[发明专利]基于WRF模型的计算机程序化计算大气环境容量的方法

摘要

本发明涉及一种基于WRF模型的计算机程序化计算大气环境容量的方法，本发明有效解决了在计算大气环境容量时采用人工估算，公式中相关参数采用较大地理范围内年平均值和经验数值所带来的计算结果时空精度差、经验依赖性大的问题；解决的技术方案包括：选定某一区域对其进行网格化处理通过查询相关文件计并结合WRF模型计算出该区域的大气稳定度等级、大气混合层厚度，经计算公式得出污染物的大气环境容量；WRF模型可利用网上公开的基础数据经计算输出精确到小时的各种气象参数，且计算地理范围可精确到数平方公里，通过编制计算机程序从WRF计算结果文件中提取计算大气环境容量所需的参数，可实现任意范围内时间精确到小时的大气环境容量。

主权项

1.基于WRF模型的计算机程序化计算大气环境容量的方法，其特征在于，计算步骤如下：步骤一、计算某一选定区域W污染物的大气环境容量，选定所要计算区域中心坐标为北纬A，东经B，边长为X*Y的范围，对于所要计算区域进行网格化处理，将其格网化为x*y个网格，选取计算范围以单个网格为例进行计算，计算时间长度为K年L月M日0时‑23时；根据公式δ＝[0.006918‑0.399912cosθ0+0.070257sinθ0‑0.006758cos2θ0+0.000907sin2θ0‑0.002697cos3θ0+0.001480sin3θ0]×180/π式中：θ0＝360dn/365,deg；δ—太阳倾角，deg；dn—一年中日期序数，0，1，2……，364得出所要计算区域K年L月M日的太阳倾角δ步骤二、将步骤一中求得的太阳倾角代入公式h0＝arcsin[sinφsinδ+cosφcosδcos(15t+λ‑300)]式中：h0—太阳高度角，deg；φ—当地纬度，deg；t—北京时间，h；λ—当地纬度，deg；计算网格点中心坐标为：北纬A，东经B，得出0时‑23时各个时间段内对应的太阳高度角h0，根据太阳高度角可知：K年L月M日昼间为c‑d时，夜间为g‑h时，e‑f时；步骤三、查询地面气象sam文件得出网格点中心坐标为：北纬A，东经B，0时‑23时各个时间段内对应的总云量/低云量；步骤四、由太阳高度角h0、总云量/低云量、以及昼夜情况查询太阳辐射等级表得出所要计算网格点中心坐标为：北纬A，东经B，0时‑23时各个时间段内对应的太阳辐射等级；步骤五、将以上数据参数由WRF模型运算完成输出所要计算网格点中心坐标为：北纬A，东经B，0时‑23时各个时间段内的风速U、干沉降速率Ud、降水速率R；步骤六、由太阳辐射等级与风速的对应关系，查询大气稳定度等级表得出网格点中心坐标为：北纬A，东经B，0时‑23时各个时间段内的大气稳定度等级；步骤七、结合地区序号表确定网格点中心坐标为：北纬A，东经B，所处的地区序号，并且结合大气稳定度等级查询我国不同地区和在不同大气稳定度等级下所对应的as/bs数值，求得网格点中心坐标为：北纬A，东经B，0时‑23时各个时间段内对应的as/bs数值；步骤八、综合网格点中心坐标为：北纬A，东经B，0时‑23时各个时间段内对应的风速以及0时‑23时各个时间段内对应的as/bs数值，根据公式：在大气稳定度为A、B、C和D级时：在大气稳定度为E和F级时：式中：H—混合层厚度，m；U—10m高度上平均风速，m/s；大于6m/s时取为6m/s；as，bs—混合层系数；f—地转参数；Ω—地转角速度，由《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》GB/T13201‑91里规定取为7.29×10‑5rad/s；—地理纬度；求得网格点中心坐标为：北纬A，东经B，地转参数f以及0时‑23时各个时间段内对应的大气混合层厚度；步骤九、大气环境容量Q的表达式表示为：其中：H:大气混合层厚度(m)U：风速(m/s)Ud:干沉降速度(m/s)R：降水速率(mm/a)ωr：清洗比，由《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》GB/T13201‑91里规定取为(无量纲取值1.9×10‑5)Cs：污染物标准浓度(mg/m3)S：区域面积(km2)Q：大气污染物容量(104t/a)区域内存在不同大气功能区时各功能区Ai计算公式为：Ai＝ACi式中Ci为大气环境质量标准规定的第i功能区类别对应的年日平均浓度限值(mg/m3)Qi＝Ai×Csi×Si/S1/2式中：Csi：大气环境质量标准规定的第i功能区类别对应的年平均浓度限值(mg/m3)Si：第i功能区面积Ci、Csi由查询气象文件及相关国家标准获得；计算得出网格点中心坐标为：北纬A，东经B，0时‑23时各个时间段内对应的Qi值，由于公式中Qi值量纲为104t/a，乘以系数1.14最终得出小时值Qhi对Qhi进行求和得出网格点中心坐标为：北纬A，东经B，0时‑23时内W污染物的大气环境容量。