CALPUFF模型Word格式.docx

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1000pha，925pha，850pha，700pha，600pha，500pha各高度层上的位势高度、温度、露点、风的东西向分量，风的南北向分量，以及地面气压，海平面气压，地面温度。

（2）常规探空气象资料：

1000hpa，925hpa，850hpa，700hpa，500hpa各高度层上的位势高度，温度，露点，风向，风速。

（3）常规地面观测气象资料：

风速、风向、气温、云量、云底高度、地面气压、相对湿度，降水量，降水类型。

（4）全球海洋天气报资料：

海面上每日4次全球海洋天气报资料包括纬度，经度，气温，露点，风，气压、马士顿号、海表层温度。

污染源资料

CALPUFF可以处理点源、线源、面源、体积源。

考虑干湿沉降、建筑物下洗等因素。

CALMET输入数据文件格式

（1）SUR.DAT地面站气象数据文件格式：

第一行：

起始时间：

年日时，终止时间：

年日时时区台站数目

第二行：

台站编号

第三行：

年日时

第四行：

风速、风向、混合层高度、低云、温度、相对湿度、台站气压、降雨代码

（2）PPER.DAT高空数据文件格式：

年日时；

终止时间：

年日时、顶层气压、原始数据类型

数据类型、台站编号、年月日时、高空总层数、提取层数

气压、位势高度、温度（K）、风向、风速

（3）PRECIP.DAT降雨数据文件格式：

年日时、终止时间：

年日时、时区、台站数量

台站编码

年、日、时、降雨量（mm/hr）

（4）GEO.DAT地球物理数据文件格式：

头端信息字符串

网格数、空间分辨率、起点坐标、时区、NX、NY、DGRIDKM、XORIGRKM、

YORIGRKM、IUTMZN

土地使用类型LANDUSEDATACATEGORIES（1新、0默认值）

网格矩阵；

地形高程；

地表特征参数。

CALPUFF模型的基本操作

使用CALPUFFPro有两个方法。

一是直接操作系统的集成图形用户界面GUI；

二是改写系统各模块的控制流文件。

1集成图形界面

CALPUFFPro（ver6.0）有一个集成的图形用户界面GUI（图2-1）。

这个界面已将全系统的前处理、模拟模块和后处理模块，以及各类工具模块、图形模块集中到一个窗口中，从这里可直接进入各子模块的操作窗口，从而控制整个系统的全部功能。

所有子模块也都分别有相应的图形窗口，无须了解控制流文件的格式，因此建议初学者用这个图形界面进行操作，不用去了解控制流文件的格式。

图2-1集成的图形用户界面GUI

操作的顺序一般按图中从上到下从左到右的原则。

一般先定义整个系统的公用信息（须要选上“网格和其它信息作为公用”这个选项），如工作目录、气象网格大小和位置、时区、坐标投影方法等。

这些信息将在所有子模块里被引用，无须重新输入。

点击各子模块按钮进入相应子模块。

子模块都有一些类似的界面和通用的操作方法。

CALPUFFPRO一个子典型子模块的图形界面如图2-2所示。

在子模块里输入数据可采用两种方式：

采用“Input”菜单下的“Sequential”，即顺序输入的方式，按即提示逐步输入所需的参数。

第二方式是采用“Input”菜单下各相应子菜单，直接输入所选步骤的数据。

一般来说，先采用顺序法输入全部数据，再采用选择某一项的方法来修改。

输入完成后，按“RUN”菜单来运行，结果保存在给定文件中。

有错误时程序将停止运行，并弹出信息，可进行修正后再运行。

可按“HELP”菜单进入该模块的帮助系统查找有关信息。

另外，子模块的“Setup”可以设置让程序从一个已有的控制流文件开始，修改其中一些选项就行，而不必建一个全新的控制流文件，这样可以大大减少重复操作。

前处理模块：

设置地球物理和气象数据文件。

设定原始数据文件和运行参数，生成能被CALPUFF模型使用的地球物理数据文件（GEO.DAT）以及CALMET运行所需的地表气象数据文件（SURF.DAT）、探空气象文件（UP.DAT）、降雨数据文件（PRECIP.DAT）和海面气象数据文件（SEA.DAT）。

