杭州城市下垫面变化对污染物扩散影响的研究

利用中尺度化学模式WRF-CHEM,及2000—2010年土地利用类型资料、污染物浓度资料、气象场资料,对比分析了杭州城市下垫面变化对空气污染扩散的影响。(1)对比2000年及2010年杭州城市下垫面的变化可见,不同风向条件下市区的整体风速都有明显减弱趋势,其中主城区、萧山、滨江三个区域风速减小程度最大,而且受水平扩散能力的减弱,NO_x浓度的高值区范围有所增加,强中心的污染程度加大;(2)不同类型下垫面对污染物扩散的影响程度有显著差异。模式中原有的下垫面替换为水体后,大气扩散能力显著增强,整个区域的污染物浓度降至最低。在森林下垫面的模拟结果中,由于风速相对较小,扩散能力较弱,浓度大值区主要分布在上城区、下城区、滨江区及萧山区。     

CALPUFF在复杂地形条件下的近场大气扩散模拟研究

利用在湖南省丘陵河谷地区开展的高时空分辨率大气扩散综合实验资料,研究美国国家环保局(USEPA)推荐的导则模式CALPUFF(California Puff Model)在复杂地形条件下近场应用的适用性。采用不同时间分辨率的诊断风场和不同扩散参数计算方案,模拟不同气象条件下的近场地面浓度分布。通过与示踪实验实测采样浓度对比分析,得到:采用实测湍流廓线资料计算扩散参数能够较好地模拟近场浓度分布;将实测湍流速度标准差与稳定度参数的拟合关系替代CALPUFF默认的湍流参数化方案,能够改进默认相似性理论方案的模拟结果;风速较大、风向稳定时,模拟结果对风场的时间分辨率和扩散参数计算方案的敏感性较弱;风速较小、风向多变时,需采用逐10 min风场模拟地面浓度场分布,且实测湍流方案模拟结果相较于相似性理论方案模拟值偏大,并更接近实测值。总之,采用逐时风场和实测湍流方案,或逐10 min风场和修正后的相似性理论方案的CALPUFF模式能较好地模拟研究区域复杂地形的近场峰值浓度。     

CALPUFF在复杂地形条件下的近场大气扩散模拟研究

利用在湖南省丘陵河谷地区开展的高时空分辨率大气扩散综合实验资料, 研究美国国家环保局(USEPA)推荐的导则模式CALPUFF (California Puff Model)在复杂地形条件下近场应用的适用性。采用不同时间分辨率的诊断风场和不同扩散参数计算方案, 模拟不同气象条件下的近场地面浓度分布。通过与示踪实验实测采样浓度对比分析, 得到: 采用实测湍流廓线资料计算扩散参数能够较好地模拟近场浓度分布; 将实测湍流速度标准差与稳定度参数的拟合关系替代CALPUFF默认的湍流参数化方案, 能够改进默认相似性理论方案的模拟结果; 风速较大、风向稳定时, 模拟结果对风场的时间分辨率和扩散参数计算方案的敏感性较弱; 风速较小、风向多变时, 需采用逐10 min风场模拟地面浓度场分布, 且实测湍流方案模拟结果相较于相似性理论方案模拟值偏大, 并更接近实测值。总之, 采用逐时风场和实测湍流方案, 或逐10 min风场和修正后的相似性理论方案的CALPUFF模式能较好地模拟研究区域复杂地形的近场峰值浓度。     

街道峡谷汽车污染模拟研究

为了评价城市环境质量,需要准确模拟城市街道汽车排放污染物的扩散。该文利用道路边ＣＯ和ＮＯｘ的常年监测数据,系统测试了由丹麦国家环境研究所开发的街区空气污染扩散模式ＯＳＰＭ,分析了影响模拟精度的主要因素。针对北京市街道相对比较开阔的特点,在分析街道涡流和流场特征的基础上,修改了模式中街道风速的拟合关系,将地面风速系数增大到２．８倍,经实测数据验证,模拟效果有明显提高     

