[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

摘要

本发明公开了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，在CALGIRD化学模式的基础上增加了气象模式接口模块，将MM5、WRF水平Arakawa B和C格点气象数据插值到CALGRID的Arakawa A格点，并将对应垂直σ地形跟随坐标系统的气象数据插值到CALGRID的Z地形跟随坐标系统，根据气象模式输出的下垫面类型从外部资料集中获取下垫面的特征参数，并通过改进算法优化获得CALGRID模式所需的边界层气象参数，如PGT稳定度分类、摩擦速度、对流速率尺度、莫宁－奥布霍夫长度等。本发明成功的将CALGRID模式与MM5、WRF、TAPM的输出气象场相连接。

主权项

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。