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。     

320米塔上测量的湍流统计特征量的初步分析

应用320米塔上第一次获得的垂直风速脉动量的垂直分布资料,根据湍流扩散统计理论并结合半经验近似,讨论由欧拉参数估算边界层下层扩散参数的主要方法,得到了湍流统计特征量K_(?)、σ_w及ε随高度和稳定度变化的经验关系,为北京地区大气扩散规律研究及污染模式的建立提供实验基础.     

城市边界层大气扩散规律的研究

在北京北郊气象铁塔(325m高)的160 m高度上释放平衡气球,用双经纬仪定位的方法得到拉格朗日表示法的风速脉动资料.分析了气球运行轨迹特征以及地形风与热岛环流叠合的复合环流.用相继释放的两个气球的轨迹计算了水平扩散参数σy.发现扩散曲线在一公里左右发生转折,这反映了城市和郊区两种边界层特征.以一公里为界,将所得湍流资料分成前后两段,每段资料用滑动平均方法计算σy.计算出来的属于城市和郊区边界层的两条σy随距离而变的曲线有明显的不同.若将两段资料合并则可计算一公里以远的σy.无论两段资料的个数相同或不相同,得到的σy随距离变化均具有一公里以远的边界层特征.这说明城郊区的非均匀性对湍流高频段影响显著.而低频部分则受大尺度非均匀性的影响.似乎是其发展趋势决定了扩散的特性.此外还发现Pasquill的大气稳定度分类方法中.用160m高度的风速比用地面风速得到的高空扩散规律更符合实际.     

中距离垂直扩散参数的一个估算方法

本文按照行星边界层(PBL)内局地湍流特性相似的假设和因此分析原理,应用合适的垂直涡旋扩散系数k的统计形式以及埃克曼螺线的风速廓线,通过数值分析,导出了100km范围内既适用于平坦均匀地形又适用于复杂地形的垂直扩散型。其结果与实测资料有较好的一致性。     

非均匀性和风速切变对中距离垂直扩散影响的一个数值分析

根据文献[1]中的表达式(10),数值分析了非均匀性和风速切变对中距离(10—100km)垂直扩散的影响,得到了一些有益的结果。     

京津地区SF6示踪扩散实验

在北京北郊铁塔的100m高度释放六氟化硫(SF_6)气体(每小时排放30—40kg),在下风方向3、5km两条弧线上用一辆汽车往返穿行,在车上用塑料针筒取样,然后回到实验室分析浓度。在9、20km弧上和36、50、70km的弧上分别各用一辆汽车装载连续示踪物检测仪穿行,当时在记录器上记录浓度的空间分布。 根据实验资料并配合计算的100、50m和地面的水平轨迹及其它气象资料,分析了风速垂直切变、水平风摆动、大气稳定度和地表特征等因子对扩散的影响。风速垂直切变(特别是地形风和城市热岛引起的风速垂直切变)使浓度水平分布分裂为几段。而在切变较小的稳定和中性条件下,在36km距离的浓度仍呈现典型的正态分布。 计算了水平扩散参数σy,得到城区和郊区的两种稳定度下(中性和稍不稳定)几十公里距离的σy随距离的变化。其规律与用平衡球定位方法所得到的结果接近,并与国外同类实验结果进行了比较。     

考虑雾的微物理特征条件下的水雾扩散数值模拟研究

由于雾滴谱的不易获得，传统的水雾扩散研究一般不考虑其滴谱特征，而将其雾滴粒径作为常数处理。为此，引入实测的雾滴谱资料，考虑水雾在流专程 的扩散，蒸发及相变潜热对流场的反馈机制，利用三维非线性PLB方程组，采用工程上实用的湍流[E-ε]闭合方案，建立了一个高分辨率的PBL模式来模拟不同层结下，水电站泄洪产生的水务的扩散及共对环境湿度的影响，模拟结果表明，引入雾滴谱后的水雾扩散范围和相对湿度改变范围与不考虑雾滴谱条件下的相比，与日俱增接近实测，符合甚好。     

