大气环境数值模拟研究新进展
鄂尔多斯市城区发展对局地大气环境影响的数值模拟
时各标准层探 空以及 ２０ —２ ０ ０ １ ０６年主要 污染 源源强、９ １ ２ ０ １６ － ０ ６年社 会 经济数据 、０ ２年 卫星遥 感反 演资料 、０ ３ ２ ２ ２０ ２ ０ － ０ ０年
活极 大地 改 变 了城 市 大 气 的热 力 和 动 力 状 况 ， 业 布局、 工 产业选择与布局 、 旅游规划、 空间管制规划、 社 排放 的大量烟尘 、 气溶胶 、 颗粒物 以及汽车尾气和扬 会服务设施规划 和市政工程设施与防灾规划 ）城市 ，
尘等对 于城市气温 、 湿度、 能见度 、 风和降水 等都有 性质与城市规模 ， 区用地布局规划 ， 区近期建设 城 城 影响 ， 并进一步影响到人们生活的舒适程度¨ 。 Ｊ 规模 与 目标 ， 乡统筹规划 ， 城 综合 交通规划 ， 绿地系 鄂尔多斯市东胜 区地处 鄂尔多斯 高原 腹地 ， 属 统及水系规划 ， 市政基础设施规划 ， 综合防灾规划和 于毛乌素沙地的延伸地带 ， 风蚀沙化严重 ， 海拔 高度 环境及 资源与风貌保护规划和远景发展设想等主要 为 １０ ５ ０ｍ左右 。自然条件较为严酷 ， 但资源丰 富 ， 方面。其特点 ： 从城市的实际出发 ， 以构建社会主义 是 国家新兴能源 重化工基地之一 。近年来 ， 东胜 区 和谐社会为基本 目标 ， 坚持 五个统筹 ， 坚持节约和集 经济发展明显加快 ， 国民生产总值从 ２ ０世纪 ７ Ｏ年代 约 利用 资源 ， 持 因地 制 宜确 定 城 市发 展 目标 ， 护 坚 保 的 ４ １． 元 ， 到 ２ ０ 的 １ ７ １． ５ ９０万 增 ０ ５年 １１４ ０万元 ， ２ 增 生态环境 ， 保护人文资源 ， 尊重历史 文化 ， 促进城市
超级计算机在大气科学中的应用
超级计算机在大气科学中的应用随着计算机技术的不断发展，超级计算机成为了现代科研中不可或缺的工具之一。
在大气科学领域，超级计算机的应用已经成为了解决大气环境问题、预测天气和气候等重要问题的重要手段。
本文将从超级计算机在大气动力学模拟、气候预测、空气质量预报等方面的应用进行探讨。
一、大气动力学模拟大气动力学模拟是模拟大气中物理量（如气压、风速等）的变化，对预测天气和科学研究有重要意义。
数值模拟方法是大气科学中常用的方法之一，超级计算机在这方面的应用尤为重要。
在大气系统中，温度、气压、湿度等众多的变量相互耦合，因此需要考虑更多的变量，才能准确地描述大气现象。
超级计算机具有强大的计算能力，可以用来高效处理这些数值模拟。
然而，大气动力学模拟是需要大量计算和模拟的过程，对超级计算机的性能也有较高的要求。
高性能计算应用于大气科学模拟，能够帮助科学家们更加精准地预测天气事件、探索气候变化规律以及预测气候变化的趋势。
二、气候预测气候预测是对未来全球或某个区域气候状态的预测。
一些科学家通过气候预测来探究人类活动带来的气候变化以及自然气候变化规律，以便为未来采取行动。
在气候预测中，大气科学家们需要运用大量的数据，包括来自大气、海洋、地球表面等多种因素。
因此，对于超级计算机的性能和数据传输的速度都有很高的要求。
越来越多的研究表明，超级计算机在气候预测方面具有广泛的应用前景。
例如，欧洲天气中心的超级计算机可以预测全球气候变化、天气信息传递等。
集成地球系统模拟计划是由美国国家科学基金会开展的项目，确保了全球模型的信息流通从而更准确的预测气候变化。
三、空气质量预报随着工农业生产和城市化的快速发展，大气污染问题越来越严峻。
随之而来，准确地预测空气质量变化成为了人们迫切需要解决的问题。
在大气质量预测中也发现，超级计算机在气象数据分析和计算方面的各种优势。
以北京为例，北京市空气质量预报系统预报了2018年北京市所有区县的空气质量，预测的精度得到了很好的认可。
空气质量监测与分析方法研究