城市小区环境流场及污染物扩散的风洞实验研究

介绍了一次有关城市小区环境流场和污染物扩散规律的风洞实验研究．实验以位于北京市东南部的方庄小区为研究对象，以1：250的缩尺比在南京大学MU环境风洞中建立模型并进行实验．实验包括：小区气流分布测量、小区空气污染物浓度分布测量、建筑物周边气流分布测量、建筑物周边空气污染物浓度分布测量．实验结果表明：小区内水平流场分布受不同高度建筑物影响，但风速垂直分布总体上仍符合幂指数律．小区内污染物分布亦受到建筑物及环境风速大小的影响．单体建筑物流场试验结果清晰显示了气流遇建筑物后的抬升翻越过程，以及街渠内的抽风效应，该效应可使街渠内风速达到来流的2～3倍．单体建筑物污染物分布试验结果显示随着离源的距离增大污染物浓度逐渐减小，其垂直分布仍符合地面源排放的扩散分布形式，实验结果与实际观测结果相比较为接近．相应数值模拟结果与风洞实验结果进行比较表明：两的气流和污染物浓度分布除个别有差异外，总体上相当吻合．     

机动车多点源排放空气污染物浓度解析模式

针对公路机动车排放源和环境特点，建立了风速和扩散系数随高度变化的公路机动车多源排放空气污染平流扩散方程。提出了在地面和对流层边界对污染物为全反射条件下的定解问题。引用Green函数的概念，提出了公路机动车多源扩散方程的求解思路，利用微分方程的特征理论，求得了Green函数的横风和垂直向分量。通过Green函数分量与排放源强的线性组合，得到了公路机动车排放为多点源、线源和面源时污染物浓度三维分布的解析解。指出了广泛使用的高斯扩散模式在公路机动车排气污染物浓度计算中的局限性。     

一种污染物的区域干沉积速度分布的计算方法

建立了一个模拟污染物的区域干沉积速度分布的数学模式，利用它计算了江苏省及周围地区ＳＯ２、硫酸盐、ＨＮＯ３（气）和硝酸盐四种污染物的干沉积速度分布，并通过数值试验研究了干沉积速度的时空变化特征。与国内外的此外场观测资料的比较表明，本模式能够实现对不同条件下污染物干沉积的模拟．     

利用三维流场预测大气污染物扩散的方法研究

利用低空探空资料和地面气象资料，模拟三维流场时空变化规律，采用烟团轨迹模型对污染物分布情况进行了模拟．模拟结果表明，利用此方法可以较好地反映出低空各层流场的变化规律，明显提高了污染物地面浓度的模拟精度，其精度达到90％以上，较采用地面气象资料的模拟误差减少70％。     

城市道路汽车尾气扩散箱型模式研究

首次采用量纲分析法（π定理）,在确定城市道路汽车（含其他机动车）尾气污染物扩散影响因素的基础上,求导并建立了尾气扩散箱型模式的普遍式,模式待定参数少,运用方便,不仅与由质量守恒定律求得的结果一致,耐用包括了目前国内外根据实测或实资料建立的多个箱型（经验）模式,该模式运用于北京某大街及3个城市的综合交通规划中,污染物预测质量浓度与实测质量浓度相关显著,表明模式的建立过程是科学的,合理的,该模式可用于城市道路大气环境质量评价与污染物浓度预测,并可提供相关决策依据。     

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。     

兰州大气污染物浓度与局地气候环境因子的关系

利用2000年12月10～l7日在兰州市城区的大气边界层观测资料以及同期的污染物浓度监测资料、自动气象站观测资料和常规气象站辐射观测资料等，通过山谷内市区污染物浓度变化与山谷外对照点的比较，研究了兰州市城区污染物浓度的变化特征；分析了对应时期兰州市山谷气候环境因子和特征参数的变化。结果发现，大气中污染物对太阳辐射的吸收增温与白天大气逆温层之间有明显的正反馈机制，而且这种反馈机制在白天大气逆温层的形成和发展过程中起主导作用；讨论了兰州市山谷大气污染物浓度与大气逆温、水平风速、Froude数和边界层稳定度参数之间的简单关系。     

