复杂气流系统中的空气污染物输送与扩散的烟团轨迹模式研究Ⅱ:参数化及实例模拟

建立了一个三维时变、考虑风切变的烟团轨迹模式,模拟复杂气流系统中污染物散布的特征,对污染物散布的日变化进行了实例模拟。结果表明：模式能较好地反映了气象场日变化对污染物扩散的影响,揭示地面浓度分布规律,模拟结果与一些观测事实合理地一致。     

北京大兴国际机场不利气象条件下飞机尾气排放对大气环境影响的模拟研究北大核心CSCD

北京大兴国际机场作为吞吐量巨大的超大型国际枢纽,其运营过程中飞机尾气排放量大,对机场周边地区大气环境的影响不容忽视。为研究不利气象条件下飞机尾气排放对大气环境的影响,根据北京市环境空气数据筛选出2020年度不利气象条件时段,基于北京大兴国际机场2025年规划相关基础数据,采用排放与扩散模型系统(EDMS)建立飞机尾气排放源清单,开展不利气象条件下大气污染扩散模拟预测分析。气象分析结果表明不利气象条件时段存在小静风、高湿、厚度薄而强度大的接地逆温等特征,该时段北京地区经历以PM_(2.5)为首要污染物的重污染过程,并伴随着低能见度天气。模式预测结果显示在不利气象条件下摩擦速度和混合层高度等参数均处于较小的水平,大气污染扩散条件较差,飞机尾气对周边环境产生较大程度的影响,且污染物落地浓度存在昼间较低、夜间较高的时间分布规律。分析不利气象条件下的污染气象特征和飞机尾气污染物落地浓度分布特征对开展机场大气污染控制措施研究工作具有一定的参考价值。     

CALPUFF在沈阳地区大气污染模拟研究中的应用

利用CALPUFF模拟了2006年1月5日沈阳地区大气污染物扩散。结果表明,CALPUFF能够直观、真实地模拟大气环境中污染物浓度的分布。污染物扩散的范围与风速相关,风速大时污染物扩散的范围大,风速小时污染物扩散的范围小。当污染物扩散的范围大时污染源附近的污染物浓度值小,污染物扩散范围小时污染源附近的污染物浓度大。其中,日平均浓度的分布受平均风场和地形的双重影响,实时浓度的分布主要受风场的影响。     

CALPUFF在沈阳地区大气污染模拟中的应用

利用CALPUFF模拟了2006年1月5日沈阳地区大气污染物扩散。结果表明,CALPUFF能够直观、真实地模拟大气环境中污染物浓度的分布。污染物扩散的范围与风速相关,风速大时污染物扩散的范围大,风速小时污染物扩散的范围小。当污染物扩散的范围大时污染源附近的污染物浓度值小,污染物扩散范围小时污染源附近的污染物浓度大。其中,日平均浓度的分布受平均风场和地形的双重影响,实时浓度的分布主要受风场的影响。     

复杂气流系统中的空气污染物输送与扩散的烟团轨迹模式研究──Ⅰ:烟团轨迹模式介绍

建立了一个三维时变、考虑风切变的烟四轨迹模式,用以模拟复杂气流系统中污染物散布的特征.模式具有以下几个特点：（1）常规资料作为模式输入,对边界层参量进行参数化.（2）重新考虑了混合层反射。（3）利用新的扩散参数计算方案.（4）修正了烟团分裂方案。模式能够处理湍流和风切变引起污染物扩散、非均匀风场对污染物的输送、干湿沉积、线性化学反应、混合层高度和稳定度的周日变化、地形地物等对污染物散布的影响。     

凉山州工业排放PM_（10）的数值模拟研究

利用CALPUFF耦合MM5的大气扩散模型,对四川省凉山彝族自治州2007年工业排放PM10的扩散传输进行数值模拟,分析了污染物的浓度时空分布以及影响污染物浓度分布的主要因素。结果表明：CALPUFF耦合MM5模型对凉山州2007年工业排放PM10的浓度模拟有着较好的适用性;污染物主要沿着安宁河和黑水河分布,浓度分布特征随时间变化,其中冬季污染较为严重;各市（县）的PM10浓度值有空间差异,西昌和甘洛污染最为严重,季平均浓度分别为67.81μg/m3和57.23μg/m3;凉山州PM10的浓度分布受气象条件、地形和污染源的地理位置的综合影响。     

凉山州工业排放PM10的数值模拟研究

利用CALPUFF耦合MM5的大气扩散模型,对四川省凉山彝族自治州2007年工业排放PM10的扩散传输进行数值模拟,分析了污染物的浓度时空分布以及影响污染物浓度分布的主要因素.结果表明:CALPUFF耦合MM5模型对凉山州2007年工业排放PM10的浓度模拟有着较好的适用性;污染物主要沿着安宁河和黑水河分布,浓度分布特征随时间变化,其中冬季污染较为严重;各市(县)的PM10浓度值有空间差异,西昌和甘洛污染最为严重,季平均浓度分别为67.81μg/m3和57.23μg/m3;凉山州PM10的浓度分布受气象条件、地形和污染源的地理位置的综合影响.     

