[发明专利]城市大气混合层高度的预测方法

说明书

技术领域

本发明属于城市气象与城市环境空气污染监控与治理技术领域，涉及一种城市大气混合层高度的预测方法。

背景技术

近年来，城市热岛效应与空气污染引起了人们的高度关注，这一方面与城市活动产生的热源与污染源有关，另一方面与城市的气象条件密切相关。特别是位于城市地面与上空自由大气之间的大气边界层，决定着地球表面与周围大气之间的所有物质(污染物)与能量(热量)的交换，是造成城市热岛效应与空气污染的最关键气象条件与因素。

大气边界层最主要的结构特征是湍流，即边界层内部空气与其他物质(包括污染物)充分均匀混合，因此通常也称为大气混合层。混合层高度对于城市空气中污染物的扩散与稀释或污染物浓度具有直接的影响，因为它决定了稀释污染物的空气量多少(＝城市面积×混合层高度)。城市大气混合层高度越低，稀释污染物的空气量就越少，污染物浓度会越高；反之，大气混合层越高，污染物浓度就越低。因此，大气混合层高度为预测与评价城市空气污染提供重要依据。

大气混合层高度也是城市环境规划与空气质量管理的重要依据。作为一种气象参数，混合层高度不仅随时间不断发生变化，而且随空间地点发生变化。这样，我们能够根据城市大气混合层高度的时空变化特性选择污染企业的排放时间与确定污染企业分布地点，即选择混合层高度较高的时间段与区域向大气排放，这样既有利于污染物的快速扩散与稀释，又能够避免对城市空气造成严重污染。

尽管具有上述重要性，大气混合层高度(或大气边界层)是目前唯一未被充分认识与利用的气象参数，其根本原因是没有直接有效的测量工具与方法。目前基本上采用间接测量获得，即通过测试气象参数在近地面不同高度上的分布与变化来确定混合层高度，因为混合层内气象参数由于湍流作用基本上不发生变化，而在混合层外发生不连续显著变化。测试方法主要包括无线电探空与远程雷达探测两大类，前者主要通过现场释放无线电高空探测气球来获得，而后者主要利用声雷达或激光雷达远距离探测。前者对技术与设备要求简单，可靠性高，但需要现场测试而且操作费时费力，每天只能进行非常有限次(通常两至四次)测试，因此不能获得大气混合层高度的实时变化。后者虽然可以实时远程监测，但雷达设备非常昂贵，一般气象站无法满足要求，很难推广使用。

为克服上述间接测试的困难与不足，目前多采用理论型参数化模型进行估计与预测大气混合层高度及其变化特性，如我国GB/T13201国家标准推荐根据大气稳定度来确定混合层高度的计算方法。这些参数模型都是物理学或机理假设模型，尽管物理意义明确，但在实际应用中存在两方面问题：一方面，模型理论尚不成熟，模型多为经验表达而且计算过程复杂，准确性差；另一方面，理论模型需要一些非常规的高空探测参数(如地球表面阻力速度、云层云量等信息)，应用困难。

间接测试与理论模型的不足导致“大气混合层高度”概念虽然重要但一直悬而未解，使大气混合层高度应用价值未能得到充分利用与推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种城市大气混合层高度的预测方法，该城市大气混合层高度的预测方法能简单、快速、准确地预测城市大气混合层高度值。

本发明的技术解决方案如下：

一种城市大气混合层高度的预测方法，包括以下步骤：获取某一城市的当前气象数据，所述的气象数据为：空气温度T、大气压力P、太阳辐射值SR、空气湿度RH、风速WS、露点温度DT，

再根据MLH＝α₁T+α₂P+α₃SR+α₄RH+α₅WS+α₆DT计算出该城市的大气混合层高度的预测值；式中的MLH为大气混合层高度；

式中α₁～α₆为回归系数，回归系数由历史的气象数据和历史的大气混合层高度经统计学多元线性回归方法获得。

采用统计学多元线性回归方法对白天与夜晚分别进行线性回归，分别获得白天与夜晚的回归系数。

所述的白天为8:00-19:00时段，所述的夜晚为20:00-7:00时段。

空气温度T、大气压力P、太阳辐射值SR、风速WS、露点温度DT和大气混合层高度的单位分别为：℃、hPa(hPa指100Pa，即100帕斯卡)、W/m²、m/s、℃和m，空气湿度RH采用百分数值。

本发明的技术构思：