兰州市供暖期PM10浓度与气象因子分析

为研究兰州市供暖期内PM10浓度变化及其与气象因子的关系,于2007、2008年供暖期在兰州市4个典型城区,用Dust Trak Model 8530采集了303个PM10样品并收集同期3种（风速、相对湿度、气温）气象数据。运用数据统计分析方法,描述了供暖期PM10浓度的月变化和日变化趋势,同时分析了PM10日均浓度与气象因子的相关性。结果表明：（1）兰州市供暖期PM10污染十分严重,2007、2008年PM10的超标率分别为78.5%、54.5%,最大超标倍数分别达到2.27、2.81,PM10浓度日变化呈“双峰双谷”型;（2）PM10日均浓度与风速呈典型的二次函数关系,与相对湿度呈显著的负相关线性关系,而其与气温相关性不显著。     

2014年1月济南市空气污染气象条件分析

为研究大气环流背景及气象条件对山东中西部PM2.5污染的影响,利用气象及PM2.5浓度资料,选取济南市作为典型代表城市,诊断分析了大气环流背景及气象演变过程对2014年1月济南市PM2.5浓度的影响,建立济南静稳指数公式。结果表明：2014年1月华东北部至华北南部地面至对流层中层风速均为负距平,水平方向污染扩散能力差,偏南风异常加强了南方水汽的输送,有利于气态污染物向颗粒态转化,推高了PM2.5浓度;对流层低层东亚冬季风异常偏弱,逆温增多,垂直方向污染扩散能力差;500 hPa异常高压,抑制了东亚大槽的发展,更加有利于污染物在底层的累积。天气演变过程分析表明：地面水平方向及高空垂直方向气象条件对PM2.5浓度均有影响,地面风速偏弱（偏强）,高（低）湿度,风场辐合（辐散）时,PM2.5污染偏高（偏低）;边界层高度降低（升高）,垂直方向气流下沉（上升）,对流层中低层大气层结不稳定增强（减弱）时,PM2.5污染升高（降低）。静稳指数对于空气质量及重污染过程具有较好的预报能力。     

基于遗传神经网络算法的海面风速反演新方法

针对海面运动的复杂性、海面电磁散射理论模型的局限性以及利用SAR图像反演海面风速存在的非线性现象,基于遗传神经网络的方法,以业务化的CMOD4模式函数数据为基础,采用Fletcher-Reeves算法的变梯度反向传播算法,建立一种SAR风速反演的新模型。试验结果表明,利用遗传神经网络方法反演海面风速是可行的,当随机误差小于10%时,模型的抗噪能力较强,风速反演的精度较为理想。比较不同风速下的反演结果可以发现,在中、小风速的情况下,模型的抗噪能力较强,模型学习拟合和预测检验的精度相对较高;在大风速的情况下,模型的反演能力有待于进一步提高。     

CALMET时空分辨率对CALPUFF模拟浓度场的影响

采用WRF输出的逐小时1 km分辨率预报风场作为CALMET诊断模式的输入, 生成不同时空分辨率的CALMET诊断风场, 耦合 CALPUFF得到逐分钟50 m分辨率浓度场, 在此基础上分析CALMET气象场时空分辨率对浓度场的影响, 并统计不同气象时空分辨率方案的计算耗时。结果表明, 当风向稳定且风速较大时, 较粗的时空分辨率亦能得到满意的风场和浓度场; 当风向转变且风速较小时, 时空分辨率对诊断风场和浓度场影响显著, 不同气象方案的浓度场差异可以高达40%; 风场转变期间, 当CALMET的时间步长大于30 min时, 加密气象网格会降低浓度场的模拟精度, 时间步长越长, 浓度场偏离越显著。综合考虑计算耗时和浓度场模拟准确性, 推荐在大气污染事故应急预警中采用10 min时间步长和400 m网格距的CALMET气象方案。     