区域复杂地形大气污染扩散的模拟研究

围绕复杂地形区域尺度大气污染物的扩散问题,以贵州西部山区"西电东送"大型火电厂六枝电厂所在区域为例,采用局部嵌套的高分辨率复杂地形大气扩散模式系统,模拟了该区域大气边界层气象场和污染物散布的浓度场,给出二级空气质量标准下各级保证率的小时平均和日均浓度分布,进而得出其年均浓度分布,分析其时空分布及变化特征,研究了山区复杂地形上大气污染物的扩散特性和散布规律。     

层状云中非垂直多条撒播线源催化剂扩散的数值模拟

首先建立了一个模拟层状云中催化剂扩散的三维时变烟团轨迹模式。该模式能够模拟层状云中多条（与风向）非垂直撒播线源的催化剂扩散特征。在模式中,详细考虑了地形、垂直风切变对催化剂扩散的影响以及催化剂播散参数的时空变化和催化剂的湿清除效应以更接近于实际过程。其次建立了一个细网格三维非静力中－β尺度动力学预报模式,用于模拟大气流场和湍流场,以其作为烟团轨迹模式的背景场。最后根据１９９６年３月３１日０８时实测常规气象资料和１４时飞机实际播撒参数,对陕西省关中地区飞机人工增雨作业中的催化剂扩散进行了数值模拟,对不同的大气层结和扩散参数做了敏感性试验分析。模拟结果表明：（１）在非均匀、非定常及非垂直直线源情况下,层状云中催化剂扩散的浓度等值线空间分布较复杂,不满足高斯分布。（２）催化剂的扩散与湍流扩散系数、风场分布相对应,水平扩散范围大于垂直扩散范围。（３）不稳定层结有利于催化剂扩散和多条线源的合并,扩散系数越大,扩散范围越大,线源间合并越早,撒播的线源间距可以大些。（４）陡峭地形对低层风场和湍流场影响较大。     

复杂地形条件下三维多源浓度场模拟

目前，国内外使用的大气扩散模式很多，主要的是高斯模式及对它的各种订正形式。高斯模式的前提条件是污染物浓度符合正态分布，是适用于开阔平坦地形上的中小尺度模式：由于高新模式的局限性，对于复杂地形和复杂流场情况下的天气扩散问题，更多地采用烟团模式或K模式，     

长白山高压对辽宁中部城市群大气污染影响的数值模拟

利用新一代空气质量模式系统Models-3,通过改变模式中长白山山脉区域地形高度,对比分析长白山高压以及辽宁中部城市群5城市气象环境要素的变化情况。结果表明,改变地形后,原来较强的长白山高压有了明显的减弱,城市群5城市的水平气流辐合场消失,风速增大,逆温强度也减弱,有利于污染物的传输扩散;模拟结果也表明污染物浓度有明显的降低,试验较好地揭示了长白山高压对辽宁中部城市群大气污染的影响机制。     

采用次网格地形方案对白鹤滩水电站坝区一次大风天气的数值模拟

基于中尺度气象模式,采用次网格地形方案模拟了2019年3月19~20日四川、云南交界处白鹤滩水电站的一次大风过程,对10 m风速、风向和2 m温度空间分布及日变化的模拟结果进行检验评估,并结合地形分析了坝区易产生大风的原因。结果表明:此次西南大风天气是由高低空一致的西南气流配合地面“东高西低”的环流形势共同造成的。午后热低压发展强盛,地面风速增大,坝区出现8级大风。采用次网格地形方案后,风速的平均绝对误差和均方根误差最高可分别减小17%和14%,同时该方案有效地缓解了模式对白天风速的低估和夜间风速的高估,在大风和小风时段均对风速有较好的模拟能力,从而能更好地刻画风速的日变化特征。综合来看,次网格地形方案能显著改善风场的模拟效果,其中Jiménez方案更适用于坝区大风的模拟,但次网格地形方案对温度模拟没有改善作用。白鹤滩水电站的大风受局地地形影响极大,南北向狭长河谷地形产生的狭管效应使气流增速显著,坝区主体高度区河谷风的放大系数超过3.0,使得白鹤滩水电站极易出现灾害性大风天气。      

A Study of the Relationship between Air Pollutants and Inversion in the ABL over the City of Lanzhou

By analyzing the pollutant concentrations over the urban area and over the rural area of the city of Lanzhou, Gansu Province, China, the relationships between the daytime inversion intensity and the pollutant concentration in the atmospheric boundary layer (ABL) are studied with the consideration of wind speed and direction, potential temperature, specific humidity profiles, pollutant concentration in the ABL, the surface temperature, and global radiation on the ground. It was shown that the daytime inversion is a key factor in controlling air pollution concentration. A clear and positive feedback process between the daytime inversion intensity and the air pollutants over the city was found through the analysis of influences of climatic and environmental factors. The mechanisms by which the terrain and air pollutants affect the formation of the daytime inversion are discussed. The solar radiation as the essential energy source to maintain the inversion is analyzed, as are various out-forcing factors affecting the inversion and air pollutants. At last, a physical frame of relationships of air pollution with daytime inversion and the local and out-forcing factors over Lanzhou is built.     

