西宁市大气环境风险模拟研究

利用中尺度气象模式模拟了特殊地形下的气象变化特征,通过CALPUFF模拟了大气环境风险事件的精细化扩散特征。结果表明：西宁市地面风特征与河谷地形走向基本一致,典型风场表现为湟水河谷盛行西北和东南风,北川河谷则多为偏北风。由于青藏高原昼间强烈的山坡辐射增热和致使低空出现逆温层频率高,强度大,不利于污染物在垂直方向的扩散,河谷剖面模拟温度场的结果显示等高度山坡附近比河谷中心的温度大约高1.5℃。CALPUFF烟团轨迹模式能较好地应用于西宁市大气环境风险事件的模拟研究,模拟结果能清楚描绘出污染物沿河谷输送与扩散的初始状况和细致分布,同时在复杂地形和气象条件影响下出现山体对烟团的阻碍效应、烟团因流场在山脊处出现形变以及山谷风环流影响等非定常扩散现象,扩散轨迹符合复杂地形和气象条件影响的特征和规律,模拟结果对准确预估大气环境风险事件在复杂地形和气象条件下城市中的扩散特征、影响范围和程度具有重要意义。     

一种粒子——烟团扩散模型的应用研究

本文运用随机游动模拟方法改进建立一种粒子—烟团模式，成功地模拟了对流边界层条件下污染物扩散，粒子—烟团模式的模拟结果与水槽试验的结果吻合较好。数值模拟试验结果表明粒子—烟团模式能在施放粒子数较少，从而运行时间很短的情况下，得到优于一般随机游动模式的模拟性能。用KNRC的资料对模式的模拟性能作一验证，表明模式也能很好地模拟实际大气中不同稳定度情况下的扩散。     

一种粒子——烟团扩散模型的应用研究

本文运用随机游动模拟方法改进建立一种粒子－－烟团模式，成功地模拟了对流边界层条件下污染物扩散，粒子－－烟团模式的模拟结果与水槽试验的结果吻合较好。数值模拟试验结果表明粒子－－烟团模式能在旋放粒子数较少，从而运行时间很短的情况下，得到优于一般随机游动模式的模拟性能。用ＫＮＲＣ的资料对模拟性能作一验证，表明模式也能很好地模拟实际大气中不同稳定度情况下的扩散。     

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。     

层状云播云线源非均匀、非定常输送扩散数值模拟

大多数层状云播云线源输送扩散模式常采用一些不合理的假设，使得输送扩散过程中起重要作用的一些物理过程被忽略。烟团轨迹模式能够处理源参数和气象要素的时空变化，适用于各种尺度和各类源的输送扩散模拟。因此，本文建立了一个模拟层状云播云线源输送扩散的三维时变烟团轨迹模式，并考虑了地形，垂直风切变作用，播云参数的时空变化和线源的湿清除效应。增雨作业实例我的数值模拟研究结果表明：模拟的播云线源输送扩散特征与输送扩散的基本理论和一般规律相吻合，并且再现了非垂直（与风向上）多条播云线源非均匀非定常的输送扩散特点。浓度等值线水平，垂直分布均不规则，比均匀定常点源更为复杂，整体不满足高斯浓度分布，表明在这种情况下均匀定常模式已不适用。另外，模式能够精确地模拟出播云线间的精细结构。     

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。     

三维大气扩散粒子分裂(ADPS)模式

本文描述了基于PIC方法的三维大气扩散粒子分裂(ADPS)模式,并用解析解和1988年的广州地区现场观测资料验证了本模式.模式根据局地均匀和定常假设引入大粒子概念、烟团扩散原理和大粒子分裂技术,并运用了嵌套网格.ADPS模式用于模拟气态污染物在大气中的散布,同时也具备模拟TSP扩散的效能.     