气象处理模块

CALMET：

用图形方式输入气象模块控制流文件，运行调试并生成CALPUFF所需的气象文件CALMET.DAT。

输出数据为一个给定的多高度层网格的三维气象场，包括风、云、温度、降雨等参数。

扩散计算模块

CALPUFF：

用图形方式输入扩散模块控制流文件，运行调试并生成预测

点的浓度、干沉、湿沉通量和可见度等结果。

主要包括输入输出文件名称、模拟时间、化学属性、污染源、复杂地形和预测点几个部分。

气象后处理模块：

由于CALMET输出的是一个二进制的文件，可以用这个后处理模块对这个文件取出有关数据进行查看、检验和分析。

CALMET还可以输出List文件，是一文本结果，它不能被CALPUFF使用，但便于直接查看。

扩散输出后处理模块：

对CALPUFF生成的四个结果（浓度、干沉、湿沉和可见度），按一定时段进行查看、分析。

气象处理模块CALMET

首先用input菜单生成一个calmet.inp控制流文件，再运行run生成calpuff所需的气象文件。

（1）setup

设置calmet的工作目录，calmet控制流文件名称等。

控制流文件可新生成，也可引入一个已有的，再进行修改。

（2）坐标及网格和地表文件的设置：

可用importsharedgriddata输入一个坐标及三维网格定义文件，也可用gridsettings进入一个设置窗口。

在这里要设置坐标投影方法，及网格原点、三维网格行列层数，并给定地表情况的地球物理数据文件（GEO.DAT）。

GEO.DAT可用预处理工具中的MAKEGEO生成。

也可直接生成。

投影方法：

一般可用UTM，计算范围很大要考虑地球曲率时须采用LCC（一般500km以上情况）。

投影格式缺省取WGS-84。

UTMzone分60区，从西经180开始，一直往东到东径180度，每隔6度为一区。

对于每个UTMzone，X坐标以其中间子午线设为500,000m，向东为增加，向西为减少。

Y坐标为赤道为0m,向北为正Y值。

对于北京，为东经116度，UTMzone为30+int（116/6）+1=50，北半球取N。

如果采用LCC或TTM，则需要输入

（此段内容需地理系知识）

定义气象网格西南角坐标（x,y）km，网格步长（DGRIDKM），网格行列层设置（NX、NY、NZ）；

每层到地表的高度（ZFACE）。

（3）Runinformation:

设置标题（一到三级），气象时段（起止或长度），气象所用时区（北京时间为UTC+0800），及其它计算选项（可用缺省值）。

其中Runoptions中第二项为采用的气象数据来源（NOOBS）。

如果NOOBS=0，则所有气象资料采用有关气象站数据；

NOOBS=1，则地面和水面采用气象站数据，高空采用MM5/M3D计算结果；

NOOBS=2，则所有气象资料采用MM4/MM5/M3D计算结果。

（4）mixingheightparameters:

定义混合层计算相关参数。

可以都用缺省值。

（5）temperatureandRHparameters:

温度和相对湿度相关参数。

数据来源，如果NOOBS=0，则一般选气象站观察值。

地表温度可用某一个序号的地表站的观察值，同样上空温度递减率也可用某一序号的高空站的一定垂直高度（如200m）的温度梯度。

他们也可读入经预处理（地面和高空站）的结果文件DIAG.dat。

其它参数一般可用缺省值。

（6）windfield:

风场设置。

首先设置options。

风场生成模式：

一是目标分析法；

二是诊断风场法（DWM）。

目标分析法，就是用所有气象观测站的数据内插出气象网格的数据（直接生成step1的结果）。

诊断风场法则要从初猜场，进行地形、坡风、闭合效应、三维散度最小化调整（即step1）。

对step1的结果进行step2后，生成最终风场。

如果有MM4/MM5或CSUMM计算结果的网格风场，则可以当作DWM方法的初猜场，或目标分析法的STEP1结果。

对于目标分析法，MM4/MM5结果也可作视作观测值读入。

如果有经预处理气象文件DIAG.dat，则可定义其名称（在初猜场定义中可用作初猜场）。

如果没有MM4/MM5或CSUMM结果作为初猜场，需要进入initialguess设置初猜场。

从这里可以定义初猜场是从外部DIAG.dat读入，还是内部生成。

如果内部生成，可以均匀场（uniform），选一个探空站序号和垂直平均长度；

也可选择不均匀场，这时将用不同站点各层的观测值内插出气象场（若在option中选了用地面外延surfacewindextroplation,则这里内插时同时考虑地面站的数据，并可进入biases输入各层中高空探测数据占的权重）。

Step1,各参数一般取缺省值。

其中地形影响半径TERRAD可取1~10km。

Step2,设置气象计算网格插值方法。

一般应选上“使用不同影响半径”，对地面、高空

和水面设定不同影响半径，在这个半径内无有效数据，则找出最近的气象站替代。

一般可高RMAX1,RMAX2,RMAX2为100,500,500km；

RMIN为2km。

对初猜场与观测值的权重影响半径，可设R1，R2值（一般R2>

R1）。

定义Barriers。

Barriers是一种插值界限，定义两个点的一条线，影响高度可从地面到最高层，在这条线不同侧的气象计算点，只能用同侧的站点数据来插值。

例如，一个山谷站点的观测值只用于山谷内，山谷外的气象网格点不能用这个山谷站的数据来插值，就可以为这个山谷站设一些Barriers。

Barriers不是必选项。

湖泊水域（lakesbreeze）:

