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。     

水平分辨率对大洋环流模式模拟性能的影响

通过分析不同水平分辨率海洋模式的模拟结果及其与观测资料的对比,研究了水平分辨率对大洋环流模式模拟性能的影响。在中国科学院大气物理研究所研制的第三代大洋环流模式(L30T63 OGCM)的基础上,提高该模式的水平分辨率,建立了2个版本的全球大洋环流模式。其一,纬向和经向水平分辨率分别为1.5°和1°的全球大洋环流模式(OGCM1);其二,经向水平分辨率为变网格的全球大洋环流模式(OGCM2),其纬向水平分辨率仍为1.5°。分别对L30T63 OGCM和建立的2个版本的大洋环流模式从静止积分100 a。采用相同的动力框架、物理过程、南北边界条件、初始条件以及强迫场对比分析L30T63 OGCM、OGCM1和OGCM2第100年的积分结果。分析结果表明,随着模式水平分辨率的提高,模式计算的整体动能和位能随之增大,模式对上层大洋环流特别是热带上层大洋环流的模拟有明显的改善。     

旅客列车硬座车厢内气流模拟与浓度场分析

采用稳态不可压缩雷诺时均N-S方程、k-ε湍流模型,对旅客列车空调硬座车厢内气流场和浓度场进行了数值计算。采用立方体代表旅客,以人体呼出的CO2作为代表性污染物,研究了非空载下车厢内气流和浓度分布。计算结果表明：现有的送风方式除车厢两端外,车厢内沿长度方向气流分布比较均匀;人体散热和太阳辐射对车厢内流场温度场影响较大,非空载时车厢内流场分布与空载时有较大差别,太阳照射和人体产生的热气流使车厢内存在较大的温度梯度;车厢内过道区浓度较低,但座位区由于人员集中,人体呼吸区污染物积聚,浓度偏高,且车厢中部断面污染     

不同假想圆直径对燃烧器区域浓度场影响的数值模拟

针对上层燃烧器二次风假想圆直径为1000mm和加大为1500mm两种工况,通过数值模拟进行对比分析,研究六角切圆燃烧锅炉燃烧器区域的浓度场,模拟结果表明,适当改变一、二次风向心度能够有效地降低局部过高的颗粒浓度,从而抑制受热面结渣现象的发生。     

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。     

空调客车内气流组织与污染物浓度场数值模拟

以计算流体力学和传热学为基础,采用计算流体力学软件Fluent,针对某型空调客车,运用k-ε湍流模型及贴体坐标对空调客车室内流场、温度场及CO2质量分数进行数值计算。以人体呼出的CO2作为污染源,研究车室CO2质量分数分布。研究结果表明:人体散热和太阳辐射对客车室内流场、温度场影响较大;乘坐区乘客头部高度水平内温度分布较均匀,驾驶区温度偏高,对热舒适性产生不利影响;驾驶区的CO2质量分数较低,车箱后部区域CO2质量分数低于中部区域CO2质量分数,但座位区由于乘客密集,人体呼吸区污染物易聚集,CO2质量分数偏高;车内空气都从回风口排出,车室内中部污染物CO2质量分数严重偏高。     

瞬态浓度场的光学测量系统

基于数字图像处理技术和光学粒子散射理论，研制了具有非接触式、全场测量、被测面积大和成本低等特征的瞬态浓度场定量光学测量系统，其可以测量瞬态浓度场的相对值，经过标定也可以测量绝对值．实验结果表明，该系统与传统的接触式单点浓度测量方法相比，具有显著的全场瞬态测量的优越性，应用前景广阔。     

大气污染物浓度预测模式计算的一种改进方法

从平流扩散方程出发，通过对方程中扩散系数的选择及时间微分项的求解，建立了一个适合中性大气条件的浓度场预测模式。该模式模拟计算值与实测值比较，浓度场最大相对误差为－２８．０％，在１．５倍偏差范围内。     

矿井火灾烟流温度场及浓度场的数值模拟

以化学流体力学理论为基础，对矿井巷道条件加以简化，建立了描述矿井火灾烟流流动的微分方程组及求解此方程组的差分方程组，对ＳＩＭＰＬＥ算法进行了改进，提出了全断面压力校正方法。     

模式水平分辨率对区域降水季尺度模拟的影响

为了检验区域季尺度降水模拟对分辨率调整的敏感响应及其变化规律,利用RegCM3区域气候模式,对整个中国地区及相邻海域进行了季尺度降水模拟.取不同的水平分辨率(30、60、90 km),模拟2000～2004年夏季的降水.本系统可以较稳定地对我国整个地区的降水进行季尺度模拟.与实测资料进行对比,分析其模拟效果.结果表明:区域模式对水平分辨率变化的响应是敏感的,并呈现出复杂的变化规律.     

