基于MultiPatch 模型的大气污染三维扩散模拟

 垂直尺度上的污染浓度分布状况越来越受到关注,因此三维大气污染模拟具有非常重要的应用价值.结合三维GIS,采用多面模型与高斯烟羽数学模型集成的方式,通过边界值计算、三角条带构建、多面内插与渲染等技术方法,构建了基于三维的高斯污染扩散系统,探讨了污染物迁移规律和三维模型生成算法,并对某工厂含SO₂有害气体连续排放过程进行了二维与三维模拟,分析了大气污染物质量浓度空间分布特征,并计算得到该污染源大气污染最大落地点距离为206 m.实践表明,采用多面模型表达三维污染物空间分布具有快速、直观的优势,也利于剖面与三维空间分析运算.     

街谷结构内流场和污染浓度场的数值模拟研究

从三维尺度出发,对6种不同几何尺寸的街谷结构内流场和污染浓度场进行了数值模拟.流场计算模型采用Spalart-Allmaras湍流模型,污染物浓度场采用与流场耦合的对流扩散方程模拟,采用有限元方法离散微分方程.模拟结果表明,街谷结构的几何尺寸对其中流场和污染场的分布有很大的影响.宽度较小,高度较大的街谷结构内流场较复杂,污染物在其中比较不容易扩散.本文对不同街谷结构内流场和污染物浓度场的分布进行了对比分析,对城市规划设计、城市气候以及城市空气质量控制等领域具有重要意义.     

商业街区可吸入颗粒物空间分布及其气象要素的相关性

目的研究沈阳市太原街商业街区可吸入颗粒物与湿度、风速等主要气象要素的相关性及其在不同水平截面和垂直断面处的分布规律.方法以太原街多时相监测数据为基础,采用SPSS Statistics分析了街区可吸入颗粒物平均质量浓度与湿度、风速等气象要素的相关性,采用Fluent软件,模拟街区内不同水平截面与不同街道断面的流场与颗粒物浓度场.结果商业街区可吸入颗粒物质量浓度变化在一定阈值范围内与湿度正相关与风速负相关.街道两侧建筑由于高度、形态与密度差异,形成了不同特性的街谷局部流场,对可吸入颗粒物扩散效果具有较大影响.结论在建筑容积率一定的情况下,通过调整裙房的屋顶形态及其与高层建筑的组合关系,能够改善可吸入颗粒物的扩散效果.     

大气混合层高度对通风及污染物扩散的影响

商业区建筑结构日益复杂,严重影响建筑群通风和周围气体污染物的扩散,选取重庆一商业区建筑群作为研究对象,以三维湍流模型为基础,采用CFD软件对商业区建筑的通风能力以及周围连续排放的气体污染物扩散情况进行数值模拟,对比分析基于气象条件的天变化和季节变化对建筑群通风能力和污染物扩散在水平方向和竖直方向的影响;分析得到建筑群通风能力和污染物扩散速率与大气混合层高度正相关;研究结果可为改善建筑通风效果和降低建筑周围污染物浓度提供参考。     

大气污染的数值模拟

为比较集中供热与分散供热对重庆涪陵地区的大气污染影响的差异,采用计算流体力学软件PHOENICS,通过计算机模拟的方法得出该地区大气污染物(SO2,PM10)的基本分布情况,结果表明,集中供热的污染源面积较大,污染的扩散方向受城市的主导风向影响较大,污染物浓度向扩散方向的两旁下降得较快,该区中心主要小区的污染物浓度从源强的5%降低到1%;而且集中供热产生的污染面积大约只有分散供热的20%,受污染的区域减小,特别是对居民区等人口密集区的污染大大降低了.并从对城市大气污染的角度论证在该地区采用集中供热的优势.同时证明使用一些较为成熟的流体力学软件进行计算机模拟能够为城市的大气污染分析提供一个较为准确而便利的手段.     