海岸线熏烟扩散模式

该文导出一个无需作常涡扩散系数或“面源”假设的海岸线熏烟扩散模式。根据二维理论和观测资料对热力内边界层（TIBL）高度公式进行了简化。分析和预测结果表明:在海岸线附近,应尽可能将高污染源设置在远离海岸或靠近海岸线处,避免设置在有效源高度与当地TIBL高度相等的地点附近。     

一种可变烟团轨迹模式的计算方案

本文简要阐述了烟团轨迹模式及其在区域空气污染物输送与扩散估算中的应用特点,介绍了目前流行的对各种大气过程模拟处理的途经。运用作者组建的一种模式,选取适当模式参数和气象资料,对一个450×450平方公里范围的区域空气污染物的输送和扩散作了模式计算,算例表明了模式运用的可取性。为进一步了解此类模式性能,作了模式及其参数的灵敏度检验,结果表明:空气污染物的沉积速率、化学转化率、输送风场等对浓度估算结果影响显著,而热力混合层等因子的影响则不甚灵敏。     

区域气候模式对贵州省特重凝冻年温湿特征的模拟分析

本文利用区域气候模式Reg CM4对贵州省2008年初（1月13日~2月14日）的凝冻过程的温湿特征进行了模拟,将模拟结果与NCEP/NCAR再分析资料的对比,发现模式对凝冻过程期间冷空气路径、逆温层和低层流场具有一定的模拟能力,特别是对逆温层垂直结构的模拟较为准确。结果表明,Reg CM模式对贵州区域平均气温的水平和垂直结构分布型都能得到与实况较为一致的模拟结果,水平分布上能刻画出平均气温＂北负南正＂分布,特别是对贵州西北部区域冷空气路径、中心强度、位置和范围都较为准确地模拟出来。垂直结构上能刻画出凝冻过程初期逆温层的形成、维持和消失及后期强冷空气渗透扩散的天气特征,特别是时间结点模拟较为准确。Reg CM模式对贵州区域低空流场的模拟结果与实况较为一致的刻画出了凝冻过程期间来自高纬地区的强冷空气主要从东北路径入侵贵州地区与热带洋面向北输送的暖湿空气在贵州西部汇合这一天气特征,但对贵州西部的南北向温度锋区模拟位置偏东偏北,与实况存在一定的差异,这与西南风模拟值偏大有关。     

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。     

贵阳市严重大气污染的数值模拟

使用三维地形跟踪坐标系上的动力学流场模式和平流扩散方程浓度场模式、模拟了造成贵阳市冬季严重二氧化硫污染的局地环流特征以及相庆的ＳＯ２浓度分布，结果表明冬季稳定冷高压系统控制下的晴朗小风天气是造贵阳市严重大气污染的主要天气条件，其基本特点是地面小风，边界层下部较强的逆温层和城市盆地周围山坡的夜间冷泄流。     

复杂地形城市冬季边界层气溶胶扩散和分布模拟

着眼于城市冬季气溶胶扩散特征问题,针对地形复杂的兰州市及周边地区,开发了WRF模式,使之与包含了大气气溶胶辐射效应和气溶胶粒子扩散的综合大气边界层数值模式嵌套,以模拟城市冬季边界层气溶胶的扩散和分布规律。通过一个个例的模拟结果分析,揭示了兰州冬季气溶胶的扩散分布的如下特征;市区盆地内100 m以下存在东、西两个浓度高值中心,中心值为0.6~3.0 mg.m-3,往上浓度递减,1000 m高度处仅为0.02 mg.m-3。受排放源强、源高、气象场等因素的共同影响,白天盆地内气溶胶浓度随高度和时间的变化强烈,白天浓度随时间最大变化幅度为1.0 mg.m-3。气溶胶输送扩散高度可达到600~800 m,此高度以上浓度值很小。代表性测点上模拟的气溶胶浓度廓线表明,中午浓度达到最高,垂直扩散最强。这些结果与以往的烟雾层高度观测和气溶胶光学厚度观测结果吻合。夜间,盆地内气溶胶浓度随高度和时间的变化减弱,气溶胶输送扩散高度在400~500m,夜间浓度随时间变化平均幅度为0.05 mg.m-3。     

区域对流层光化学过程研究

将 MM5和 RADM耦合 ,建立了一个区域大气光化学模式。用此模式来研究区域大气光化学过程。分析了大气光化学过程中前体物、自由基以及主要产物的时空分布及其随时间的变化情况。得到了大气光化学过程各主要成分的分布及其演变特征。在此基础上 ,分析了水平平流、垂直扩散及沉降以及化学转化等物理、化学过程在大气光化学过程中的相对重要性 ,结果表明 ,水平平流和垂直扩散及沉降等物理过程对大气光化学过程中各种成分的浓度分布及其随时间的变化有重要的作用。     

