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     

ATDL模式的研究与发展

ATDL 模式形式简单可以手算,可以取得较好的模式预报结果,目前广泛应用于城市面源模式计算中.本文在ATDL 模式基本假设基础上,增加了面源排放高度,讨论了计算点上风方向网格数量的选取,并对不同风向时计算点与上风方向网格中心点的距离做了修正,最后写一组新的系数公式.这种算法既保留了ATDL 模式的优点,又可以提高计算的精度.     

自动气象站非规范算法对风观测数据质量的影响

目的弄清非规范算法对风观测数据质量的影响程度。方法采用规范方法和二种非规范方法同时统计长期正常采集的风向风速数据,统计每月16位风向的极大风速及其对应的风向和时间、最大风速及其对应的风向和时间、2 min平均风速、10 min平均风速、含静风的风向频率等参数,并绘制相应参数的风玫瑰图,比较不同算法、相同参数的风玫瑰图,探讨算法间的误差。结果风速简单滑动平均法、风向矢量滑动平均法对16位风向上极大风速、最大风速、10 min平均风速的统计结果与规范方法很接近,而风向、风速简单滑动平均法对上述5种参数的统计结果与规范方法都有很大差异。结论自动气象站非规范算法会降低风观测数据质量,加强自动气象站供货商资质管理是提高气象观测数据质量的基本保障。     

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.      

大气污染物长期平均浓度估算中风资料的应用

针对平均风速在大气长期平均污染浓度估算中的不适用性，提出了平均污染风速的概念。实际应用证明，平均污染风速能正确地使用于估算长期平均浓度和污染系数中，文章具体地对上海地区３个气象站１９９４年平均风速和平均污染风速及其采用此两种风速计算的污染系数做了分析，证明用平均污染风速代替平均风速来计算风向下的大气污染物长期平均浓度与实际情况较一致。最后还寻找了两者之间的联系和差异。     

一个解析的面源浓度计算公式

利用级数展开的方法得到一个实用的解析面源公式,它不仅包括了显式源高项,还能计算面源烟羽横风向非轴线浓度,其精度远远高于其它有关模式。此外,利用该公式,研究了面源烟羽的半宽度,并证明,难以用一个固定的后退点源来描述整个面源烟羽,提出可用一移动点源来代替。     

杭州煤场煤尘环境影响预测分析

介绍杭州煤场煤炭堆放，装卸及运输过程过程中 煤尘产生量的估算法，估算煤尘的分粒瞬时源强，单源及多源叠加下风向煤尘预测浓度公式及预测为同类型煤场大气环境影响评价提供参考。     

大气环境总量控制规划方法的探讨

(一)箱模式的基本原理及应用 箱模式是将划定的空间视为无数小箱体组成的总体,并按质量守恒定律来研究箱体中污染物平均浓度的时空分布规律。 文献中的大气环境箱模式分为两种,即垂直和平行风向的条形箱模式。在城市面源强度不均匀时,可将区域划分为等距离的垂直于风向的条形箱体,其模型如下:     

面源模式的精度分析

利用数值积分与模式计算相比较的方法,分析了几个实用面源模式的误差。结果表明,误差与大气稳定度、面源尺寸,及计算点的位置有关。推荐了一个面源计算公式。该公式考虑了面源烟羽的横向分布和源高,且精度较好。     

大气扩散模式通用计算程序研究完成

为满足广大环境保护工作者在环境保护工作和环境影响评价工作的需要,北京市环境保护研究所科研工作者与有关方面通力协作,研究开发了一套大气扩散模式通用计算程序,本软件包内有若干个功能不同互相独向的计算程序,可以分别计算点源在各种不同稳定度,各种风速条件下的下风向瞬时地面浓度,点源周围16个方位利用稳定度、风向,风速联合频率加权计算的月、季、年长     

污染源对建筑小区影响的数值模拟

采用二维RNG k-ε湍流模型,通过模拟不同位置污染源和建筑物不同规划位置,研究了单栋建筑物和双排多建筑物情况下,污染源对建筑物或建筑群的影响,得到了相应的污染物浓度分布.研究发现:污染物的迁移扩散是由建筑物周围的风速场及湍流扩散系数分布确定的,并且污染物在建筑群中的浓度分布与建筑群中各建筑物的分布位置密切相关.在考虑当地主要气象条件下,通过合理安排建筑群中各建筑物的位置,可以有效地减少建筑群内污染物高浓度的影响区域,避免污染物积聚死角.同时,优化污染源的位置也可以达到减少建筑群内污染物高浓度的影响区域.将污染源放置在高速风道上,其污染范围小,利于污染物迁离小区;反之,污染范围大,不利于污染物迁离.      