垂直扩散参数(σz)随高度变化规律的探讨

研究和掌握扩散参数随高度的变化规律,从理论上可以增强对大气边界层的认识,从工程应用的角度,它关系着不同高度层次扩散参数能否互用或怎样利用的问题。长期以来,一些文献报道了这方面研究的进展情况,我们也在不同地区开展了关于垂直扩散参数(σ_x)随高度变化的实验研究。以下通过对这方面研究成果的分析,提出一些参考性的意见。     

屋顶形状对街道峡谷内污染物扩散的影响

采用Spalart-Allmaras湍流模型,通过求解二维连续性方程,Navier-Stokes方程及污染物输运方程,模拟了具有不同屋顶形状的街道峡谷的流场及交通污染物浓度场.计算结果与风洞试验结果总体趋势一致.由于屋顶形状的不同,峡谷内的流场会形成顺时针或逆时针方向的旋涡,从而影响建筑物迎风面与背风面污染物浓度分布.在各种屋顶形状的街道峡谷中,壁面污染物浓度的相对大小与其附近的速度分布有直接关系.通过对街道峡谷建筑屋顶高度处垂直方向污染物通量的计算和比较,说明了不同屋顶形状的街道峡谷平均流扩散和湍流扩散的强弱,污染物湍流扩散通量值有可能为正或为负;同时,峡谷内剩余污染物浓度的大小表明了屋顶形状对污染物扩散出街道峡谷难易的影响.      

低层大气湍流度的参数化估算

水平和垂直风向的标准差是划分大气扩散类型的有效参数.本文提出了一种合理估算σ_θ和σ_(?)的参数化方法.在分析中无因次湍流速度的标准差σ_v/u_*和σ_w/u_*按近年来边界层大气湍流研究所得到的规律确定,无因次风速u/u_*依高度的高低分别接近地面层的风速廓线规律和幂次律推论.结果表明σ_θ和σ_(?)同时依赖于大气稳定度类型、边界层厚度、地面粗糙度和高度.在实用中地面粗糙度可按常规经验确定,大气边界层的稳定度性质和L可按P—T稳定度分类推论,但是边界层高度必须通过与温度廓线有关的信息确定.     

沿岸熏烟扩散的中尺度模拟系统

建立了一个沿岸熏扩散的中尺度模拟系统，它由一个二维二阶矩闭合的ＰＢＬ模式和一个随机流动扩散模式组成。初步的模拟和一些数值试验结果表明，随机游动扩散模式与现行的基于高斯扩散公式的熏烟扩散模式比较，其物理模型更为合理；采用二阶矩湍流闭合方案的ＰＢＬ模式能模拟得到合理的热力内边界层（ＴＩＢＬ）结构特征，将二阶矩湍流闭合ＰＢＬ模式模拟所得气象场作为随机游动扩散模式的气象输入，可以较好地预测沿岸地区日间持续     

用二阶闭合理论确定的大气扩散系数的分析

本文分析了作者以前得到的一种扩散系数的某些结果,认为这种扩散系数解释了垂直湍流和风切变的联合作用使水平扩散增大的实验观测结果;建立了与雷诺应力间的函数关系,在简化情况下,与泰勒理论得到的结论类似。在边界层低层,湍流扩散系数与粘性系数是不相等的,有时会有较大差别。     

Buoyancy and turbulence-driven atmospheric circulation over urban areas

In the buoyancy and turbulence-driven atmospheric circulations (BTDAC) that occur over urban areas where the approach means wind speeds are very low (less than turbulent fluctuations and typically < 3 m/sec), the surface temperatures are significantly higher than those in the external rural areas, and the atmosphere above the mixing layer is stably stratified. In this paper, the mechanisms of BTDAC formation are studied through laboratory experiments and modelling, with additional low-level inflow from external rural areas and a divergent outflow in the opposite direction in the upper part of the mixed layer. Strong turbulent plumes in the central region mix the flow between lower and higher levels up to the inversion height. There are shear-driven turbulent eddies and weaker buoyant plumes around the periphery of the urban area. As the approach flow is very weak, the recirculating streamlines within the dome restrict the ventilation, and the dispersion of pollution emitted from sources below the inversion height leading to a rise in the mean concentration. Low-level air entrained from rural areas can, however, improve ventilation and lower this concentration. This trend can also be improved if the recirculating structure of the BTDAC flow pattern over urban areas breaks down as a result of the surface temperature distribution not being symmetrical, or as the approach wind speed increases to a level comparable with the mean velocity of circulation, or (except near the equator) the urban area is large enough that the Coriolis acceleration is significant.     