空气质量监测与分析方法研究一、引言随着人类经济和社会发展的不断进步，环境污染问题日益凸显，其中空气污染给人类健康和环境带来了严重威胁。
因此，对空气质量进行监测与分析显得尤为重要。
本文将探讨当前空气质量监测与分析的方法研究，旨在为改善空气质量提供科学依据。
二、空气质量监测方法2.1 定点监测定点监测是最常见的空气质量监测方法之一。
该方法通过在不同地点设立监测站点，使用各类空气质量监测仪器和设备，采集空气中的污染物数据。
这种方法能够提供长期、连续的监测数据，广泛应用于城市、工业区等地区。
2.2 移动监测相比于定点监测，移动监测具有更大的灵活性和便捷性。
移动监测主要使用便携式监测设备，通过在监测车辆等移动平台上进行采样和测量，能够实时监测不同地点的空气质量。
这种方法常用于应急事件响应、区域排源监测等。
2.3 遥感监测遥感监测是利用卫星遥感技术获取大范围、连续空气质量数据的方法。
通过卫星对地球表面的遥感观测，可以获取大气中的污染物浓度等信息。
这种方法能够提供全球、区域范围的数据，有助于分析和预测大气污染物传输和扩散情况。
三、空气质量分析方法3.1 化学分析方法化学分析方法是对污染物进行定性和定量分析的重要手段。
常见的化学分析方法包括气相色谱法、质谱法、光谱法等。
这些方法能够准确测量不同污染物的浓度和组成，提供基于化学特性的空气质量评估和分析。
3.2 统计分析方法统计分析方法是运用统计学原理对空气质量数据进行处理和分析的方法。
包括回归分析、聚类分析、趋势分析等。
这些方法可以揭示空气污染与影响因素之间的关系，预测未来的空气质量发展趋势，为环境管理和决策提供依据。
3.3 数值模拟方法数值模拟方法基于物理原理和数学模型，通过计算机模拟空气质量的传输、化学反应等过程。
常用的数值模拟模型包括稳态扩散模型、非稳态扩散模型、化学传输模型等。
这些模型可以预测不同污染源的排放对空气质量的影响，并评估环境管理策略的有效性。
四、问题与挑战虽然空气质量监测与分析方法已经取得了显著进展，但仍面临一些问题和挑战。
大气污染物气象扩散模型研究
大气污染物气象扩散模型研究引言:大气污染对人类健康和环境造成了严重的影响。
如何准确预测和评估大气污染物的扩散过程成为了环境科学领域的重要研究问题之一。
为了更好地理解和解决这一问题，科学家们开展了大量的研究工作，其中包括大气污染物气象扩散模型的研究。
本文将介绍大气污染物气象扩散模型的研究现状、主要的模型及其应用领域。
一、大气污染物气象扩散模型的研究现状大气污染物气象扩散模型是通过建立数学模型，模拟和预测大气污染物在大气中的传输、扩散和沉降过程。
这些模型基于大气环流、物理过程和化学反应等因素进行计算，以提供精确的大气污染物浓度和传播方向等信息。
目前，大气污染物气象扩散模型研究主要集中在以下几个方面：1.物理参量模型：物理参量模型通过对大气层的物理特性和过程进行建模，如大气环流、湍流扩散和大气边界层等，来描述大气污染物的传输和扩散行为。
常见的物理参量模型包括Gaussian模型、Box模型和Lagrangian模型等。
这些模型基于物理方程和统计学原理，能够较好地模拟大气污染物的传输和扩散过程。
2.数值模拟模型：数值模拟模型是通过将大气分为网格单元，利用数值方法求解运动方程和污染物浓度的方程，来模拟大气污染物的传输和扩散过程。
常见的数值模拟模型包括Eulerian模型、Lagrangian模型和Hybrid模型等。
这些模型基于数值计算方法，能够更加精细地模拟大气污染物的传输和扩散过程。
3.数据驱动模型：数据驱动模型是通过利用大量的观测数据和统计方法，来建立大气污染物的传输和扩散模型。
常见的数据驱动模型包括回归模型、神经网络模型和支持向量机模型等。
这些模型基于数据分析和统计学方法，能够从观测数据中发现污染物的扩散规律，对大气污染进行预测和评估。
