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.     

边界层方案对山西冬季一次静稳天气PM_(2.5)浓度模拟的影响

准确的空气质量数值预报模式依赖于精确的气象条件模拟,尤其依赖于大气边界层的准确模拟.为理解边界层过程如何影响空气污染物的传输与混合,利用WRF-Chem模式不同边界层方案(YSU和MYJ)进行敏感性试验,针对山西冬季典型静稳天气,对地面温度场、地面风场、PM_(2.5)浓度及边界层内部的动力和热力层结进行模拟分析,并与观测资料进行对比,分析不同PBL方案对于气象要素和PM_(2.5)浓度分布的模拟能力,探讨边界层内部热力层结和湍流输送差异对PM_(2.5)浓度模拟的影响.结果表明:2种边界层方案均能较好模拟出冬季静稳天气背景下地面温度、风速及PM_(2.5)浓度的空间分布和日变化特征,气温模拟的较大误差主要出现在夜间,而地面风速和PM_(2.5)浓度的模拟结果在午后误差较大;相对于YSU方案,局地MYJ方案模拟的温度、风场和PM_(2.5)浓度的误差更小,模拟结果更接近于实况观测.地面PM_(2.5)浓度的模拟误差可能与近地面逆温层、混合层及地面风速等的模拟误差有关;不同边界层参数化方案导致的边界层内热力层结和湍流输送的模拟差异,可能是影响近地面PM_(2.5)浓度模拟差异的主要原因;夜间MYJ方案逆温层厚度较厚,地面PM_(2.5)模拟浓度较低;午后MYJ方案混合层高度较低,加之地面风速较弱,导致地面PM_(2.5)模拟浓度较高.     

城市小区气象与污染扩散数值模式建立的研究

建立了一个城市小区尺度模式。该模式为三维非静力高分辨，取κ-ε湍流闭合方案。除考虑空气动力学作用外，引入了作为城市特征的街区建筑物布局及其高度、朝向和对短波辐射的遮蔽以及不同地表利用类型等特征影响，用强迫-恢复法计算地面温度，同时加入了污染物平流扩散方程。模式经专门布置的实测资料验证并用其模拟了北京一个小区中的气象条件和污染物扩散特征。结果表明：模式能够较合理的地反映由于建筑物遮蔽造成的温度差异以及不同下垫面上的温度变化；能够较好地模拟实际气象条件下的气象要素场特征和不同建筑物布局和土地利用类型的气象要素场特征，风场与观测比较一致；NOx浓度的模拟基本上反映了小区整体污染物浓度的变化趋势和特征，与观测值有一定的可比性；模式对不同城市小区可有良好的模拟能力。     

复杂地形条件下大气污染物的烟团扩散模式

本文对复杂地形条件下的多源大气扩散模式进行了探讨，并考虑了地形的影响及风场随高度的变化，通过调整烟团模式，对本溪地区ＳＯ２和ＴＳＰ浓度的时空分布进行了计算。     

污染物粒子地面浓度扩散模式的研究

本文通过对颗粒物的沉降作用的讨论，对高斯地面浓度扩散模式进行相应修正，推导出有风和小风条件下的倾斜烟云的地面浓度扩散模型。通过对静风条件的讨论，同时考虑颗粒的重力沉降作用，推导出静风条件下可沉降粒子的地面浓度扩散模式为正态分布模式。     

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     

滇池风场的基本特征分析

采用滇池周围气象站和一期高密度的地面风观测资料，初步分析了不同季节滇池风场的基本特征和风场的日变化情况，并给出了滇池风场的4种环流型结构。即湖风环流型，陆风环流型，偏西风环流型和偏东风环流型。     

风洞模拟湍流边界层的子波分析

应用子波分析对在环境风洞中模拟的平坦及城市近地面边界层湍流进行了研究,探讨了湍流的间歇性结构与湍流的串级输送.实验结果表明,近地面边界层的湍流行为具有强烈的间歇性特征,因而在用数值或物理模拟近地面层湍流时,这种间歇性时间尺度以及相应的几何尺度必须加以考虑.     