不同气象条件小区通风与污染物扩散模拟

利用三维微尺度气象模拟软件ENVI-met,对广州市海珠区中山大学小区冬夏季水平和垂直流场特征以及污染物扩散情况进行了模拟研究,并通过实地观测CO质量浓度进一步检验了模拟结果。研究表明,ENVI-met适用于模拟街区尺度近地面污染物的分布特征,研究区域内存在角隅大风、气流爬坡滑坡及回流等显著特征,由此造成的污染物在不同区域和高度形成高低质量浓度区。当来流与街道峡谷平行时,在风速辐合区形成污染物高值区;当来流与街道峡谷垂直时,存在2种情况:对于独立建筑物和上风向建筑低于下风向建筑的街道,存在与来流反方向风分量,导致街道背风一侧为污染物高值区;而对于上风向建筑物高于下风向建筑物的街道,低层气流方向相同,街道中东部为高污染区。街谷中垂直扩散效率,上风向建筑物低的路段最好,其次为上风向建筑高的路段,独立建筑物的路段最差。研究结果对于城市小区的规划设计布局具有实际借鉴意义。     

厂区天然气泄漏扩散的数值模拟研究

根据危险性气体空间泄漏扩散的特点,对厂区天然气等危险性轻质气体泄漏扩散运动进行了数值模拟,着重研究了大气风向风速、泄漏射流方向和泄漏时间对危险性轻质气体(天然气)空间泄漏扩散浓度场和危险性区域的影响.其中大气主导风的风速对气体扩散浓度和扩散危险性区域有很大的影响,如等值线图模拟的条件下,在x方向上,风速v=0.5 m.s-1比v=5.0 m.s-1条件下危险性区域大155 m.     

基于GIS技术与嵌套网格的大气PM2.5污染最优集成预报方法

为了提升城市空气质量的预报准确率,分析大气PM_2.5污染物各尺度污染变化情况,提出基于GIS技术与嵌套网格的大气PM_2.5污染最优集成预报方法.基于大气污染扩散模拟情况,利用GIS技术的前、后期数据处理以及结果显示输出,处理大气PM_2.5污染数据,可视化展示污染扩散情况;采用嵌套网格空气质量预报模式系统(NAQPMS),模拟大气PM_2.5污染物各尺度污染变化,完成污染预报;基于观测、预报资料结合多种集成方法组建集成预报,经评价获取评分最高集成预报方法,完成大气PM_2.5污染最优集成预报.以安阳市为例,应用该方法进行空气质量预报实验.结果表明：该方法的PM_2.5质量浓度预报值与实际观测值更加接近,有效提升了大气污染预报准确率,以PM_2.5为代表的细颗粒物和以扬尘为主要源的粗颗粒物污染突出,需加强企业烟尘污染物的管控.     

街道峡谷形态对污染物扩散的数值模拟

机动车排放的尾气污染物,在城市街道峡谷内的稀释扩散及分布特性,主要由街道内流动结构决定,而街道布局和结构对流动结构有重要影响。基于二维不可压缩流动的Navier-Stocks方程、污染物组分输运方程及标准k-?湍流模型,获取所构建模型的数值解。采用验证的模型参数,构建了9种2类高宽比H/W为1的二维城市街道截面形态构造,在来流平均风速为3 m/s情况下,研究了街道截面形态对机动车尾气污染物扩散传递的影响。结果表明:下沉式道路结构不会改变街道峡谷内主涡结构和污染物分布;随着下沉深度的增加,机动车道内污染程度将进一步加剧;廊道内污染物浓度分布受廊道高度的影响较大,其人行呼吸高度处背风侧附近污染物浓度值相对参考工况增加大约5%,廊道深度对街谷内污染物扩散影响不大。     

建筑和绿化对街谷空气污染物扩散的影响

在静风条件下,对上海松江区典型的对称和不对称街谷内CO2和CO的浓度和PM1.0进行了连续实测.引入街谷约束物(建筑或绿化)高度与约束物距机动车道中心距离之比,即高远比(H/D),表征该约束物对街谷空气污染物扩散的阻碍作用.研究结果表明:背景风速低于0.5 m/s时,绿化和建筑对污染物扩散稀释的影响同样重要;污染物浓度的扩散衰减特性与街谷高远比和污染物种类有关;高远比越大,越不利于空气污染物扩散;自街谷机动车道中心到人行道,PM1.0衰减程度大于气态污染物.     