垂直切变风场中大气污染物输送扩散的分层模式

应用分层处理法,将大气边界层中水平流场有明显转折的层次定为分界层,建立了污染物输送扩散的分层模式。研究结果表明,当上、下层流场一致时,本模式的解与传统模式基本一致。而当上、下层风向不一致时,污染物的横向散布范围被加大,地面污染轴线将随着距离增加逐渐向下层风的下风向偏移。     

数值风洞与物理风洞对烟塔合一排烟的比较研究

热电厂"烟塔合一"排烟技术因其初期投资和运行维护费用少,排烟效果好、SO2落地浓度低等优势,特别是在机场附近的净空限高和对景观环境有特殊要求的地区具有广阔的发展空间。目前国内外广泛使用的大气污染物预测模型——德国模式在烟塔合一排烟方式的预测上尚存在许多问题,如大风下洗条件下,冷却塔附近空腔区的大小和范围、空腔区污染物最大地面浓度等难以给出准确的预测结果。为准确预测烟塔合一排烟方式的大气污染物扩散情况,一种新的大气污染物扩散预测模式——数值风洞模型以及物理风洞实验被用于模拟烟塔合一的环境影响,分析数值风洞模式和物理风洞实验在大气环境预测领域应用的适用性和优缺点。2个预测方法的结果表明:在烟塔合一排烟方式下,大气污染物最大落地浓度随风速增加而增加同时在冷却塔下风向存在负压区,污染物在该区域高浓度聚集。对2种方法进行比较,物理风洞实验由于受到物质和气象等条件的限制,无法得到精确的预测结果以及无法直观地描述空腔区的产生和变化规律。而数值风洞模拟具有更大的自由度和灵活性,预测出在夏季6 m/s风速下,冷却塔下风向最大落地浓度出现峰值,属于最不利的气象条件。同时该方法可利用图形化手段实现对空腔区产生、变化、破碎至再生成的全过程描述,从而建立了一种大气污染预测的重要手段。     

太行山两侧污染物传输对横谷城市气溶胶的影响分析

利用2017~2019年太行山横谷城市阳泉PM₁₀和PM_2.5逐时浓度资料和对应时刻风速风向数据,结合HYSPLIT后向轨迹模型通过聚类分析、潜在源贡献因子和浓度权重轨迹方法分析了横谷城市气流输送特征及对阳泉市气溶胶的影响,并进一步探讨了太行山两侧大气污染物的交换特征.阳泉市气溶胶日变化为单峰单谷型,冬季最高值出现在10：00~11：00,其他季节多在09：00,最小值均在15：00~16：00;月际变化呈1月最高、8月最低.受横谷地形影响,地面风向以偏东风和偏西风频率最高;除小风天气外,春秋季偏西风引起的沙尘天气和冬季偏东风输送也会引起阳泉气溶胶浓度升高;后向轨迹结合污染特征显示,各季节污染轨迹占比为春季26.2%、秋季36.4%和冬季33.7%,主要分布在阳泉的西南和东南区域,冬季在东北区域也有分布;山脉两侧均存在显著的细颗粒物传输,而起源或途经太行山西侧的轨迹粗颗粒物输送亦相对较多;污染轨迹中偏西气流输送对PM₁₀超标率影响更大,偏东气流则主要影响PM_2.5的超标率.不同季节阳泉市气溶胶主要污染潜在源区存在差异,春季为西南和东南两区域;秋季为西南及偏南区域,冬季主要位于偏南和偏东方向区域,山西东南部及与河南北部交界区域是主要的污染贡献源区,太行山两侧通过井陉通道进行大气污染物的相互传输过程显著,其中东向西的PM_2.5传输影响更显著.     