二、主要的大气污染物气象扩散模型1. Gaussian模型：Gaussian模型是一种基于统计学原理的物理参量模型，常用于描述大气污染物的传输和扩散过程。
该模型假设污染物浓度服从高斯分布，并考虑大气环流、湍流扩散和大气边界层等因素，能够较好地模拟污染物的传输过程。
大气环境质量分析与评价研究的新进展
Ｌａｅｔ ｖｅ ｏ ｈ ｎ ｌｓ ｎ ｓｓｍｅ ｔｏ ｍｏｐ ｅｉ Ｅ ｖｒｎ ｅ ｔｌ ａｉ ｔｓ Ｒｅ ｉ ｗ ｎ ｔ ｅＡ ａｙｉ ａ ｄＡｓｅｓ ｎ ｆ ｓ Ａｔ ｓ ｈ ｒｃ ｎ ｉｏ ｍ ｎａ ｌ ｙ Ｑｕ ｔ
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摘 要 ：简要 地 介 绍 了人 神 经 网络 （ ＡＮＮ） 物元 可 拓 集 （ Ｅ ） 集 对 分 析 （ Ｐ 、遗 传 算 法 （ 、 ＭＥ Ｓ 、 Ｓ Ａ） ＧＡ）和 投 影 寻 踪 技 术 （Ｐ Ｐ ）等 的基 本思 想和 特 点 ，评 述 了近 年 来 国 内外将 这 些 新理 论和 新技 术 应 用 于大 气环境 质 量 分析 与 评 价取 得 的 最新 成 果 ，指
选 取 工 业 耗 煤 等 ４个 因 子 ，用 Ｂ—Ｐ 网 络 建 立 了 某 市 Ｓ Ｏ２浓 度 的预 测 模 型 ，并 将 预 测 结 果 与 用 模 糊 识 别 预 测 结 果 相 比较 ，表 明 前 者 平 均 预 测 精 度 优 于 后 者 的 预
数值模拟城市微气候的前沿研究——以ENVI-met为例
安徽建筑中图分类号：TU119文献标识码：A文章编号：1007-7359（2023）4-0012-03DOI:10.16330/ki.1007-7359.2023.4.0040引言近年来，极端热应力事件频发，城市热岛效应、大气质量污染等城市问题损害人民健康，降低居民生活质量，其频率与严重程度随着全球变暖趋势不断增加。
研究城市微气候环境，对构建城市建筑形态、提出合理土地利用规划调整途径、提高人体舒适性已成为城市设计与人体舒适度研究的主流领域。
数值模拟指通过RAYMAN 、SOL⁃WEIG 、DUTE 等软件辅以场地模型模拟计算城市区域微气候情况的技术方法。
计算机数值模拟相较于传统的遥感、GIS 地表温度反演与实地气息数据观测法，能够弥补空间分辨率低，不全面、不精细，无针对性的缺点，同时减少离散点测量的人为因素影响。
而与传统的CFD 软件相比，ENVI-met 可模拟室外热环境，有较完整的植物模型，能够考虑植物对长短波辐射的吸收反射作用[1]。
利用ENVI-met 软件模型可模拟工业发展、城市下垫面性质与局部气象条件对城市微气候的影响，并已取得诸多研究成果。
因此，本研究拟对1998～2021年国内外利用ENVI-met 模拟城市微气候效应的研究成果进行了分析；对热环境效应的研究方法发展、研究技术和创造性成果进行了重点归纳探讨；通过纵横结合式的文献梳理，以期为后续研究城市微气候效应及绿地与其他城市要素综合效应的影响提供思想指导及路线参考。
1数据来源与研究方法1.1数据来源以Web of science 核心合集数据库为检索来源，对包含“ENVI-met ”“mi⁃croclimate ”或“micro-climate ”“cli⁃mate ”主题词的文献进行专业检索，设定发表时间截止到2021年7月。
通过对文献进行去重及初步筛选，共获得327篇期刊文献，时间跨度为1998年10月～2021年7月。
1.2研究方法CiteSpace 工具基于Java 开发，作为科学知识图谱绘制软件[2]，可对文献进行作者或机构合作分析，关键词聚类分析、共被引分析及耦合分析。
环境影响评估技术的研究进展
环境影响评估技术的研究进展在当今社会，随着人类活动对环境的影响日益显著，环境影响评估技术作为一项重要的工具，也在不断发展和完善。
它对于预防和减轻项目建设、规划等活动对环境造成的不利影响，促进可持续发展具有至关重要的意义。