城市高架街谷交通污染物的扩散研究综述

随着全球城市化进程的不断深入, 城市高架道路密集出现. 这在一定程度上缓解了城市的交通拥堵, 但也带来了一系列交通污染问题. 通过文献调研, 对城市高架街谷交通污染物的扩散规律进行分析. 首先, 对城市高架街谷的交通污染特征及其建成环境特征进行梳理; 然后, 从空间尺度(水平和垂直)和时间尺度(宏观和微观), 对城市高架街谷交通污染物的时空分布规律进行归纳; 最后, 总结了交通、建成环境以及微气象环境等因素对交通污染物在高架街谷扩散规律的影响. 通过对城市高架街谷交通污染物的扩散规律进行分析, 以期对未来的相关研究提供参考.     

基于CALPUFF模型的毒害性气体泄漏事故三维动态模拟方法——以开县井喷事故为例

针对目前基于大气扩散模型开发的应急管理 GIS 系统中存在的时空分辨率低、未考虑三维地形等问题, 提出一套基于CALPUFF模型的三维气体扩散模拟方法。经过多层计算, 获得气体扩散浓度的三维时空分布数据。 通过Marching Cubes可视化技术读取并显示 , 可以实现三维空间的气体动态扩散效果 。以“12·23”开县特大井喷事故为案例进行模拟, 并开展二、三维对比以及模拟数据与实际情况对比分析。结果表明, CALPUFF模型三维计算得到的气体浓度在量级和空间分布上具有较高的精确性, 三维时空动态模拟具有较高的时空分辨率和重建效率, 可以达到较好的可视化效果, 能够更好地表达气体泄漏过程和扩散规律, 为应急管理提供重要的辅助手段。     

大连地区污染气象参数的确定

为了合理地预防和治理大气污染,必须正确地估算污染物在大气中的浓度.为此,须搞清楚污染物在大气中的运动情况.污染物在大气中的运动——输送、扩散、稀释等,主要是由排放条件(排放量、烟囱高度等)和气象条件(平均风速、大气稳定度、扩散参数、逆温和混合层高度等)决定的.对大气环境中污染物浓度估算正确与否,取决于大气污染物浓度扩散数学模式的选择和各类气象参数的确定. 大连地区大气污染物浓度扩散数学模式的选择和各类气象参数的确定就是在我们一年来进行低空探测取得的资料和收集大连气象台1980年1月～1984年12月地面常规气象资料的基础上,经过正理分析而得到的.     

高斯模式在点源大气污染防护绿地布局的应用

以往临近工业园区直接布局防护绿地的做法没有考虑污染物扩散的特点和分布范围,有时并不能起到削减、过滤污染物的作用,反而造成土地和经济上的浪费,即生态不经济．本文通过比较既有大气扩散模式,提出高斯模式在平坦地形高架点源防护绿地布局的应用方法,为城市防护绿地布局提供借鉴．以仪征市扬农电厂为例,分析其气体污染物扩散特点、计算地面最大污染浓度分布范围,进行生产防护绿地布局．研究结果表明,常风速条件下污染浓度随距离增大先增大后减小,静风条件下污染浓度随距离增大而减小;在电厂与主城区之间设置两处防护绿地,一处在污染源与主城区之间距污染源约4km,宽500m;一处在污染源四周距污染源500m,宽50～100m．     

激光诱导荧光方法检测二氧化硫

针对大气污染物之一的二氧化硫气体, 根据其吸收特性, 合理地选择激发波长, 从而避免了大气中其他气体的干扰, 采用Continuum Sunlite EX, 脉宽6 ns, 重复频率10 Hz的激光在实验室内模拟测量了污染气体二氧化硫的激光诱导荧光光谱, 分析计算了大气污染成分二氧化硫浓度. 研究表明, 激光诱导荧光方法可以用于大气中二氧化硫浓度的精确测量.      

