[发明专利]一种基于模式初始场同化的二氧化硫排放源优化方法

权利要求书

1.一种基于模式初始场同化的二氧化硫排放源优化方法，其特征在于包括步骤：

步骤1：收集研究区域内的观测数据，这些观测数据包括：污染物观测数据、气象观测数据、气象再分析资料和先验排放源数据；

步骤2：利用大气化学模式和3Dvar同化方法对污染物观测数据进行逐小时循环同化，得到最优的二氧化硫浓度分布场，以及二氧化硫浓度的预报误差；

步骤3：利用气象观测资料剔除不符合气象条件的二氧化硫浓度预报的误差数据样本；

步骤4：对研究区域内每个网格的任意时刻的二氧化硫硫浓的预报误差样本求中值；

步骤5：根据大气化学模式中二氧化硫排放源和二氧化硫浓度之间的响应关系得到预报误差δx¹与排放源误差δE⁰的关系：

式中，V_m＝22.4×10^-3m^-3为气体摩尔体积；ρ为实际空气密度，单位为kg m^-3；ρ_air＝1.29kg m^-3为标准状态下的空气密度，即气体摩尔体积；ΔS为单位面积；Δz为模式层高度，Δt＝1hr为时间；

将二氧化硫浓度的预报误差转化为二氧化硫的排放源误差：

最后将二氧化硫的排放源误差叠加到先验排放源上，得到优化的二氧化硫排放源。

2.根据权利要求1所述的一种基于模式初始场同化的二氧化硫排放源优化方法，其特征在于步骤3中，所述气象条件是指微风无降水条件。

3.根据权利要求1所述的一种基于模式初始场同化的二氧化硫排放源优化方法，其特征在于所述步骤2包括：

2.1)利用区域大气化学模式进行模拟，得到初始时刻二氧化硫的浓度分布；

2.2)使用3Dvar同化系统，利用二氧化硫地面观测资料对步骤2.1)得到的二氧化硫浓度初始场x⁰进行同化，得到最优的二氧化硫浓度分析场x^0a和二氧化硫浓度增量场δx⁰＝x^0a-x⁰，即二氧化硫的预报误差；

2.3)利用步骤2.2)中得到的二氧化硫浓度分析场x^0a和先验排放源进行1小时预报，得到1小时后的二氧化硫浓度预报场x¹；

类似于步骤2.2)利用二氧化硫地面观测资料对二氧化硫浓度预报场x¹进行同化，得到二氧化硫浓度分析场x^1a和二氧化硫浓度预报误差，其中δx¹＝x^1a-x¹，δx¹同时记为该时刻二氧化硫浓度的预报误差；

2.4)重复步骤2.3)中逐小时预报、同化、再预报的过程。

4.根据权利要求1所述的一种基于模式初始场同化的二氧化硫排放源优化方法，其特征在于所述步骤3中，使用气象观测和模式模拟的风速和降雨资料及模式本身模拟的气象资料对模拟时间段内的逐小时二氧化硫预报误差即δx¹进行筛选，剔除大风和降水区域的二氧化硫预报误差数据。

5.根据权利要求1所述的一种基于模式初始场同化的二氧化硫排放源优化方法，其特征在于所述步骤4中，对研究区域内每个网格任意时刻的二氧化硫浓度的预报误差样本求中值：

式中，i，j分别为模式内东西、南北网格数，t代表每天的整点时刻，取值范围为1～24，n为模拟的天数，即为样本数量；

步骤5中，将公式(3)带入公式(2)，得到二氧化硫排放源误差：

式中，V_m＝22.4×10^-3m^-3为气体摩尔体积；

ρ_(i，j.t)为每个网格时刻t的实际空气密度，单位为kg m^-3；

ρ_air＝1.29kg m^-3为标准状态下的空气密度，即气体摩尔体积；

δz_(i，j)为每个网格的模式层高度，δt＝1hr为时间；

最后将二氧化硫排放源误差叠加到先验排放源上，得到最优的二氧化硫排放源。