深凹地形边界层风场与湍流场结构及扩散规律的数值研究

建立了一个模拟小尺度复杂地形边界层平均流场和湍流场结构分布特征的三维非静力细网格高阶矩湍流闭合模式,并将此模式与一个拉格朗日粒子随机游动大气扩散数值模式相联结,以边界层气象模式的输出作为扩散模式的输入,构成了一个大气扩和模拟系统,成功地模拟了某地实际深凹露天矿区和理想凹坑地形两种情况下的平均流场、雷诺应力和湍流通量场,分析了其分布特征,并模拟了矿坑内污染物的散布规律     

深圳一次冷锋前高压脊影响下重度霾污染过程的数值模拟

利用WRF-Chem模式,模拟了2014年1月3—4日深圳市发生的一次冷锋前大陆高压脊影响下的重度霾污染天气过程的发生、发展及消散各阶段的温度场、风场、大气边界层以及污染物的三维结构特征,分析了PM_(2.5)时空变化特征及与气象环境场的关系,结果表明:(1)模式对该次重霾污染天气过程PM_(2.5)模拟值与实测值的相关性较好,能够较好地再现该次霾过程的污染物质量浓度场特征,但PM_(2.5)质量浓度整体略偏大;(2)PM_(2.5)质量浓度模拟结果表明,高质量浓度位于深圳中西部地区,中西部污染较东部严重,PM_(2.5)污染时段主要出现在20:00—02:00,与霾严重时段相吻合;(3)通过分析此次污染过程温度场、风场、大气边界层以及污染物的三维结构,首要污染物PM_(2.5)质量浓度的分布与大陆高压脊影响下造成的持续大范围弱北风、强下沉气流、较低的大气边界层以及逆温层有密切关系。持续弱北风和强下沉气流不利于污染物的水平和垂直扩散,较低大气边界层促进污染物在边界层内快速积累;逆温层的存在进一步抑制了大气垂直扩散能力,使得霾天气加剧。     

一种考虑风切变的区域多源实用烟团轨迹模式

本文建立并论述了一种区域多源实用烟团轨迹模式。模式在作者先前工作的基础上,加进了对两个重要方面问题的处理,即:(1)运用质量连续风场调整的客观分析方法,得出三维风场并供作轨迹计算和扩散计算联接输入;(2)考虑风存在垂直切变的处理方案,使得模型更接近实际。对52×56km~2模拟域,含50个高架点源,非定常气象条件下的空气污染物输送与扩散作了计算,模式输出逐时网格风场和地面SO_2浓度分布以及日平均SO_2地面浓度分布与实测结果合理地一致。模式效能表明能够适应区域空气污染管理的需要。     

复杂地形城市冬季大气污染的数值模拟研究

采用中尺度大气动力模式与大气扩散模式相结合的方法，针对复杂地形条件下兰州市冬季无明显冷空气入侵天气过程时段（1994年12月2－3日）的大气污染状况，进行污染物（二氧化硫和烟尘）浓度分布的数值模拟研究，分析了模拟的风场的气温层结随时间的变化以及污染物浓度的分布及其变化，进一步分析了模拟的风场和气温层结与污染物浓度分布的关系。结果表明，该模式系统对兰州市大气边界层结构及污染物浓度的分布有较好的模拟能力，并证明了该模式系统可适用于兰州市大气质量预测预报研究。     

北京一次突发性降雪的云场结构特征分析

本文对利用三重嵌套的高分辨率中尺度模式对北京一次突发性降雪过程进行了数值模拟。重点分析伴随降雪过程的云各微物理含量构成和云场三维图像的演变特征,初步分析表明：此次降雪过程中云中的主要成份是冰晶粒子,雪其它粒子的含量较少,冰晶粒子含量随时间呈由高空向低空增加的趋势,它在降雪过程中起重要作用;云的三维结构图也清楚地反映云顶有不断降低和向下伸展过程,这与冰晶粒子的增长和沉降有关。     

一个预测沿岸陆上熏烟扩散的随机游动模式

本文建立了一个对流边界层中的随机游动扩散模式,并用KNRC试验No.64的资料作了验证.然后考虑混合层顶不规则夹卷界面的作用,应用于楠蒂科克沿岸陆上熏烟扩散问题,将模拟的地面轴线浓度与观测资料以及三个熏烟扩散预测模式的结果作了比较.结果表明:模式的模拟效能良好.所有数值计算均可在微机上实现,便于推广应用,更具实用性.