[发明专利]边界层气象参数改进型中尺度大气光化学污染模拟预测算法

权利要求书

1.一种边界层气象参数改进型中尺度大气光化学污染模拟预测算法，包括以下步骤：

步骤1：采用CALGRID化学模式，考虑大气化学反应、大气输送与扩散、沉降、底面积高架排放源的影响，并对化学物种原始浓度中物理量的平均量分解为脉动量，得到化学物种浓度变化方程如式(1)，

式中，C是化学物种平均浓度，V是三维风矢量的平均量，K是湍流扩散系数，E是污染源排放，是由于沉降引起的物种浓度变化，P_CHEM是化学产生率，L_CHEM是化学损失率；式(1)中二阶湍流扩散项▽·(K▽C)通过湍流扩散系数K理论闭合转化得到；式(1)中右侧多项式依次分别为平流项、垂直扩散项、源项、沉降项、化学变化项；

步骤2：由于平流项、垂直扩散项、源项、沉降项、化学变化项各过程的特征时间不一致，通过算子分裂时间积分对各过程进行积分，

Cⁿ⁺¹＝A_xA_yA_zA_cA_zA_yA_xCⁿ (2)

式中，A_x、A_y是水平输送扩散算子；A_z是垂直输送扩散、物质输入和物理损耗算子，A_c是化学反应算子；

步骤3：将气象模式MM5或气象模式WRF的水平差分跳点网格ArakawaB和C格点气象数据插值到式(1)中CALGRID化学模式的水平差分非跳点网格ArakawaA的格点上；

步骤4：将气象模式MM5或气象模式WRF的垂直σ地形跟随坐标系统的气象数据插值到式(1)中CALGRID化学模式的高度Z坐标系统；

步骤5：通过气象模式MM5或WRF输出下垫面类型，并从外部资料集中获取下垫面的包括地表粗糙度和叶面积指数LAI的特征参数，所述外部资料集包括：地表粗糙度、NASA/GSFC空间分辨率为1°的LAI资料；

步骤6：通过气象模式MM5或WRF的预报场，诊断获得式(1)中CALGRID化学模式所需的边界层气象参数，所述边界层气象参数包括：PGT稳定度分类、摩擦速度u_*、对流速率尺度w_*、莫宁－奥布霍夫长度L；其中，所述摩擦速度u_*、对流速率尺度w_*、莫宁－奥布霍夫长度L通过以下改进型公式计算：

上式中，u、v是气象模式输出的水平风速，ZH₂为模式第一层的高度，Z₀是粗糙度，FF是气象模式输出地转偏向力，T1是模式第一层的温度，TS是地表温度；

步骤7：输入步骤6得到的边界层气象参数，通过改进后CALGRID化学模式(1)计算并输出污染物的输送扩散数据。

2.根据权利要求1所述边界层气象参数改进型中尺度大气光化学污染模拟预测算法，其特征在于：步骤4中，对于水平风速u、v和温度t的插值通过以下方法求取：

首先，根据σ值(σ＝(p₀-p_t)/(p_s-p_t))，以及模式地面气压(p_s)、模式顶气压(p_t)计算变量(水平风速u、v、温度t和垂直风速w)在σ坐标系中所处的等压面；

然后，利用压高公式计算等压面对应的高度；

最后，利用线性插值，得到CALGRID坐标系统各个层次对应的数值。

3.根据权利要求1所述边界层气象参数改进型中尺度大气光化学污染模拟预测算法，其特征在于：步骤6中，首先通过通过气象模式MM5或WRF的预报场，得到风速、温度、气压、湿度和降水量参数值，进而获得PGT稳定度分类、摩擦速度u_*、对流速率尺度w_*、莫宁－奥布霍夫长度L。