北京市夏季城市强热岛边界层气象特征

近年来,北京市城市化发展迅速,城市气候特征也发生明显变化。应用中科院大气所325m铁塔的梯度观测资料,对发生在北京市的夏季强热岛天气的边界层气象特征进行了分析。结果表明:发生在夜间的北京市夏季强热岛,其边界层存在很强的逆温层结,并且逆温层较厚,低层风速较小,一般不超过2.0m/s;但白天,随着太阳短波辐射的加强,逆温结构很快被破坏,城市热岛强度也迅速减弱。     

兰州东部地区冬季风场温度场模拟

采用地形追随坐标系下具有 1.5阶精度的三维准静力模式 ,模拟兰州东部地区的风场和温度场 .模式以地转风资料和系留资料为初始输入 ,根据简化的湍流能量闭合方案进行参数化处理 ,运用地表能量平衡方程预报地表温度 ,考虑了地形影响和人工热源作用 .模拟结果与实际观测资料进行对比 ,位温廓线和风速廓线与实际的变化趋势基本一致 ,模拟的地面流场和垂直温度场基本反映出本地区冬季的流场及温度场特征 .模式技巧的统计检验表明该模式的模拟效果较好 .     

湖体对风、湿环境影响的数值模拟

湖体对周边气象环境的影响研究可为气象站站址选择及代表性评估提供依据。应用WRF中尺度模式,通过对四季晴天小风、阴天大风背景天气下有无湖体算例的模拟比较。分析了浙江青山湖湖体对风、湿环境的影响。结果表明:(1)湖体存在通常使近地层风速增加,而春季湖体降温效应会导致近地层风速减小。(2)春夏湿润季节湖体对湿度影响较小,而秋冬干燥季节湖体有明显增湿作用,最大达7 g/kg。(3)青山湖对下风方风速、湿度观测可能产生影响的距离分别为6.5 km、2.7 km。     

基于改进熵权法和SECEEMD的短期风电功率预测

为实现短期风电功率的高精度预测，综合考虑风电功率数据波动性以及多维气象数据对风电功率预测的影响，提出了一种基于改进熵权法和SECEEMD的短期风电功率组合预测方法。首先，提出了一种综合相关性分析模型，结合多种特征选择方法对多维气象特征实现综合评价，准确筛选与风电功率相关性较高的气象特征，提高预测精度。其次，针对CEEMD(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition,互补集合经验模型模态分解)存在的分解分量过多，模态混叠程度加剧的问题，提出了SECEEMD分解算法，在降低分量数量，降低模态混叠程度的同时，提高模型的训练速度。然后，分别建立NWP-LSTM和SECEEMD-BP预测模型，并通过贝叶斯优化算法优化长短期记忆神经网络和BP神经网络结构；最后，通过改进熵权法寻找到最优权重组合进行加权组合。实验以内蒙古某风电场的风电功率数据和气象数据为实验数据，经验证，本文所提预测模型，能较大程度提高预测精度，相较于一般预测模型，R2-Score分别提高了4%和0.6%，MAE分别降低了44%和1.1%，证明本文所提风电功率预测方法具有更高的预测精度和更快的训练速度，更加适合进行风电功率预测。     

广西风速资源的时空分布特征分析

选取广西1971～2015年91气象站点风速数据,辅以DEM与遥感本底信息数据,运用气候学方法和指数空间推算法,构建广西不同时间尺度的风速资源空间分析模型,模拟广西近地层年均、季度风速,利用交叉验证法进行对比验证,选出较高精度的模拟结果,分析广西风速资源时空分布特征。研究结果表明,基于指数空间推算法的风速空间分析模型,综合考虑海拔高度及下垫面类型等因素的影响,可模拟精度较高的风速资源分布情况。广西近地表风能资源丰富区主要位于钦州市、防城港市、北海市等沿海一带以及由大山脉的主脉与周围大片谷地构成的地形区,且该区域春季风速较高,冬季次之,秋夏季最低。