环境科学基础理论 环境气象学

X16200701463城市小区气象条件与污染扩散精细预报研究/苗世光…(中国气象局北京城市气象研究所)∥环境科学学报/中科院生态环境研究中心.-2006,26(10).-1729~1736环图X-9从城市小区气象条件与污染扩散精细预报的科研需求和城市大气环境应急响应的应用需求出发,利用新一代全球/     

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.     

城市空气质量数值预报模式系统及其应用

介绍了一种城市空气质量数值预报模式系统 ,该系统由气象模式 (中尺度气象模式MM5及城市大气边界层模式CBLM)和大气污染物输送扩散化学模式组成 .将模式系统应用于南京市 ,试预报结果同监测结果一致 ,表明模式具有较好的模拟性能 .模式系统试运行后的检验改进工作 ,气象资料、污染源及环境参数等质量的提高 ,预报结果检验方法的确定等都是模式系统业务化时应予以充分考虑的 .     

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。     

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.     

WRF-Chem与ADMS对城区尺度大气污染精细化模拟的比较

精细化模拟对城市大气污染预报、朔源和管控具有重要意义.本文以南京市江宁区为例,利用中尺度数值模式WRF-Chem和三维高斯型模式ADMS,针对典型污染个例,开展城区尺度大气污染高分辨模拟,并对其结果进行比较分析.此外,探讨了WRF-Chem中不同城市冠层方案的模拟效果以及ADMS中不同街道峡谷特征对街道内污染扩散的影响.结果表明,WRF-Chem和ADMS都可以合理模拟内外源对关心区域的影响,实现对城区尺度大气污染的高分辨和高效率模拟;相对SLAB、BEP城市冠层方案,WRF-Chem中的UCM方案表现更好,且其模拟性能较ADMS略优;ADMS模拟街道峡谷效应时,街道和建筑尺度参数对模拟结果有较大影响,街道越窄、建筑越高,越不利于街道内污染物的扩散.综合而言,对于城区尺度的大气污染精细化模拟,使用UCM方案的WRF-Chem和ADMS都具有一定的模拟能力,可以根据计算效率和分辨率的要求选用不同模型开展研究.     

沧州市空气质量预报统计模式探讨

环境空气污染与气象条件密切相关，污染物在大气中输送、扩散、沉降无不依赖于各种气象务件，气象要素的变化决定大气过程的性质和强度，也直接影响空气质最的好坏。通过统计方法掌握污染物浓度变化和气象因子变化的规律，进而找到其相关性。并可以此为基础建立适用于本地区的空气质量预报模式。本以此为基础，结合沧州市环境空气污染的特点对空气质量预报的统计模式进行初步探讨。     

环境空气动力学

X169 200400685 城市街区污染散布的数值模拟与风洞实验的比较分析/蒋维楣(南京大学大气科学系)…∥环境科学学报/中科院生态环境研究中心.-2003,23 (5).-652-656 环图X-9 将专门设计的一项中性层结条件下风洞的污染物浓度测量实验,与已建城市小区尺度模式在相同条件下的污染扩散模拟结果进行了比较分析。分析了该模式流场模拟的有效性。结果表     

珠江三角洲地区城市群发展对局地大气污染物扩散的影响

为探讨城市群发展对局地气象环境和污染物输送的影响,以珠江三角洲不同时期的下垫面为例,选取有利于和不利于污染扩散的较典型的气象条件,采用数值模拟手段,模拟并分析比较该地区城市群的形成与发展对城市气象环境、污染物分布、城市间污染物输送的影响.结果表明,重污染气象条件下出现长时间逆温现象,凌晨3 :0 0到6:0 0间逆温最强,强度约为2 1℃·hm- 1 ,逆温层厚度达3 0 0m .城市群的发展使得城市夜间的逆温强度增强,逆温持续时间增长;城市群的发展使得城市地区风速减小,重污染气象条件下广州小风区面积约增加2 8% ,佛山约增加45 2 % ,轻污染气象条件下增加较小;重污染气象条件时广州和佛山二氧化硫浓度一般大于45 μg·m- 3,城市群的发展使污染物扩散范围变小,对本地贡献率增大,对其它地区的贡献率减小;地区间氮氧化物和二氧化硫的输送基本量级为10 0 t·d- 1 到数10 1 t·d- 1 ,城市群的发展使污染物不易向外输送,在重污染气象条件时广州二氧化硫输出量由5 1 3 7t·d- 1 减小为42 81t·d- 1 .     

城市环境空气污染预报研究进展

主要介绍了城市环境空气污染预报的方法,综述了城市环境空气污染预报的国内外研究现状,主要介绍了美国第三代Momdel-3 CMAQ模式系统和中国科学院大气所的嵌套网格空气质量预报系统(NAQPMS),以及最新的多模式污染预报技术,本文最后指出中国目前的大气环境形势比较严峻,城市环境空气污染预报模式还存在一些问题,并探讨了今后的发展方向。     

城市街区污染散布的数值模拟与风洞实验的比较分析

将专门设计的一项中性层结条件下风洞的污染物浓度测量实验，与已建城市小区尺度模式在相同条件下的污染扩散模拟结果进行了比较分析．分析了该模式流场模拟的有效性．结果表明：总体上，数值模拟与风洞实验结果符合较好；进一步分析发现，数值模拟结果中建筑物背风侧空腔区湍涡的中心比风洞实验结果略高，空腔区的范围比风洞实验所示范围大，建筑物迎风侧位移区比风洞实验所示小．此差异可能是由两者边界条件的不同引起的．     

