模式与天气研究和预报(WRF)模式模拟的多种气象要素的准确性;比较了2个模式提供的气象场对华北地区SO₂和NO₂源同化反演效果及其质量浓度预报的差异;分析了相对湿度和边界层高的变化对ρ(SO₂),ρ(NO₂)预报的影响及其物理机制.结果表明:WRF模式模拟的各气象要素准确性优于MM5模式,其中MM5模式对相对湿度和边界层高度的模拟值与实测值的偏差较明显,而WRF模式的模拟值与实测值较接近;相对湿度和边界层高度参数是影响CMAQ空气质量预报的关键气象要素,这2个参数的变化对ρ(SO₂)和ρ(NO₂)的预报有显著影响,因此,对2个参数的改进可显著减小预报误差;ρ(SO₂)模拟误差减小的主要原因是垂直输送和质量调整过程对ρ(SO₂)的贡献减小;而ρ(NO₂)模拟误差减小的主要原因是化学反应过程对ρ(NO₂)的贡献明显减小.      

直升机飞行危险天气区数值建模方法研究

探讨了直升机飞行气象要素和危险天气区（颠簸区、强风切变区、低云区和飞机积冰区）的数值建模方法,并基于中尺度大气数值模式WRF,开发了直升机危险天气区数值建模系统,形成了适用于直升机飞行训练仿真的危险天气数据模型。     

环渤海区域风能资源WRF同化模拟及特征分析

利用WRF模式及其3DVAR同化模块,结合环渤海区域风能资源观测网测风塔观测数据,设计并构建了多种3DVAR 同化方案,用来提高环渤海区域风能资源数值模拟初始场质量。以2010 年4 月12 日至13 日一次大风过程为研究对象,利用该同化方案进行了一系列WRF数值模拟对比试验。选择较优的3DVAR同化方案对环渤海区域70 m高度风能资源进行了2009 年6 月1 日至2010 年5 月31 日一整年的数值模拟。模拟结果表明,较优的3DVAR同化方案能有效地改进区域风能资源数值模拟初始场质量,主要体现在模拟值与实测值更为接近,模拟效果得到显著改善。环渤海区域70 m高度年平均风速和年平均风功率密度呈现出南小北大的分布特征,渤海中部和北部风能较大,沿垂直于海岸线向内陆方向,风能参数急剧减小。     

河谷城市通风系数研究

通风系数是科学确定污染物排放总量的基础.利用WRF模式模拟的边界层高度和风速计算了兰州新区2014年4个季节的通风系数,探讨了风速的季节性变化和日变化特征.结果表明:①WRF模式模拟得到的兰州新区的混合层平均风速呈夜间高、日间低的特征,日间混合层内平均风速最大值出现在20:00左右,这与地面风速积分法确定的平均风速具有较高相关性,验证了利用模式模拟边界层内平均风速特征的能力.②混合层高度季节变化呈现春夏季高、秋冬季低的特征;受太阳辐射的影响,日间混合层高度明显高于夜间.③通风系数具有明显的季节性变化特征（4个季节的通风系数分别为4 607.6、5 424.1、1 316.4、706.9 m2/s）,夏季高,冬季小,这与混合层高度和混合层内平均风速的季节性变化特征一致;日变化呈现单峰型的变化规律,冬季的峰值出现在15:00,而其他3个季节的峰值则出现在17:00左右.研究显示,WRF模式的模拟结果可以较好地反映混合层平均风速的基本特征,利用WRF模式模拟的结果计算得到的河谷地形的通风系数较为合理,不同季节的通风系数差异较大.      

边界层方案对华北一次污染过程模拟的影响

采用WRF模式中YSU、MYJ和ACM2 3种边界层参数化方案,利用WRF模式和空气质量模式CAMx对2015年11月11~15日发生在京津冀地区的一次污染过程进行了模拟,同时利用地面气象要素、风廓线、秒探空和空气质量观测数据对3种参数化方案下的模拟结果进行了验证对比.一种基于临界垂直湍流交换系数确定边界高度的方法被用于对比3种参数化方案之间垂直扩散能力的差异.结果表明,MYJ方案对10m风速高估最大（平均高估0.66m/s）,对2m温度和2m湿度低估最小,YSU和ACM2方案对地面气象要素的模拟效果相近;ACM2方案对于边界层内垂直廓线模拟效果优于YSU和MYJ方案,但是3种参数化方案对边界层内风速均存在高估（高估可达2.6m/s）;基于临界垂直湍流交换系数方法定义的边界层高度更能反映大气的垂直扩散能力,MYJ方案边界层高度最小,其模拟的PM_2.5浓度最高;MYJ方案对于地面风速的高估,会降低模拟的区域整体PM_2.5浓度,但是会增加风速较大区域下风向的PM_2.5浓度;ACM2方案对边界层垂直廓线模拟最好,夜间底层垂直湍流交换系数计算值较大,使得ACM2方案对于本次过程中PM_2.5等污染物的模拟优于MYJ和YSU方案.     

大气扩散模型AERMOD与CALPUFF输入数据的对比研究

科学地选取大气扩散模型是计算结果能够反映客现实际的前提.输入数据处理的正确与否直接影响后续大气扩散模型的预测结果.比较不同模型输入数据之间的差异是模型选取的主要依据之一.文章简述了大气扩散模型AERMOD和CALPUFF的技术流程,对两个模型的气象数据、地理数据和污染源数据进行了对比.对于利用大气扩散模型预测污染趋势具有一定的参考价值和实际意义.