CALPUFF模型在合肥地区SO2大气环境容量测算中的应用

在对合肥地区污染源调查的基础上,利用CALPUFF模型模拟了合肥地区大气污染物SO₂质量浓度场,通过与现场监测结果对比分析了模型的适用性,并根据模拟结果研究了不同排放源对合肥地区大气污染的贡献情况,建立了大气污染物传递矩阵;通过综合考虑城市区域的大气扩散能力、污染源贡献和大气环境质量目标等,采用线性规划模型测算了合肥市的大气环境容量.     

2007年冬季沈阳典型大气污染源PM10排放模拟

选取沈阳市区9个典型的大气污染源冬季的PM10。排放浓度资料,利用MM5耦合CALPUFF对2007年12月至2008年2月沈阳城市区域气象场和排放PM10。浓度分布进行月平均数值模拟。结果表明：冬季沈阳地区受高压控制,北风较强,并经过增强、减弱的过程,多呈现对大气污染物扩散不利的天气形势。高空为偏西风且风速较大时,地面和高空有明显的风向和风速的切变,切变有增强和减弱的变化。2007年冬季沈阳市区域月平均大气污染最严重的是2月,污染物分布主要集中在南部、东南部地区,南部地区大气污染最为严重。PM10。浓度分布的范围与风场、地形有直接的关系。地势平坦、风速大时,污染物扩散范围大,污染物浓度小;地势不平、风速小时,污染物扩散范围小,污染物浓度大。     

辽宁中部城市灰霾天气数值模拟

应用NCEP/NCAR再分析资料和MM5模拟分析了2010年冬季辽宁中部城市最严重灰霾天气时天气系统特征。应用CALPUFF模拟灰霾天气和2010年冬季沈阳、辽阳、本溪日平均PM₁₀浓度分布。结果表明：500 hPa位势高度场,辽宁处于弱暖脊的位置。850 hPa位势高度场辽宁受辐散、下沉气流的影响。地面风场上地面风向不一致,多受辐散气流影响。在垂直剖面风场,地面上方有明显的位涡高值上升区,高度较低。在地面至高空的温度廓线低空有明显的逆温、逆温层顶的高度较低。2010年12月19-21日沈阳、辽阳、本溪PM₁₀浓度分布向偏东、西北、东南方向发散,主要受地面风向影响。整个冬季平均PM₁₀浓度分布向偏南方向发散。     

Turbulence intensity and turbulent kinetic energy parameters over a heterogeneous terrain of Loess Plateau

A deep understanding of turbulence structure is important for investigating the characteristics of the atmospheric boundary layer, especially over heterogeneous terrain. In the present study, turbulence intensity and turbulent kinetic energy (TKE) parameters are analyzed for different conditions with respect to stability, wind direction and wind speed over a valley region of the Loess Plateau of China during December 2003 and January 2004. The purpose of the study is to examine whether the observed turbulence intensity and TKE parameters satisfy Monin-Obukhov similarity theory (MOST), and analyze the wind shear effect on, and thermal buoyancy function of, the TKE, despite the terrain heterogeneity. The results demonstrate that the normalized intensity of turbulence follows MOST for all stability in the horizontal and vertical directions, as well as the normalized TKE in the horizontal direction. The shear effect of the wind speed in the Loess Plateau region is strong in winter and could enhance turbulence for all stability conditions. During daytime, the buoyancy and shear effect together constitute the generation of TKE under unstable conditions. At night, the contribution of buoyancy to TKE is relatively small, and mechanical shearing is the main production form of turbulence.     

Numerical Simulation of the Life Cycle of a Persistent Wintertime Inversion over Salt Lake City

An episode of persistent wintertime inversion over Salt Lake City, Utah and its vicinity from 1200 UTC 30 November to 0000 UTC 7 December 2010 is simulated using an advanced research version of the Weather Research and Forecasting model. The numerical simulations agree well with observed soundings in temperature, wind speed, and wind direction in the atmospheric boundary layer and above, although there are some differences near the surface due to the influence of complex terrain in the area. The characteristics of large-scale environmental conditions and their interactions with local-scale processes are analyzed to understand the factors that influence the onset and evolution of persistent inversions. It is found that the inversion formed mainly because of the interaction between the heating effect from a high-pressure ridge in the mid-troposphere and a near-surface cold pool due to the effects of radiation. During the following six to seven days, the high-pressure ridge was maintained and vertical motion very weak, allowing a persistent inversion to become established. Finally, the cold effect from a low-pressure trough in the mid-troposphere, combined with mixing due to vertical motion, led to extreme weakening of the persistent inversion.