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calpuff模型学习笔记.docx

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1、 calfull 模型为非定常(静风、复杂地形)三维(垂直坐标采用 地形追随坐标,水平结构为等间距的网格,空间分辨率为一至 几百公里,垂直不等距分为 30 多层)拉格朗日烟团输送模式, 主要包括污染物之排放、平流输送、扩散,干沉降以及湿沉降 等物理与化学过程。calfull 模型分为三个模块,CALMET(利用质 量守恒原理对风场进行诊断,包括逐时风场、混合层高度、大 气稳定度(PGT 分类)、各种微气象参数等)、CALPUFF(模拟污 染物传输行为的集成模式进行空气质量模拟,CALPUFF 模拟系 统的输出主要包括网格和各指定点的污染物浓度)、CALPOST (计算结果后处理软件,对 CALPUFF 计算的浓度进行时间分配 处理,并计算出干(湿)沉降通量、能见度等)。 2、 calmet 模拟污染物从污染源排放后的扩散过程,扩散参数由微 气象参数计算得到;calpuff 模拟系统输出主要包括网格和各指 定点的污染物浓度;calpost 式后处理模块,该模块能够将 CALPUFF 生成的污染物浓度场文件依用户的不同目的进行相应 处理,如生成网格化或者指定点逐时浓度、日均浓度、月均及 年均浓度等文件. 3、 calpuff 与 aermod 的区别,calpuff 模型可以处理长距离污染物 运输(50km 以上的区域),能模拟中等尺度范围;而 aermod 模型模拟 50km 以内的区域。 4、 CALMET 是气象模型,用于在三维网格模型区域上生成小时风 场和温度场。CALPUFF 是非稳态三维拉格朗日烟团输送模型,
它利用 CALMET 生成的风场和温度场文件,输送污染源排放的 污染物烟团,模拟扩散和转化过程。CALPOST 通过处理 CALPUFF 输出的文件,生成所需浓度文件用于后处理。 5、 Calpuff 模型对数据要求很高,calmet 需要的数据至少包括每日 逐时地面气象数据和一日俩次的探空数据,目前中国国内气象 站提供的地面气象数据一般为一日四次气象数据。当某些气象 数据缺失时,CALMET 会通过插值等技术来估算风场、温度场、 湍流场等等,这样子降低了模型气象场的精确度,最终会降低 模拟结果的精确度。 6、 此外,CALPUFF 模式系统对某些计算要求有限制,比如污染源 数量,点源、面源、体源的最大个数不能超过 200 个,线源不 能超过 24 个,用户只能通过修改 CALPUFF 源代码来达到自己 的计算要求。 主要模拟流程: CALPUFF模型系统主要包括三部分:CALMET(CalifeImia Meteorological Model)、CALPUFF和CALPOST。CALMET是气象预处理模型,用于在三 维网格模型区域上生成小时风场和温度场。CALPUFF是烟团输送模型, 它利用CALMET生成的风场和温度场文件,输送污染源排放的污染物 烟团,模拟扩散和转化过程。CALPOST通过处理CALPUFF输出的文件, 生成浓度文件用于后处理。虽然CALPUFF系统可以输出任意时刻的气 象文件和浓度文件,但CALPUFF系统无法将输出数据与地形数据(如 Dem格式、Grd格式文件)结合起来,更无法对自身输出数据结果进行
动态演示。 Suffer软件是美国Golden Software软件公司研制开发的基于 Windows操作系统环境下三维绘图软件,具有强大的绘图和计算分析 功能。Surfer能结合地形数据、CALPUFF浓度场数据和CALMET气象数 据生成风场图、浓度场图等,但是无法实现随时间变化的动态演示。 如果利用Surfer手动人工输出一天24个小时的风场和浓度场,只能一 张张生成图像,需要大量的重复工作,繁琐且效率低。 Visual Basic(以下简称VB)是由微软公司开发的包含协助开发环境 的事件驱动编程语言,它具有开发效率高、功能强大等特点。Surfer 支持自动化(Automation)技术,Auroration是指一个应用程序通过某个 对象去“操纵”另一个应用程序的机制,它支持VB编程语占的开发, 从而实现VB和Suffer之间的嵌入式编程方法。Suffer自动绘图过程在VB 调用的后台过程中完成,用户无需了解它的后台运行过程。因此在 Surfer中进行的大量手动人工操作,可以用VB程序中的一段代码来代 替,从而实现了Suffer自动绘图功能,虽终达到CALPUFF系统输出数据 的可视化。 要实现CALPUFF系统输入数据动态可视化,首先要有评价区域内的典 型开逐时的浓度文件以及相应的风场文件,其次要有区域的地形数据 文件。本文通过VB与Suffa进行嵌入式编程,自动批量生成逐时的浓度 场和风场图片,最终通过JavaScfipt编程实现逐时变化的动态效果,以 网页的形式发布演示。
CALMET 气象预处理模块: 其核心部分包括诊断风场以及微气 象场模式,气象数据包括探空数据、降水数据和地面数据。地面气象 数据采用辽宁省 35 个地面观测站2004 年全年的逐时气象数据,其 中包括风向、风速、温度、湿度、气压、云量(低云和总云)、降水 等;运行CALMET 模块,可以获得上述研究区域的时变10 层模拟气 象场,用以分析高空以及地面的气象场对污染物的传输和扩散的影响。 CALMET 模块所必需的地理资料包括土地类型,海拔高度,地表参数 (表面粗糙度,距离,反照率,波文比率,土壤热传导系数和植被区 域分类)和人为热传导系数。土地类型和海拔有关的数据需要按网格 输入,地表参数和人为热传导系数可以按网格输入,也可根据各网格 点土地类型数据通过查表得到,模式已经提供了与土地信息相关的这 些参数的缺省值。
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