[发明专利]一种基于CFD及多数据源的城市实时全局环境估计方法

摘要

本发明涉及一种基于CFD及多数据源的城市实时全局大气环境估计方法，包括结合城市环境监测站点历史数据、全球中尺度气象预测结果、国家气象数据、城市重点污染源数据、城市地理三维模型及机动车尾气检测系统路面实时监测数据，利用CFD作为计算引擎，根据气象信息自适应切换环境质量模式，采用多尺度网格离散化城市模型，引入多组分污染模型，并考虑气象干湿沉降过程，建立一个针对城市全局空气环境质量实时估计方法。本方法给出了城市尺度环境质量估计方案，其全面性，准确性，实时性均比已有方案有很大提升。

主权项

1.一种基于计算流体力学CFD及多数据源的城市实时全局大气环境估计方法，其特征在于包括如下步骤：第一步，提取城市三维模型数据，使用模型片段数简化方法进行所述三维模型融合，并将地理信息映射到所述三维模型，生成具有地理信息的简化城市三维模型；第二步，选定城市的待求解区域，在待求解区域中，对第一步所得简化城市三维模型进行六面体网格划分，融入城市重点污染源地理信息系统GIS信息及城市主要街道地理信息系统GIS信息，然后使用多尺度网格划分方法对重点污染源区域、主要街道进行细网格划分，生成多尺度网格化城市三维模型；第三步，使用Realizable k-ε湍流模型封闭城市大气流场方程，加入太阳辐射方程，得到城市大气流场控制方程；第四步，将城市重点污染源的排放数据、机动车尾气排放的实时数据通过匹配地理位置坐标点方法，映射到第二步所得城市三维模型重点污染源位置及主要街道位置所在处，生成城市重点污染源排放时空分布Q1j(ξ1，ξ2，ξ3，t)，其中ξ1，ξ2，ξ3为坐标变量，t为时间变量；及主要街道尾气污染物源浓度分布Q2j(ξ1，ξ2，t)，融合城市环境监测站点污染物浓度数据，采用双线性插值生成全局污染物浓度初步估计分布Yenv，j，使用污染物输送方程综合三种数据源，即Q1j(ξ1，ξ2，ξ3，t)、Q2j(ξ1，ξ2，t)和Yenv，j，得到实时污染物输送模型；第五步，将多数据源全国尺度风场、污染物分布数据及欧洲中期天气数值预报中心ECMWF气象数据，作为城市模型求解区域时变边界参数，利用大气边界层理论得到入流面、出流面、上边界及下垫面边界条件；第六步，利用计算流体力学CFD求解器在第二步所得城市三维网格模型上对第三步所得流场控制方程及第四步污染物输送模型离散化，按第五步的时变边界条件，进行城市全局流场求解，得到无气象因素实时环境质量分布；第七步，结合城市气象数据，针对不同降水气象，包括降雪和降雨，对第六步计算所得无气象因素实时环境质量分布的计算结果进行对应沉降作用处理，得到城市实时全局环境质量分布；第八步，在第七步得到当前时刻城市实时全局环境质量分布计算结果基础上，载入下一时刻气象数据，重点污染源排放数据，机动车尾气排放数据，进行实时循环计算，生成城市实时全局环境质量分布动态估计。