如果计算区域有大面积水域，可对水域内的网格点采取优化插值方法。

定义每一个水域在计算网格上的起止行、列，水域岸线的起止坐标，及在水域内的站点数（地面和高空总和）及每个站台的ID。

Lakesbreeze不是必选项。

（7）设置气象站及数据文件Metedata。

分别设置地面、探空、降水、水面站的情况。

比如地面站，要定义气象数据文件surf.dat（这个文件包括全部站的观测数据，其格式可用SMERGE工具来生成），并用表格方式输入全部地面站的ID，坐标，时区，测风高等数据。

（8）输出选项Outputoptions:

定义输出结果的文件名称，格式。

可定Cloud和ListFile属性。

ListFile保存CALMET的计算选项和输入的参数，以及一些网格化数据。

CALMET需要至少一个地面站（逐时）和一个探空站（每天至少两次）的气象观测资料。

所有地表气象观测站数据按规定的格式放在SURF.DAT文件中。

以及CALMET运行所需的地表气象数据文件（SURF.DAT）、探空气象文件（UP.DAT）、降雨数据文件（PRECIP.DAT）和海面气象数据文件（SEA.DAT）。

扩散计算模块CALPUFF

首先用input菜单生成一个calpuff.inp控制流文件，再运行run生成计算结果。

（1）setup

设置工作目录，控制流文件名称等。

（2）网格设置：

可用importsharedgriddata输入气象网格文件，也可在gridsettings设置。

在这里要气象网格的有关数据，以及计算网格的范围。

气象网格的有关参数应完全按calmet中的有关设置，与其输入一致。

计算网格的范围应在气象网格的内部，不能超出气象网格的边界。

为了减少气象网格的边界影响效应，计算范围一般要在气象网格内部，离气象网格边界有一缓冲距离。

主要是设置计算时间的起止。

这个时间应是相关calmet计算时间的全部或一部分。

（4污染物（species）:

定义参与计算的污染物及其属性参数。

系统本身库中已带有16个污染物及相应参数，如果要计算的污染物在这个库里，只要选取即可；

否则需要在污染物库中添加这个污染物及其参数，再选取。

（5）污染源:

可分别输入点、面、体、线、Boundarycondition五种污染源参数及污染物排放参数。

Boundarycondition（边界条件源，BC源）是在考虑预测范围边界的流入通量时的一个因素。

污染物排放参数：

可用表格输入各源各污染物的排放率（单位可选）。

如果污染物排放是变化的，可定义变化系数。

污染物排放变化可以是全年24小时周期的、以月为周期的、以季度24小时为周期的、以风速和稳定度为周期的、以温度为周期的。

（6）预测点:

包括网格点、任意点及复杂地形特定网格（CTSG网格）。

所有预测点都应在

（2）中网格设置的计算范围之内。

预测网格点是计算网格范围的一部分或全部，通过Nesting因子设置，可以比计算网格（即气象网格）更密或更粗，比如Nesting因子=2，则预测网格密度是计算网格的两倍。

（7）模型选项

气象和土地利用类型：

气象数据格式，可以CALMET的输出结果也或以是AERMET的结果。

城市地面类型的范围，及参数设置。

如果用AERMET的气象数据，则要输入单个气象站的参数（因AERMET只用一个气象站数据）。

风速幂指数，可直接输入或采用列表中城市1、城市2或农村的缺省值。

静风的上限风速。

烟羽抬升：

有四个模型选项。

考虑烟羽抬升过渡期（弯曲抬升段）；

考虑烟囱本身的下洗作用；

考虑排放口以上的垂直风速切变；

考虑烟羽的部分穿透。

扩散选项：

烟羽模型：

烟团或分段烟羽。

高级变量设置：

烟羽最大长度；

烟团分割控制参数设置；

积分控制参数。

烟团释放速率、取样频率、移动速率的上限。

扩散参数σy、σz及各稳定度的风速σv、σw的下限。

风廓线近场垂直分布方式：

均匀或高斯分布。

建筑物下洗转变点。

地形选项：

地形调整的方法及相关系数。

若选择“部分烟羽路径调整”，则要输入各稳定度下的烟羽路径系数。

如果选择对孤立山体采用CTSG网格（复杂地形特定网格），则可以采用屏幕输入或从CTDM文件读入的方式输入地形和预测点相关数据。

（8）输出设置

设置结果文件名称：

CONCENTRATIONS（浓度）、DRYFLUXES（干沉）、WETFLUXES（湿沉）、RH（相对湿度，可见度）、FoggingPotential（起雾概率）。

