城市空气质量模式研究进展Word下载.docx
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以高斯公式、拉格朗日方法、欧拉方法为基础。
高斯模式
是半经验型扩散模式，假定下风向的污染物浓度符合正态
分布，是很多实用模式发展的基础。
基于高斯理论的大气
污染扩散模式被广泛应用于各种尺度的研究区域，其中适
用于中小尺度的有
ISC（Industrial
Source
Complex
Model）、
AERMOD
（AMS/EPA
Regulatory
Model）、ISCST
（Industrial
Short
Term
Model）、ADMS
（Advanced
Dispersion
Modeling
System）、ADMS-Urban
等，
应用于大尺度的有
等。
拉格朗日方法是用来跟随
流体移动的粒子来描述污染物浓度及其变化。
它是一种描
述污染物分布的自然方式。
在基于拉格朗日方法的大气污
染物扩散模式中，适用于中小尺度的有
LS
（Lagrangian
Stochastic
Model）、TAPM
（the
Air
Pollution
Model）、LPM
（Lagrangian
Particle
Model）等，适用于大尺度
的有
LADM
Atmospheric
Model）。
欧拉方法是相对于固定坐标轴系描述污染物的输送与扩散，
用欧拉流体速度的统计特征来表达浓度统计量。
应用欧拉
方法处理扩散问题一般基于梯度输送理论（K
理论）。
欧拉
方法的大气污染物扩散模式中，适用于中小尺度的有
EITDM
（Eulerian
Inert
Tracer
Model）等，适用
于大尺度的有
ADPIC（Atmospheric
Diffusion
in
Cell）、REMSAD
（Regional
System
for
Aerosols
and
Deposition）、Models-3/CMAQ（
Models-3
Community
Multiscale
Transport
Chemistry
Model）等。
大气环境质量取决于很多不同的物理过程，包括不同
范围的空间和时间尺度。
当研究现象受多种尺度影响时需
要同时模拟几个不同尺度，因此有必要构建一个基于一系
列嵌套模式的模拟系统来表示不同现象和尺度。
构建这种
模拟系统有两种可能的方法。
第一种是基于单个三维欧拉
模式的使用，嵌套在几个不同尺度中，该方法被采用到
METPHOMOD
和
RAMS。
第二种方法是以不同类型的模式
在不同时间尺度上的应用为基础，选择模式来表示特定尺
度下的主要物理过程。
以第二种方法构建的模拟系统在国
际上己有较多应用。
SOULHAC
等应用基于嵌套模式的模
拟系统对法国里昂地区的大气污染进行了研究。
其中，区
域尺度计算时，气象模拟使用
SAIMN
模式，污染物扩散模
拟使用
UAM-V
模式；
城市尺度计算时使用州田
RCURE；
更详细的局地计算使用
ADMS-3
SIRANE。
3
空气质量扩散模式在国内的应用
我国何东阳等发展并完善了区域光化学模式
ROS；
杜
世勇等在大规模大气环境参数综合野外测试资料的基础上，
开发了空气质量数值预报系统；
李晓莉、李泽椿等设计了
与
MM5
耦合的城市冠层参数化方案（UCP），提高了中尺
度模式对城市边界层热力和动力结构的模拟能力；
房小怡
等建立了能够用于评估大型城市交通环境污染与气象条件
关系的数值模拟技术，即三维边界层光化学数值模式;
许建
明、徐样德等建立了
CMAQ-MOS
区域空气质量统计修正
预报模型，并采用未参与统计样本的检验方法，结果表明
该方案可显著降低由于污染源影响不确定性产生的模式系
统性误差；
史建武、李树文运用有限差分建立了大气地面
污染的二维数值模型，通过应用证实，该大气污染数值模
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。
Jia
应用
气象模型和
Medels-3
光化学模型，比较
两种不同的行星边界层机制-Blackadar
Gayno-Seaman
在
预测
O3
浓度上的异同，从而证明了不同的边界层参数化方
案的选择对源排放的控制政策有明显的影响；
Jonathan
等发
展了耦合的陆面干沉降模型，在中尺度气象模型中加入了
一个直接处理土壤湿度和土壤水分蒸发蒸腾损失总量及间
接的土壤湿度张弛机制的陆面模型；
Tanya