城市街谷内流场及污染物的实测分析

目的研究街谷内污染物质量浓度的日间变化规律和空间分布特征,温度和车流量与街谷内污染物质量浓度的关系,以便于分析城市绿化灌木对街谷内大气环境的影响.方法根据沈阳市典型街谷内的实测数据,采用ORIGIN软件分析沈阳市可吸入颗粒物的空间分布特征及其与风速、温度、车流量等要素的相关性.结果实测条件下街谷内的污染物分布受多种因素的影响,污染物质量浓度日变化呈现一定的规律性,峰谷值周期性出现;测量结果表明,在空间上,街谷内颗粒污染物质量浓度的垂直分布具有明显的分层特征,水平方向上则呈现近似对称分布的特点.结论微风条件下,街谷内颗粒污染物质量浓度主要受两个因素的影响:一个是背景质量浓度的变化;另一个是机动车排放物在街谷内的累积.街谷内污染物质量浓度的日间变化规律与背景质量浓度变化相似,与车流量并无直观的相关性.城市街谷内绿化树木对街谷内污染物分布与扩散的影响作用比较复杂.绿化树木对颗粒物有一定的吸附作用,但其也能阻碍污染物向街谷外扩散,从而引起街谷内污染物质量浓度的升高.     

山东省大气环境污染时空特征及其原因分析

 利用大气例行监测数据,分析了2014年山东省大气污染进行时空特征。从空间看,淄博、济南、枣庄等是山东省大气污染最严重的城市,日照、青岛、威海等城市的污染最轻,东部沿海城市的污染程度明显轻于内陆城市;各地市SO₂的达标情况较好,超过50%,其余污染物的达标率均较低,PM_2.5甚至出现各地市均超标的现象。从时间看,污染物冬季浓度高夏季浓度低;PM₁₀和NO₂浓度在3月有小高峰;8月份,SO₂、NO₂浓度略有升高;从全年来看,NO₂污染物排放浓度变化不大。通过灰色关联法分析可知,能源消费与污染物空间分布相关性最大,风速与污染物时间分布相关性最大。     

城市街谷大气环境研究进展

机动车尾气排放不断增加以及城市通风能力降低,常导致城市街谷内的空气污染。城市街谷大气环境主要研究方法包括外场观测、实验室物理模拟和数值计算。外场观测和物理模拟可以考察街谷内污染物的传输扩散规律并对数值模式进行检验,另外,复杂的数值模式则可对城市冠层内大气扩散问题进行详细模拟,数值模拟和外场观测及物理模拟相配合,可用于环境质量评价、污染控制决策及交通规划。重点介绍了近十年内城市街谷大气环境研究的主要成果。     

基于无人机平台的细颗粒物三维分布监测

为获取高空间分辨率的污染物浓度数据,搭建了基于无人机技术的大气污染物立体监测平台,并成功获取临安市2014年11月一次重污染事件1 km以下高度的细颗粒物(PM_(2.5))浓度及同步气象场的三维分布数据。结果表明:大气湍流对PM_(2.5)浓度时空变化具有重要影响。清晨及上午大气垂直湍流活动较弱,大气稳定度较高,逆温等温层多重大气结构不利于PM_(2.5)垂直扩散。中午大气湍流活跃度最高,PM_(2.5)混合充分,垂直浓度梯度较小。下午PM_(2.5)在边界层内水平输送显著,并逐步向下沉降,说明此次重污染事件主要受外地污染源输送影响。     

西南山区大气污染扩散的定点观测与模式评估

针对山区局地污染源的大气扩散，通过定点气象观测与数值模拟相结合的污染评估技术，采用区域模式与局地模式相嵌套的高分辨率区域空气质量模拟系统RegAQMS,模拟了一个西南山区磷化工工业园所在区域三维气象要素场、大气边界层湍流场以及污染物散布的浓度场，分析了山地复杂条件下大气污染物的扩散特性和影响其散布的关键因子。结果表明：区域主要的污染物如SO₂小时和日均浓度均未超过国家相关标准且有较大盈余，但在源区附近山体表现出较高的长期平均浓度，模拟时段总平均浓度占比标准份额高达87.7%。区域偏东和东南风极高的出现频率61.8%、较低的风速(如≤2 m/s风速频率43.1%)、离源近距离处敏感的下风向有相当高度山体的阻挡、大气稳定层结(逆温和贴地逆温较高的频率63.4%和27.2%)等是导致长期高值平均浓度的主要原因。与观测浓度的对比表明：RegAQMS能较好地描述该区域污染物的实际分布，模拟与观测的小时浓度相关达0.47,但整体有所高估，误差可能来源于采样时间的不同、排放源的变动、小风条件下平均风向的定义与扩散强度估计的不确定性等。