输入结果可以用Binary（二进制，可以压缩并节省间）文件格式，也可以是ListFile（文本格式）。

对ListFile除输入名称外，要设定污染物输出的单位。

可以选择保存的时间间隔PrintInterval。

每种污染物是否输出浓度、沉降等可在SpeciesOutput表格中设置。

（9）沉降选择

在这里，对每一个已选择的污染物，设置是否考虑干沉、湿沉。

如果要考虑，可以进一步设置相关参数。

如：

颗粒物干沉降：

GEOMETRICMASSMEANDIAMETER（几何平均直径）、粒子比重。

湿沉降参数设置：

去除系数、LiquidPrecip（液态降水量）、固态降水量等。

（10）化学反应和转换

设置化学参数：

臭氧输入选项（MOZ=0或1）；

臭氧月浓度序列（BCKO3）；

氨月浓度序列（BCKNH3）；

夜间SO2、NOx亏损率（RNITE1、RNITE2）；

HNO3转化率（RNITE3）；

H2O2输入选项（MH2O2）；

H2O2月浓度序列（BCKH2O2）；

二次生成有机气溶胶模块参数输入（BCKPMF、OFRAC、VCNX）。

输出后处理模块CALPOST

（1）运行设置（Processingoptions）:

起止时间（或全部数据时间），时间间隔（每隔N个时间取出数据，比如计算结果是每小时浓度，时间间隔为1，则取出每小时数据，时间间隔为2，则每隔一小时取出数据）。

预测点：

可以从网格点、任意点中选择全部或部分点参与处理。

源的贡献。

坐标缩放。

背景浓度（相应预测点的逐小时监测浓度）。

（2）数据格式（Data）:

要处理的数据类型（浓度，干沉通量，湿沉通量，总沉或能见度）。

污染物名称。

数据文件名（这个文件是CALPUFF的计算结果文件）。

如果要计算能见度，

则要设置大量相关参数和算法选项。

（3）输出设置（Outputoptions）:

设置平均时间，浓度单位。

输出内容选项有，可有最大50个数据，各点四个级别的数据（例如第1，2，3，4大的数据），超标率。

选择输出的时间（日期）。

要输出成绘图文件，设置名称、格式及其它参数。

改写控制流文件

CALPUFFPro系统的三大部份都有自己的控制流文件，通过修改这些控制流文件中的相关参数，然后运行各部分执行程序，从而得到所需的计算结果。

控制流文件都有相近的格式，为了使用方便，相当多的篇幅只是用于说明和注释。

使用时只要修改两个执行提示符！

之间的有关内容即可，而两个*之间的内容则认为是注释而忽略。

比如下文：

上文为Calmet控制流第0组的第a分组，定义主要输入输出文件名称。

如果地表气象文件不是SURF.DAT，而是Surface.txt，则改成SRFDAT=SURFACE.DAT即可。

每一个GROUP的结尾处，有一个NOTES，会对本组内的格式和注意事项进行说明。

CALPUFF控制流文件格式

CALPUFF模型系统以控制流脚本文件执行程序模块。

控制流文件CALPUFF.INP通过命令输入计算参数，选择物理过程，输出浓度、干湿沉降通量及能见度计算结果。

控制流文件CALPUFF.INP包括模拟区域参数设置：

区域左下角坐标、东西南北向网格数、垂直层数、网格空间分辨率、LAMBERT投影、时区；

模拟时间设置：

起始时间（年月日时）、终止时间（年月日时）、计算时间；

污染源参数设置：

源的类型及参数；

化学反应机理选择；

干湿沉降参数设置；

CALMET输出的三维、二维、微物理参数文件选择；

风廓线与大气稳定度计算方法设置；

烟羽抬升物理过程选择（建筑物下系、烟羽部分穿透、垂直风剪切作用等）；

扩散计算模式设定方法选择；

边界条件选择；

接受点参数设置。

每组控制令命以“!

END!

”结束。

CALPUFF控制流文件实例

CALPUFFtestcaserun-3pointsources

24-HourSimulationusingCALMETmet.data

Griddedreceptorson17x1720-kmmetgrid

----------------Runtitle（3lines）-----------------------------------------

CALPUFFMODELCONTROLFILE

INPUTGROUP:

0--InputandOutputFileNames

DefaultNameTypeFileName

CALMET.DATinput!

METDAT=CALMET.DAT!

or

ISCMET.DATinput*ISCDAT=*

PLMMET.DATinput*PLMDAT=*

PROFILE.DATinput*PRFDAT=*

SURFACE.DATinput*SFCDAT=*

RESTARTB.DATinput*RSTARTB=*

-

CALPUFF.LSToutput!

PUFLST=CALPUFF.LST!

CONC.DAToutput!

CONDAT=CALPUFF.CON!

DFLX.DAToutput*DFDAT=*

WFLX.DAToutput*WFDAT=*

VISB.DAToutput*VISDAT=*

TK2D.DAToutput*T