时间精度与空间信息对神经网络模型预报PM2.5浓度的影响

以北京市为例, 利用2015—2018年空气质量监测站台资料, 通过BP神经网络、LSTM网络及CNNLSTM混合模型等多种模型, 分析时间精度和空间信息对PM_2.5浓度预报的影响。结果表明, 神经网络模型的效果普遍比多元线性回归模型好; 增加输入数据的时间精度能显著地提高 PM_2.5浓度日均值预报的准确率; 当输入数据的时间精度从一天提高到6小时后, LSTM模型的平均绝对误差从27.39 μg/m³降至20.59 μg/m³, 这种效果的提升在显著变好和显著变差的天气情况下更明显; 华北地区PM_2.5浓度分布有明显的时空特征, 第一空间模态为同增同减, 第二空间模态为南北反向; 北京市PM_2.5浓度与内蒙古、河北及天津等地区前一天的PM_2.5相关。利用CNN-LSTM混合模型学习华北地区PM_2.5的时空信息, 能进一步提高北京市PM_2.5浓度的预报水平, 使得误差降低至17.36 μg/m³。     

中国近地层风能资源的时空变化特征

近地层风能蕴量是随着大气背景的变化而变化的特殊物理量,研究在全球变暖的背景下近地层风能资源的气候变化与分布特征,对我国风能产业的发展规划具有重要的理论意义和实际价值.选取全国186个地面站在1960-1999年共40年的常规风速观测资料,采用了分段线性拟合、变化速率计算等方法,对研究区域内年平均风速进行了趋势分析,又通过对逐年的平均风能密度做REOF分解,提取了具有不同风能变化型态的7个显著区域,探讨了风能资源的时空气候变化特征.研究结果发现:中国逐年平均风速呈现"冬春大、夏秋小"型,40年来各季和全年的年平均风速、风能密度均是显著减弱的,在70年代中前期之后出现显著的持续下降趋势;北方区、东北区、东部沿海区的风能资源相对最为丰富,变化幅度也最大,中部区风能资源最为贫乏,变化幅度最小.风能资源的分布特点和变化趋势与影响我国的冬、夏季风系统的气候变化关系密切.     

基于人脑相关模型的视觉时间和空间感

一种典型的时间性的感觉是对于闪烁灯光缺失基频的现象．对此可用从信号的自相关函数（ACF）中导出的时间性因子加以描述．此方法与关于复音的音调评价所采用的方法相类似．此外，视觉的空间感，例如纹理感，包括对比、韵律和粗糙度，这些感觉也可用从灰度的ACF中导出的因子加以描述．其主观优选条件已经从其与时间和空间因子的关系中找出．文中还发现大脑的活动与对视觉有关的时间性因子的主观优选具有良好的对应性，当时间因子改变时，左脑的α波形更为显著．该理论结合时间和空间值可应用于实现更佳的视觉环境．此项关于时间性设计的新概念也可应用于建筑与环境设计中，人们可从2001年以来发表于网页http：／／www．jtdweb．org／中的文献里得到更多的关于JTD的信息．     

基于人脑相关模型的视觉时间和空间感

一种典型的时间性的感觉是对于闪烁灯光缺失基频的现象.对此可用从信号的自相关函数(ACF)中导出的时间性因子加以描述.此方法与关于复音的音调评价所采用的方法相类似.此外,视觉的空间感,例如纹理感,包括对比、韵律和粗糙度,这些感觉也可用从灰度的ACF中导出的因子加以描述.其主观优选条件已经从其与时间和空间因子的关系中找出.文中还发现大脑的活动与对视觉有关的时间性因子的主观优选具有良好的对应性,当时间因子改变时,左脑的α波形更为显著.该理论结合时间和空间值可应用于实现更佳的视觉环境.此项关于时间性设计的新概念也可应用于建筑与环境设计中,人们可从2001年以来发表于网页http://www.jtdweb.org/中的文献里得到更多的关于JTD的信息.     