高架桥附近交通状态对PM_(2.5)分布影响的模拟研究

为探讨不同交通状态下机动车排放PM_(2.5)在城市高架桥附近扩散过程及浓度分布的影响,文章采用标准k-ε和拉格朗日离散相方程进行数值模拟,分析交通拥堵和畅通时垂直和平行风向条件下的风场、湍流动能以及浓度场分布特征与变化规律。结果表明:街道峡谷内流线主要受高架桥物理结构和风向的影响。交通状态变化通过影响湍流动能的形式影响污染扩散,畅通状态下车流运动引起较大的湍流动能,影响范围从车流运动区域向外逐渐减弱。交通拥堵状态下PM_(2.5)排放强度大且车流运动引起的湍流动能小,街道峡谷内PM_(2.5)浓度水平整体高于交通畅通状态,不同空间区域内PM_(2.5)浓度变化幅度达5.60%～47.13%。不同交通状态下PM_(2.5)扩散分布受排放强度变化和车流引起湍流动能变化的共同影响。     

高架点源大气扩散的数值计算法

使用数值计算的方法来计算给定源强下的高架排放点源的浓度场分布情况。通过求解复杂地形上的大气热力———动力学方程组及扩散方程 ,建立了三维的风场、浓度场的数值模拟模式 ,并以云南开远电厂为例 ,对模式进行了验证。证明此方法可以成为解决复杂地形上大气污染扩散的实用方法。     

上海北侧区域海陆风对污染物扩散的影响

利用数值模拟方法研究了上海北侧区域海陆风对污染物扩散的影响,包括上海城郊-崇明岛-启东市区及这三区域之间的北支水道与南支水道.使用当量法表征太阳辐射和长波辐射引起的近地面空气热量变化,模拟结果与ECMWF再分析数据呈现较好的一致性.结果表明,在海风阶段,宽海(南支水道)、窄海(北支水道)区域都能形成海风,前者较后者发生...     

上海市郊春季臭氧及其前体物观测研究

利用上海市郊金山环境监测站沿海站点2007年春季的逐时臭氧浓度及其前体物的观测数据,分析了臭氧浓度的时间变化规律,以及海风和陆风对臭氧和其前体物(NO、NO2和CO)浓度的影响.结果表明,臭氧浓度总体较高,共有10日出现臭氧浓度超标,表现出了比较明显的春季高峰现象;臭氧浓度的日变化表现出了受污染地区的典型特征,而NO和...     

大连金州地区海陆风及热内边界层研究

根据大连金州2009年常规气象站资料分析大连金州地区海陆风变化特征,并用MM5V3模式模拟典型日的海陆风风场变化和热内边界层位温场结构变化,结果表明:海风和陆风出现的频率有明显的季节性变化。冬季陆风较多,春夏海风较多,春季、冬季易形成海陆风;海风起止时间夏季长冬季短,陆风起止时间秋冬季较夏季长;典型海陆风日中,海风造成陆地湿度变大,海风风速大于陆风风速;通过海风的数值模拟,海风由生成到成熟海岸吹向内陆其厚度可增厚到1 000 m以上,伸向内陆距离可到18.9 km;热内边界层向内陆呈舌状分布,海岸边界层高度在700 m之间,抛物面高度随着向内陆延伸的距离增加而升高。热内边界层最高达1 000 m。     

Transport of photochemical oxidants along the northwestern adriatic coast

In coastal areas featuring industrial plants, air masses rich in photochemical pollutants can be transported offshore and then back inshore as a result of the land-sea breeze circulation system. Precursors of O₃ are transported out to sea in the morning hours and the offshore-formed oxidants blown back to the coast in the early afternoon by the sea breeze, thereby raising the concentration of ozone at ground level. Along the northwestern coast of the Adriatic Sea this phenomenon takes on a marked significance, involving an offshore distance of approximately 30–40 km. The present paper surveys the findings of experimental studies conducted in the Ravenna area over the last decade, and reports the results of an empirical trajectory model developed to provide a dynamic interpretation of the ground-level distribution and concentration of photochemical oxidant concentrations along the area's coastline.     

海风环流对上海一次臭氧污染过程影响的数值模拟研究

本文针对上海2017年夏季的一次臭氧污染过程,利用WRF-Chem模式模拟了海风环流在臭氧输送、聚集和消散过程中所起的作用.结果表明,白天的海风在沿海区域对500 m高度以下的近地面大气起到清洁作用,但海风环流上支离岸气流也会将海风辐合带的高浓度臭氧输送回到近海的边界层中上部,同时,海风环流和热岛环流的加强效应有助于臭氧前体物（VOC和NO₂）在辐合带和近海边界层中上部的聚集,从而加快生成臭氧的光化学反应,进一步地加剧臭氧高值区的臭氧污染.在此基础上设计的敏感性实验分析了城市化和海温的贡献.结果发现,城市化会加重上海地区边界层上部的臭氧污染,白天城市热岛环流对海风环流存在正向叠加作用,增强近地面的向岸风;而海温升高会削弱海风,对臭氧的分布产生很大的影响,进一步证明海风环流在臭氧分布的变化中起到了重要的作用.     