等将
Eta
和
CMAQ
耦合建立美国国家空气质量预报系统，主要用于
O3
浓度的预报，并预计将其发展为可用于
PM
预报的应用；
Daewon
等将静态适应格点技术应用于区域――城市尺度的
空气质量模型，其目的是有效的使用
的计算资源加
强其在地形区域的分辨率；
Edith
等分析了模型在不同水平
格点分辨率的情景下的预测能力，分别检验了
RAMS
的三
层嵌套和
的两层嵌套，以及
的四层嵌套和
的三层嵌套的情景；
Tolga
利用
CALMET/CALPUFF
模式模拟了
Izmir
的工业和城市热源排
放的
SO2，结果表明模拟值和观测值具有较高的相关性，
达到
68%；
Michael
等利用
RAMS/CALMET/CULPUFF
模
拟了
Christchurch
冬季的一次典型污染，结果表明，当以木
材和煤炭为燃料的动力装置排放的污染物达到最大值并排
放到稳定的边界层时，污染物的峰值浓度出现在夜间，模
式能够再现观测到的
PM10。
时间序列。
Pattanna
ISCST3
CULPUFF
模拟了
SalinasValley
中
MeBr
在大气
中的浓度，结果发现两个模式对峰值的模拟效果不太理想，
但能模拟出浓度的变化趋势；
Yu-Jin
等利用
CALMET/CULPUFF
并耦合了中尺度气象模式
MM5，用来
模拟沿美国和墨西哥边境
Yuma/San
区域植物燃烧释放的
PM10
对局地和区域空气质量的影响。
颜鹏、黄健采用
Lagrangian
传输、扩散、沉降模式
计算了
1994
年
9、10
月份（非采暖期）、1995
l
月和
2000
1
月（采暖期）北京地区
SO2
的变化规律，并分别
计算了北京市不同类型的排放以及周边地区污染源对平均
地面
浓度的贡献；
陈开平等首次将
ISCLT
模型应用在
烟台市空气污染综合控制规划中，结果表明，ISCLT
模型
完全适用于在气象参数的获得受到限制的情况下模拟大气
污染物的长期浓度分布；
郭显等用大气扩散模式和
1981
年
的历史气象观测资料，研究北京地区中尺度扩散的历史背
景状态，由示踪物从北京城区连续排放条件的模拟结果，
分析各季平均浓度的空间分布和示踪物在模式区域输送扩
散的时间尺度；
王伟平等运用高斯扩散模式和实测扩散参
数，计算了杭州市城北工业区几个高架点源排放的大气污
染物对西湖风景区的影响及时空分布；
韩明山等结合了城
市大气污染的具体情况，在理论分析的基础上，通过风洞
实验对特定条件下的城市大气污染模型进行了模拟试验研
究，建立了适合一定条件下城市大气污染物扩散的数学和
物理模型；
康娜等将气象模型高级区域预报系统（ARPS）
与空气污染模型
Model-3
耦合进行模拟计算，从检验结果可
以看出，模拟值与实测值有较好的一致性，表明该模式系
统可以用来研究区域大气污染物传输及相互影响；
邓伟等
对郑州市
NO2
观测值与
Medel-3/CMAQ
预报值进行
对比分析，结果表明:
模式可以模拟出郑州市
NO2
的同位相变化规律；
汪新采用
3
个湍流模型（标准
K-ε
湍
流模型、剪应力输送模型（SST）和
SSG
雷诺应力模型）
和污染物输送方程对孤立建筑物周围的烟流扩散现象进行
了数值模拟，并通过风洞试验数据对模拟结果进行了评估；
权建农等利用
模式模拟了中国西南和华南地区的硫
沉降，通过与
INIFACTS
小流域的观测资料的对比，显示
了该模式系统能够较好地模拟
在大气中的转化以及干
湿沉降过程；
李莉等选用空气质量模型
Model-3/CMAQ，
藕合中尺度气象模式
MM5，模拟了
2001
1、7
月份长江
三角洲区域冬夏典型天气条件下大气层二次污染物臭氧及
颗粒物的浓度分布及输送状况，研究结果表明，长三角地
区存在明显的污染物输送现象，大气污染己经从局地污染
转化为区域污染；
杨多兴等利用
模式系统模拟了
门头沟排放的大气颗粒物浓度的时空分布及向北京主城区
的输送过程，模拟结果显示，浓度分布表现出强烈的时空
非均匀性，模式对于
浓度分布和输送态势具有较强的
模拟能力；
为探讨城市群发展对局地气象环境和污染物输
送的影响，王淑兰等利用
模式系统进行数值模拟，
揭示了珠江三角洲内城市之间污染物相互输送的特点和规
律，分析了不同城市空气污染影响因素的差异，定量给出
了珠江三角洲城市间空气污染的相互影响和相互贡献。
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