环境影响评估技术的发展历程可以追溯到上世纪中叶。
早期的环境影响评估主要集中在对大型工程项目的评估上，评估方法相对简单，重点关注一些明显的环境问题，如污染物排放、土地占用等。
随着时间的推移，评估的范围逐渐扩大，涵盖了更多的环境要素和社会经济因素。
近年来，计算机技术和信息技术的飞速发展为环境影响评估带来了新的机遇。
地理信息系统（GIS）技术的应用使得环境数据的收集、整理和分析更加高效和准确。
通过 GIS 可以将环境信息与地理空间数据相结合，直观地展示环境影响的范围和程度，为评估提供更有力的支持。
例如，在规划一个新的工业园区时，可以利用 GIS 分析周边的生态敏感区、水源地等，从而合理布局园区内的企业，减少对环境的潜在威胁。
此外，数值模拟技术在环境影响评估中也发挥着越来越重要的作用。
通过建立数学模型，可以模拟污染物在大气、水体、土壤等环境介质中的迁移转化过程，预测项目建设后可能产生的环境影响。
例如，对于一个新建的火电厂，可以利用大气扩散模型预测其排放的废气在周边区域的浓度分布，为制定相应的污染控制措施提供依据。
在环境影响评估技术的发展过程中，公众参与的重要性也日益凸显。
传统的评估往往是由专家和政府部门主导，公众的意见和诉求难以得到充分表达。
如今，越来越多的国家和地区通过立法等手段保障公众在环境影响评估中的知情权、参与权和监督权。
通过公众参与，可以收集到更多关于项目潜在环境影响的信息，提高评估的科学性和公正性。
同时，生命周期评价（LCA）方法也逐渐受到关注。
LCA 不仅考虑产品或项目在生产和使用过程中的直接环境影响，还包括原材料获取、运输、废弃处置等整个生命周期内的间接环境影响。
这种全面的评估方法有助于从源头减少环境负担，推动绿色生产和消费。
大气污染物扩散的理论和试验研究
3、大气污染物的控制措施和未 来展望
3、大气污染物的控制措施和未来展望
为了减轻大气污染物的危害，需要采取一系列控制措施，包括减少污染物排 放、加强污染物治理、优化能源结构等。未来，随着科技的不断进步和环保政策 的完善，大气污染物的控制措施将更加严格，主要表现在以下几个方面：
3、大气污染物的控制措施和未来展望
2、大气污染物扩散的影响因素
2、大气污染物扩散的影响因素
通过对比分析监测数据和气象资料，我们发现风向、风速、温度和湿度对阳 泉市区大气污染物扩散具有显著影响。其中，风向和风速的影响最为显著，当风 向与污染源方向一致时，污染物扩散范围更广；而当风速增大时，污染物扩散速 度更快。此外，温度和湿度的变化也会影响大气污染物的扩散。
四、结论与展望
然而，数值模拟也存在一定的局限性和不确定性。例如，模型的参数选择和 气象数据的准确性都会对模拟结果产生影响。此外，由于实际环境的复杂性和不 确定性，数值模拟结果可能无法完全反映实际情况。
四、结论与展望
展望未来，钢铁工业大气污染物扩散数值模拟研究可以从以下几个方面展开： 1、加强多种因素的综合考虑。除了气象和地形因素，还需要考虑钢铁厂的排 放特征、生产工艺、能源结构等多方面因素对污染物扩散的影响。
3、大气污染物扩散的影响因素和规律
理论分析和结论根据试验结果，可以对大气污染物扩散的理论进行分析和验 证。通过将试验数据与理论模型进行比较，可以评估模型的准确性和可靠性。同 时，还可以进一步分析不同因素对大气污染物扩散的影响机制和程度，为制定更 加有效的污染防治措施提供理论支持。
3、大气污染物扩散的影响因素和规律
三、模拟结果分析
3、地形因素对污染物扩散也有一定影响。对于复杂地形，污染物可能在山体 背面等地区聚集，形成“污染窝”。因此，在钢铁厂的选址和布局过程中，应尽 量避免在山体背面或低洼地带建设工厂。
二氧化碳地质封存技术的数值模拟与实验研究
二氧化碳地质封存技术的数值模拟与实验研究随着全球工业化的快速发展，二氧化碳的排放量也在不断增加。