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。     

城市高架道路对局地大气环境影响的数值模拟研究

根据城市高架和街道的布局与几何特点,设计了多种典型的街道峡谷模型。应用k-ε湍流模型和污染物浓度扩散方程,采用数值模拟技术预测了这些带高架的城市街道峡谷内湍流流场和污染物浓度场。研究表明,高架道路的存在改变了街道峡谷内大气的流动结构和汽车排放污染物的传输扩散特性。高架道路空间位置的布设及高架与街道建筑物间的间隙,对城市街道峡谷的局地大气环境有显著影响。因此,在确定布设高架位置和设计规划街道布局时,应尽量避免引起“盖子效应”而造成严重的地面局地大气污染。     

气象条件变化对呼市地区大气污染的影响

利用1995至2002年呼和浩特市区空气污染物PM10、TSP、NO2、NO2、SO2浓度的实际监测数据与同期的地面要素场资料、大气边界层气象参数和地面天气图分析了污染物浓度与气象条件的关系及气象条件变化对呼市地区污染物浓度变化的影响，讨论了污染物浓度变化规律的成因。在此基础上用逐步回归方法建立了不同季节呼市地区空气污染浓度统计预报模型。     

近地面大气污染模拟模型的建立与应用研究

针对以往把整个混合层作为大气扩散研究对象的问题,研究了近地面大气污染带概念,建立了大气污染模拟模型。又考虑到目前大气污染模型仅注重研究铅直面上的二维扩散变化,而较少研究平面二维扩散问题,运用有限差分方法建立了近地面大气污染带的平面二维数值模型。通过应用证实,该大气污染模拟模型能够真实反映近地面大气中污染物的扩散趋势及空间分布特征,对城市大气环境污染预测和防治具有实际意义。     

2014年河北中南部两次重霾天气成因分析

利用河北省环保局环境监测站提供的污染物浓度数据及常规气象观测数据、NCEP再分析资料,结合HYSPLIT4.9后向轨迹模式,对2014年10月上旬发生在河北省的2次大范围的重霾天气特征和成因进行综合分析.结果表明,这2次重污染天气过程PM_2.5地面浓度最大值出现在邢台,为507μg/m³,水平能见度不足1km.均压场的分布和较为平稳的高空形势为2次霾天气提供了有利的气象背景.高湿,静小风以及较低的混合层高度不利于污染物扩散,是导致这两次重污染天气持续的主要原因.结合卫星火点及污染物来源分析表明,河北南部及周边省份的秸秆燃烧加重了第2次过程的污染,污染气团的输送对区域性重霾天气产生重要影响.     

方位聚散因子及其在PM2.5浓度预报中的应用

污染物浓度预报是应对大气污染问题的重要手段.现有的模式类预报方法受限于排放源清单的准确性,而在污染物排放源短期少变的条件下,基于气象要素的统计类预报方法是一种更具实用性的方法.但现有统计类预报方法的计算模型输入量缺乏对气象要素累积效应的表征,以及对气象因素影响大气污染物聚散过程的表征,严重影响了预报的精度.为此,本文提出了一种着眼于改善计算模型输入量的统计类PM_(2.5)浓度预报方法.该方法采用方位聚散因子作为计算模型输入量,既可表征出PM_(2.5)累积与消散的过程,又考虑了气象要素在一定时段内的累积效应,为提高预报精度奠定了良好的基础.同时,通过BP神经网络训练,本方法在方位聚散因子与PM_(2.5)浓度值之间建立起关联模型,从而完成对PM_(2.5)浓度值的准确预报.     

基于CALPUFF模型的漳州市大气环境容量研究

研究表明：CALPUFF模式是运用于广域的大气扩散模型,在区域范围较大的复杂地形条件下的应用具有突出的优势.利用CALPUFF大气扩散模型模拟漳州市2009年气象场和污染物浓度场,采用监测值对模拟结果进行验证表明模型的适用性;基于现状污染源,建立大气污染物传递系数矩阵,结合线性优化法测算了不同环境空气质量标准下漳州市大气环境容量.     

Influence of urban morphological parameters on the distribution and diffusion of air pollutants: A case study in China

Air pollution has a serious fallout on human health, and the influences of the different urban morphological characteristics on air pollutants cannot be ignored. In this study, the relationship between urban morphology and air quality (wind speed, CO, and PM_2.5) in residential neighborhoods at the meso-microscale was investigated. The changes in the microclimate and pollutant diffusion distribution in the neighborhood under diverse weather conditions were simulated by Computational Fluid Dynamics (CFD). This study identified five key urban morphological parameters (Building Density, Average Building Height, Standard Deviation of Building Height, Mean Building Volume, and Degree of Enclosure) which significantly impacted the diffusion and distribution of pollutants in the neighborhood. The findings of this study suggested that three specific strategies (e.g. volume of a single building should be reduced, DE should be increased) and one comprehensive strategy (the width and height of the single building should be reduced while the number of single buildings should be increased) could be illustrated as an optimized approach of urban planning to relief the air pollution. The result of the combined effects could provide a reference for mitigating air pollution in sustainable urban environments.