[发明专利]气体污染源扩散模拟预测算法

说明书

本发明涉及一种气体污染源扩散模拟预测算法，属于环境预测领域；该算法针对高污染性场所进行定向设计，包括以下步骤：（1）利用MM5模拟中尺度高空资料、地面气象资料以及大气流边界层参数作为原始数据；（2）利用AERMOD模型进行污染浓度值以及扩散面积的预测，并在AERMOD模型的基础上建立GIS耦合模型，该GIS耦合模型面向不同的应用场景提供了四个细节层次的数据服务，分别为体块模型、基础模型、标准模型和精细模型。本发明的优点是：对AERMOD模型进行改进并集成了大气流边界参数和MM5高空资料，提升了污染预测精度，并将输出结果与GIS耦合建模，提升了预测灵敏性。

技术领域

本发明涉及一种气体污染源扩散模拟预测算法，属于环境预测领域。

背景技术

化工园区内产业分布复杂，部分工业企业排放的大气污染物和储存的有毒有害的危险品存在着潜在危险性，一旦发生大气污染事故，将严重影响园区及周边居民的安全。因此，研究不同危险品泄露情况下污染物浓度分布与变化特征，对化工园区突发性大气污染事故风险的评估、企业实际管理政策的制定、化工园区和周边大气环境的安全防护及事故的风险应急都能提供重要的支持作用。

国外监测预报系统应用 AERMOD 的已有成效，得到了较精确的预测结果。其应用领域不仅局限在炼油厂、钢铁厂、核电站和交通枢纽带等传统污染源，还应用在火山等自然源的预测当中。该模型不仅对大气气态污染物和颗粒态污染物浓度范围进行预测，同时对Pb、Hg 等重金属浓度进行预测，其预测对象较为广泛。但也存在缺陷，主要表现在以下几个方面∶

（1）气象收集系统进展不健全或所得气象数据不精确，会使预测结果偏差增大。由于气象资料收集不完善，该模型不能精确的表示稳定边界层的湍流特征，在大气预测过程中由于湍流不稳定的特性，导致模型预测偏差。

（2）AERMOD 在空间集中和综合预测分析相对薄弱，可用 GIS软件对AERMOD预测结果进行叠置分析，增加模型预测灵敏性。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种气体污染源扩散模拟预测算法，本发明的技术方案是：

一种气体污染源扩散模拟预测算法，该算法针对高污染性场所进行定向设计，包括以下步骤：

（1）利用MM5模拟中尺度高空资料、地面气象资料以及大气流边界层参数作为原始数据；

（2）利用AERMOD模型进行污染浓度值以及扩散面积的预测，并在AERMOD模型的基础上建立GIS耦合模型，该GIS耦合模型面向不同的应用场景提供了四个细节层次的数据服务，分别为体块模型、基础模型、标准模型和精细模型。

所述的大气边界层参数由地表特性决定，包括不稳定层结的边界层参数和稳定层结的边界层参数；当地表显热通量大于零时，大气为不稳定层结，形成不稳定层结的边界层参数，出现在日出后至日落前的白天，地表受太阳辐射加热，形成向上的热量传输；显热通量H由能量平衡方程表示：，式中为潜热通量，G为土壤热通量，为净辐射率；计算出显热通量后，再采用迭代法计算出莫宁长度：，式中k=0.4为卡曼常数；为干空气密度，单位为kg/m³；C为空气定压比热容，单位为j/（kg·k）；T为环境气温，单位为K；u为谢才系数；g为重力加速度，单位为m/s²；H为高度，单位为m；稳定层结的边界层参数直接由云量、风速和气温计算地表摩擦速度和温度尺度。

所述的地面气象资料包括近5年内化工园区每日逐时气象监测站监测的风向、风速、总云量、低云量、气温、相对湿度、露点温度和气压，以及气象观测站观测的探空资料，该探空资料包括化工园所属地区气象观测站近5年每日07时和19时，地面至2000m高空的气压、风向风速、干球温度和露点温度，每间隔50m设置一层观测点，共41层观测点。

所述的气象监测站在无人值守的恶劣环境下全天候全自动正常运行，每一个气象监测气象站作为子站，向中心站传送数据。