A surface-layer similarity model for the dispersion of a skewed passive puff near the ground

A model for the dispersion of a passive puff near the ground is developed. The model is based on the Monin-Obukhov similarity theory for the atmospheric surface layer, which is used to specify eddy diffusivities and the wind speed profile. Starting from the diffusion equation in a puff-following coordinate-system, rate equations are derived for the standard deviations of the concentration distribution and for its skewness. Approximate solutions are obtained for the shape of the concentration distribution and for the puff velocity.     

城市化对青岛夏季海陆风环流影响的个例分析

基于分辨率为500 m的青岛地区下垫面土地利用资料,利用中尺度大气数值模式Weather Research& Forecast(WRF),模拟分析了不同城市下垫面情形下,2007年8月4-5日青岛地区的一次海陆风过程.控制试验和干农田下垫面及城市下垫面两个敏感性试验都模拟出了海陆风的转换过程及城市小风区和城市热岛现象.模拟分析结果表明,城市化进程下城市区域气温明显升高,增温幅度为1～2℃,高密度城市下垫面造成的城市热岛效应增大了海陆温差,加强了海风,青岛城市热岛环流受海陆风影响显著;干农田地貌与灌溉农田、林地下垫面相比,不利于局地降温,但与城市下垫面相比,有效地加强了近地面风速.     

用三维平流扩散模式预测滇池地区氟化物污染

根据包含有PBL湍流统计量的三维物质连续方程,作者设计了一个同时考虑大气参数的时空(三维)变化、多个连续污染源、线性的化学转化和迁移以及复杂地形影响的三维平流扩散模式,并将滇池地区整个PBL内连续实测的湍流统计量、拉氏时间尺度、中尺度流场和混合层厚度直接输入模式,对山谷风、湖陆风和城市热岛(昆明市)中尺度局地环流控制下的氟化氢浓度的日变化作了预测。结果表明,在输入同一资料情况下,预测的结果与实测值大体上一致。     

基于中国风能资源专业观测网的近地层风切变日变化特征

以中国风能资源专业观测网2009年5至10月10~120 m的梯度风观测数据分析了全国近地层风切变特征,结果表明:①风切变总体呈现规律性变化趋势,即:日出前和日落后切变指数较大,随着近地层温度升高,切变指数逐渐下降,近地层温度达到最高时,切变指数达到最低值,后随着日落、地面温度下降,切变指数逐渐上升,直到次日日出、日落周期;②因局地海(湖)陆分布的差异以及下垫面粗糙程度的不同,切变指数在各地的变化可归纳为如下几种类型:典型陆地型、海陆效应差异型、湖(河)陆效应差异型、特殊地形(峡谷)型、切变指数偏大型和特殊型;③从不同梯度间的风切变特征来看,低层(30 m附近)较为明显,而中高层(50 m和70 m)较小,说明30 m高度为我国近地层风速变化较为明显的层次。该研究资料序列短,可能在反映全国近地层风切变特征的普适性方面还存在一定的不足,但仍可作为我国风能资源丰富区近地层不同梯度间风切变分布和变化特征的重要参考,期望通过该研究的开展为风电场的布设及近地面层风能资源的利用提供技术依据。     

Model calculating annual mean atmospheric dispersion factor for coastal site of nuclear power plant

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｄｏｎｅｏｎｔｈｅｃｏａｓｔａｌｓｉｔｅｏｆｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ (ＮＰＰ)ｉｎｔｈｅｅａｓｔｐａｒｔｏｆＣｈｉｎａｄｕｒｉｎｇ 1995— 1996 Ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｈｉｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｎｃｌｕｄｅｓ:ｈｏｕｒｌｙｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｔｏｗｅｒｏｆ10 0ｍ ;Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｓｕｒｆａｃｅｗｉｎｄａｎｄｓｅｅａｎｄｌ…