这种无害气体的排放已经导致全球气候变暖，对环境造成了浅层的负面影响。
因此，如何减少二氧化碳的排放就成为了我们面临的重要问题之一。
而二氧化碳地质封存技术则是一种有效的解决办法。
二氧化碳地质封存技术是指将二氧化碳气体压缩成液态，在地下一定深度的地层中封存起来，以减少其在大气中的排放量。
这项技术已经在一些国家得到了应用，取得了不错的成效。
然而，二氧化碳地质封存技术仍存在一些潜在的风险和挑战性。
包括：地质条件的限制、二氧化碳流动模式的复杂性和渗透率对存储效果的影响等等。
为了更好地探究和解决这些问题，科学家们利用数值模拟和实验方法对二氧化碳地质封存技术进行了研究。
一、数值模拟数值模拟是通过在计算机上建立二氧化碳地质封存的模型，模拟二氧化碳在地下地层的流动和封存过程。
其中，要考虑到地质条件的限制，地下水的影响，以及地下岩石的渗透特性等因素，以模拟尽可能真实的情况。
在进行数值模拟时，需要收集地质资料，包括地层厚度、渗透率、孔隙率、地应力等信息。
同时，还需要对地下流体的物理性质、包括二氧化碳的密度、粘度、界面张力、温度等因素进行检测和归纳。
通过对这些信息的分析，可以建立相应的数学模型，对二氧化碳在地下地层中的运动、储存、扩散等作出相应的预测。
数值模拟的结果可以评估二氧化碳在地下地层中的封存效果，并且了解到二氧化碳在地下地层中的流动规律和最佳储存条件等信息。
但是，实际情况往往和模拟结果有较大差异，因为地下地层是极为复杂的体系，其中存在各种复杂的地质结构和物理特性。
因此，进行与模拟结果相符合的实验室研究就显得尤为必要。
二、实验研究实验研究是对数值模拟的验证和完善。
在实验室中，可以对二氧化碳地质封存技术进行模拟，收集和分析试验数据，从而验证数值模拟的准确性并探究相关的物理化学问题。
在实验过程中，需要建立一个模拟的地下地层模型，通常是采用三维打印技术制造的立方体或圆柱体，模拟地下地层的组成和结构。
兰州市冬季大气边界层结构特征的观测和数值模拟研究
继 开 展 了“ 兰州 市边 界层 结构 特征 和扩 散规 律研 究” 、 “ 复 杂地 形 的大气 边界层 和 大气 扩散 规律 的试 验和 数值
研 究” 、 “ 兰 州市 大气 污染 及对 策研 究” 等 相关 项 目， 针 对 兰州 市 大气 边 界层 特 征 和 大气 污染 的形 成 机理 等 方 面， 运 用试 验 观测 、 资料分析 、 数值模 拟和 理论分析等 手段 ， 进 行 了 比较 全 面 系 统 的 研 究 ， 取 得 了 不 少 成
安 兴 琴 吕 世 华
（ １中 国气 象科 学 研 究 院大 气 成 分 观 测 与 服 务 中心 ，北 京 １ ０ ０ ０ ８ １ ） （２中 国 科 学 院 寒 区 旱 区环 境 与工 程 研 究 所 ， 兰州 ７ ３ ０ ０ ０ ０ ）
摘
要
本 文 利 用 甘 肃 省 政 府 和 中 国科 学 院 的科 技 合 作 项 目“ 兰 州市大气 污染及对 策研究 ”
逆温现象才减弱或消失 ； 与 观 测 结 果 相 比较 可 以看 出 ， 数 值 模 拟 结 果 基 本 上 反 应 了温 度 场 的 主 要
特征 。
关 键 词 大 气 边 界 层 观 测 数 值 模 拟
分类号 Ｐ ４ ２ １ ． ３ １ 文献标识码 Ａ
逆温
兰 州 市
引 言
万方数据气象科学卷参考文献胡隐樵张强兰州山谷大气污染的物理机制与防治对策中国环境科学张强胡隐樵浅探兰州市城区大气环境污染与治理的若干问题高原气象张强地形和逆温层对兰州市污染物输送的影响中国环境科学张强吕世华兰州市大气污染物越山输送与地形和小气候特征的关系高原气象增刊吕世华陈玉春安兴琴兰州盆地局地环流及逆温形成的数值模拟高原气象增刊张强吕世华张广庶山谷城市大气边界层结构及输送能力高原气象蔡芗宁寿绍文钟青边界层参数化方案对暴雨数值模拟的影响南京气象学院学报刘焕彬王栋成郑全岭沂蒙南部山区冬季大气边界层风温场结构特征研究气象科学赵鸣对模式中陆面过程的一个改进气象科学一付抱璞山地气候北京科学出版社安兴琴陈玉春吕世华兰州市两山绿化的数值模拟试验冬季高原气象增刊安兴琴陈玉春吕世华兰州市南北两山地表植被对气象场影响的模拟研究气象科学一