兰州城区臭氧浓度时空变化特征及其与气象条件的关系

依据兰州市环境监测站１９８５－１９９６年大气Ｏ３的监测资料,对兰州城区Ｏ３浓度的年际变化,年变化,日变化和空间分布等时空变化特征进行了分析研究,并分析了其浓度变化与气象条件的关系。结果表明：兰州城区大气Ｏ３浓度存在着较明显的年际变化,最近几年有准两年的变化周期,且其年平均浓度值有波动式升高的趋势;年变化与日变化为单周期,浓度最大值分别出现在７月和午后,空间分布以兰州西固区Ｏ３浓度最高;Ｏ３浓度分布     

基于时空信息的无迹变换滤波算法

提出了一种利用UKF算法实现对机动目标进行无源定位与跟踪的滤波方法.仿真结果表明,与扩展卡尔曼滤波器相比,UKF算法的滤波精度和稳定性都有了明显提高.该算法能更好地解决测量模型非线性问题条件下的单站无源定位跟踪问题.     

农村工业结构时空演进及其环境污染效应评价——基于行业污染程度视角

从行业污染程度的视角对农村工业进行分类,分析农村工业结构变动的时空分异特征,探讨农村工业结构变动对环境影响的机理,构建环境影响指数,定量评价农村工业结构演进的环境污染效应.主要结论如下:①1988-2010年间农村工业轻度污染行业所占比重呈现增加的趋势,而污染行业呈现下降的趋势.研究期内环境影响指数呈现增长-下降-增长的变化趋势,2002年以后又逐步呈现增加的趋势.②农村工业结构区域分异特征明显,在省级层面,江苏、山东、浙江、山西、河北、河南、广东、辽宁、上海等省市重污染行业和中度污染占全国重污染行业的比重较多,环境影响指数也都较大.在区域层面上,污染行业也主要集中在东部发达地区,东部地区环境影响指数远远大于中部和西部地区.在环境管理实践中不同的地区应实行差别化的管理政策.     

基于时空上下文信息的混合交通视频检测算法

前景物体的边缘信息对混合交通视频检测的参数提取和表达具有非常重要的作用. 为克服孤立地利用当前图像无法准确提取边缘信息的问题,提出了基于时空上下文表达的混合交通边缘提取新算法. 在获取当前边缘信息基础上,结合运动目标的特征属性与时空上下文相关信息,通过检索文本的关联性,进行前景边缘提取. 实验表明,文中算法能够准确而充分利用上下文信息实现前景边缘的提取,前景边缘的有效提取率可达95%以上,为后续混合交通视频检测的分类识别和参数提取提供了有效的依据.      

上海浦东噪声污染时空变化特征研究

利用上海市浦东新区15个测站点2007-2010年的噪声监测数据,建立了基于GIS技术的浦东噪声污染时空变化模型,并对时空变化趋势进行了分析研究.研究结果表明:上海浦东地区受到的噪声污染与空间、时间高度关联,其总体污染程度相当严重,但也有部分区域的污染由于成功治理而呈现出减弱的态势.本研究具有定性、定量、定位以及可视化的特点,为环境噪声评价的实地开展提供新方法,对该区噪声环境治理具有指导价值.     

空间结构风场风载的数值模拟

基于计算流体动力学理论的空间结构风场风载数值模拟方法,研究了具有复杂体型的空间结构形体表面及其周围的风场,确定空间结构的风压分布,进而得到结构表面风载体型系数,并与相应风洞模型实验结果比较,结果验证了数值模拟方法的正确性.利用数值方法模拟了当存在阻挡建筑物时目标建筑物周围风场和表面风载体型系数的改变,分析了风场变化的原因,讨论了何种情况下必须考虑阻挡建筑物的影响.又基于结构表面等压线将结构表面划分为结构受风子区块,并以面积加权平均计算得到各子区的风载体型系数,为抗风设计提供了可靠依据.