街道峡谷地面源污染物扩散规律的风洞试验研究

在风洞中１／２５０街道峡谷模型的底板内释放示踪气体，通过对浓度分布特征的观测，分析了街道峡谷 面湖泊污染物的扩散过程及其与街道建筑物结构，风向及排放源强度等因素之间的关系，探讨了中性边界层风洞模拟微尺度湍流扩散过程的相似准则与相似参数，为建立街道峡谷地面源污染物扩散模型提供了物理基础。     

基于地基遥感资料的厦门市污染边界层特征分析

城市大气边界层是影响城市环境气象的重要研究对象,本研究利用新型地基遥感数据针对城市颗粒物污染过程开展边界层特征分析,旨在利用风廓线雷达和微波辐射计等高时空分辨率的遥感数据探讨边界层内大气运动、温湿条件的变化与近地面污染累积的关系.结果表明:厦门地区颗粒物污染过程中,边界层内弱风层厚度较地面风速而言更能够代表边界层内扩散条件的变化,可以更好地表征和预测近地面污染的变化;在局地累积的污染过程中,边界层内存在较厚的弱风层,同时2 km以下的风场有明显的风向转变特征,导致边界层内不存在有效的传输和扩散,另外,污染时边界层垂直温差可以在一定程度上反映干季的垂直扩散条件,0～3 km温差与PM_(2.5)浓度有着密切的联系;冷空气过程有将上游污染物向本地区输送的可能,城市边界层在东北大风的条件下伴随着显著的垂直下沉运动,有利于上空污染向下扩散.多源地基遥感数据联合分析能够进一步解释城市边界层内气象条件对于城市大气污染变化的影响,集合各设备的探测优势开展城市宜居和污染气象条件研究具有较高的科学性和可行性.     

青岛冬季PM2.5持续重污染天气的大气边界层特征

鲜有出现空气质量问题的北方沿海城市青岛近年来也频频出现重污染天气. 2014年1月青岛市总计出现7 d重污染天气,其中1月15-18日是持续4 d的PM_2.5重污染,其余的则分别出现在1月6日、11日和30日.为了获得气象条件对持续重污染天气发展、维持和消除的影响机制,利用激光雷达、大气稳定度仪探测数据以及地面、高空气象观测和空气质量监测数据,重点分析了1月15-18日持续重污染期间青岛市大气边界层气象要素的时间和空间特征.结果表明,2014年1月影响青岛冷空气势力弱、青岛近地面低于3 m/s的风速不利于污染物扩散,66%以上的相对湿度有利于污染物浓度增大.在污染源稳定的背景下,气象要素的差异性导致了污染物浓度时空分布的差异.在持续的弱偏北风下污染物浓度居高不下;在偏南风影响下,污染物浓度趋于下降.边界层内存在高层干冷弱北风和低层暖湿弱南风的风切变、稳定层结、低层相对湿度为70%的高湿大气以及交替出现的近地面南北风是此次重污染持续的主要原因.大气边界层高度变化对污染物浓度具有6 h左右的延迟影响;而低边界层高度、大稳定度因子,低云的存在和较高的污染物浓度之间具有较好的一致性变化趋势.当近地面温度升高、相对湿度减小以及增大的偏南风和存在弱不稳定层结时,有利于提高青岛局地大气扩散能力.      

京津渤地区二氧化硫浓度分布模式

本文介绍一种适用于区域污染并考虑了二氧化硫在输送过程中转化为硫酸盐和被地面吸收等过程的烟团模式。根据北京、天津和渤海地区六氟化硫实验提供的扩散参数及该地区气象资料(风向、风速)和污染源资科,用模式计算出该地区在西北风,东南风为主的气象条件下二氧化硫浓度分布,并与实测值做了比较。