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第32卷第4期2008年7月大 气 科 学ChineseJournalofAtmosphericSciencesVol132 No14Jul.2008
王自发,庞成明,朱江,等.大气环境数值模拟研究新进展.大气科学,2008,32(4):987～995
WangZifa,PangChengming,ZhuJiang,etal.IAPProgressinatmosphericenvironmentmodelingresearch.ChineseJournalofAtmospheric
Sciences(inChinese),2008,32(4):987～995
收稿日期 2008203214,2008203217收修定稿资助项目 中国科学院重要方向性项目KZCX22YW2205
作者简介 王自发,男,1972年出生,研究员,研究方向:大气输送及模式发展。E2mail:zifawang@mail.iap.ac.cn
大气环境数值模拟研究新进展王自发1 庞成明1,2 朱江1 安俊岭1 韩志伟1 廖宏11中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室,北京 1000292中国科学院研究生院,北京 100049
摘 要 近五年来,中国科学院大气物理研究所(简称大气所)在大气环境数值模拟方面取得了丰硕的成果,通过自主发展和引进,建立了完备的多尺度、多成分的大气环境数值模式,包括全球大气化学输送模式、区域和城市空气质量预报模式。大气所利用这些模式研究各种空间尺度上污染物浓度时空分布以及污染物的输送和演变,
研究了多种污染过程的成因和污染变化规律,在污染物输送、低对流层臭氧高污染、区域及城市污染等方面取得了很多成果,并对区域或城市空气质量进行业务化实时预报。大气所还拓展了我国大气环境模拟研究的新领域:
大气化学资料同化、污染模式集合预报、污染源反演新方法。初步建立了空气质量模式的资料同化系统(分别基于最优插值技术和集合卡曼滤波技术)和多模式集合预报体系,提高了模式预报水平;在污染源反演新方法方面进行了初步的探索。结合我国目前仍然面临着的大气环境问题,对今后大气环境数值模式的发展方向进行了展望。关键词 大气环境 数值模拟 空气质量模式文章编号 100629895(2008)0420987209 中图分类号 X16 文献标识码 A
IAPProgressinAtmosphericEnvironmentModelingResearchWANGZifa1,PANGChengming1,2,ZHUJiang1,ANJunling1,HANZhiwei1,andLIAOHong1
1StateKeyLaboratoryofAtmosphericBoundaryLayerPhysicsandAtmosphericChemistry,InstituteofAtmosphericPhysics,
ChineseAcademyofSciences,Beijing
100029
2GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing 100049