西部新区试采初期清洁生产实施初探

通过对江苏油田西部新区试采初期不同施工环节中污染源、污染物的分析，针对各种污染物产生的环节，从管理和技术的角度，提出了试采初期实施清洁生产的思路和方法，并对探区的清洁生产长期规划提出了可行性建议。     

河谷型城市风场及污染物扩散的CFD数值仿真

为研究河谷型城市地形及其引起的风场和污染物扩散的复杂问题,利用CFD（计算流体力学）方法和复杂地形网格生成技术,建立河谷型城市风场及大气污染分布的数值仿真模型,实现CFD方法在复杂地形空气运动和污染物扩散方面的应用.分别使用LES（large eddy simulation）模型和mixture模型研究兰州市地面风场特征和污染物扩散形态,计算得到的污染物分布结果与实测结果分布一致.结果表明:复杂地形对空气运动的影响很大,如风速因山体屏障作用会呈现带状分布特征,山体后侧易出现弱风区域;同时,风场会密切影响污染物扩散,决定了污染物扩散形态,如幅散能够影响污染物扩散范围及污染水平.而给定西北风条件下,如地面以上10 m、风速为5 m/s、不受地形阻挡情况下,工业区污染物浓度被稀释10倍,约扩散2.2 km;山体阻挡会抑制污染物纵向扩散,表现在山体阻挡情况下污染物稀释100倍时的扩散长度约为相对平坦区域的1/3.此外,不同的入口风向会引起空气运动与山体相互作用发生变化,进而会使得地面风速、局部风场存在差异,造成污染物扩散及分布形态差异.研究显示,CFD方法可行,模型可靠,可以用来研究地形对风场和污染物扩散的影响.      

城市立体交通系统中污染物传播特性数值模拟

构建了一个包含交通转盘、隧道、高架桥和下沉式公交站的立体交通几何模型,建立了该系统中流体流动与污染物传播的耦合数学模型,数值分析了环境风变化时,该系统中流体流动与气态污染物的传播规律.结果表明,环境风向的变化直接改变了公交站区域流体的流向途径,在公交站区域;北风时的平均污染物浓度是西风时的3.5倍,而在转盘中央区域,北风时平均污染物浓度是西风时的5倍.西风时,环境风速从0.5m/s增加到3.5m/s,东侧公交站区域的平均污染物浓度减少95.21%;交通隧道内,环境风速的增加使空气流通速度增加,污染物浓度迅速降低.     

某化工厂液氯突发性泄漏风险的研究

突发性事件的救援工作是一个非常复杂的系统工程,而关键问题是及时准确地确定风险区域.本文依据某化工厂生产与贮存液氯的实际情况,对出现氯气事故性泄漏风险影响区域进行了研究.研究结果表明:风险区域不仅与氯气泄漏的源强有关,而且与事故状态下的气象条件密切相关,在风速大、不稳定的气象条件下,有害气体泄漏在空气中形成的高浓度区多分布在事故源的近距离处;而在静小风、稳定的气象条件下,高浓度区不仅持续的时间长,而且伴随着空气的稀释作用,随风力的输送向下风向飘移.因此,源强、不同区域的人口密度以及气象条件将是确定风险区域的重要因素.     

Multiple linear regression models of urban runo pollutant load and event mean concentration considering rainfall variables

Rainfall is an important factor in estimating the event mean concentration (EMC) which is used to quantify the washed-o pollutant concentrations from non-point sources (NPSs). Pollutant loads could also be calculated using rainfall, catchment area and runo coe cient. In this study, runo quantity and quality data gathered from a 28-month monitoring conducted on the road and parking lot sites in Korea were evaluated using multiple linear regression (MLR) to develop equations for estimating pollutant loads and EMCs as a function of rainfall variables. The results revealed that total event rainfall and average rainfall intensity are possible predictors of pollutant loads. Overall, the models are indicators of the high uncertainties of NPSs; perhaps estimation of EMCs and loads could be accurately obtained by means of water quality sampling or a long term monitoring is needed to gather more data that can be used for the development of estimation models.     

Multiple linear regression models of urban runoff pollutant load and event mean concentration considering rainfall variables

Rainfall is an important factor in estimating the event mean concentration (EMC) which is used to quantify the washed-off pollutant concentrations from non-point sources (NPSs). Pollutant loads could also be calculated using rainfall, catchment area and runoff coefficient. In this study, runoff quantity and quality data gathered from a 28-month monitoring conducted on the road and parking lot sites in Korea were evaluated using multiple linear regression (MLR) to develop equations for estimating pollutant loads and EMCs as a function of rainfall variables. The results revealed that total event rainfall and average rainfall intensity are possible predictors of pollutant loads. Overall, the models are indicators of the high uncertainties of NPSs; perhaps estimation of EMCs and loads could be accurately obtained by means of water quality sampling or a long term monitoring is needed to gather more data that can be used for the development of estimation models.