Abstract Thispaperprovidesacomprehensive,criticalreviewofthemostimportantresearchprogressinatmos2phericenvironmentmodelingresearchintheInstituteofAtmosphericPhysics,ChineseAcademyofSciences(IAP/CAS)duringrecentfiveyears.Multi2scale,mixedcompositionsatmosphericenvironmentmodelshavebeeninde2pendentlydevelopedorintroduced,whichincludetheglobalatmosphericchemicaltransportmodel,theregionalandurbanairqualitymodel.Distribution,transportationandevolutionofpollutantsatdifferentspatialscalesareex2ploredwiththesemodels.Understandingsofnaturalandanthropogenicpollutantsπtransport,surfacehighozoneep2isode,andregionalorurbanpollutionareimproved.Thereal2timeforecastmodelsystemforairqualityisdevelopedandusedinaregionorcities.ItisfirstlyconcernedinChinathatatmosphericchemicalassimilation,chemicaltrans2portmodelensembleforecast,ensembleestimationmethodforinversingmodelingofpollutionemissions.Dataas2similationsystemsfornestedairqualitypredictionmodelbasedontheoptimalinterpolationapproachandEnsembleKalmanFilter(EnKF),respectively,andamulti2modelensembleforecastsystemaredeveloped,improvingtheforecastskill.Somenewensembleestimationmethodsforinversingmodelingofpollutionemissionsareintroduced.Aprospectisgivenaboutnumericalsimulationofatmosphericenvironment.Keywords atmosphericenvironment,numericalsimulation,airqualitymodel
1 引言日益变暖的全球气候及频繁的极端天气和环境事件已成为人类社会生存发展的重要议题之一,正确评估人类活动对大气系统的扰动是当前科学界面临的难题和热点。国际上已开始对此议题进行广泛的研究,发现大气痕量成分不仅在全球大气变化中扮演重要角色,而且是目前研究不确定性的重要来源之一(IPCC,2007)。评估人类活动对大气痕量成分的影响,其关键在于定量了解不同物理化学过程在大气环境中的相对重要性。大气环境数值模式可以通过综合物理、化学和数学等学科的最新进展,再现不同过程在大气中的作用,因此与现场观测、实验室模拟成为当前大气环境研究的主要手段。同时大气环境数值模式还具有全球及区域尺度大气痕量成分的源汇评估、历史过程再现和未来场景预测等其他手段不具备的优点,受到了大气环境研究领域的格外重视,也得到了广泛的发展。为了提高科学研究水平和满足国家需求,中国科学院大气物理研究所(简称大气所)与国内外紧密协作,针对全球大气环境,特别是我国自主开发及引进了一系列不同尺度的化学输送模式(包括全球大气化学输送模式、多尺度区域及城市空气质量预报模式、酸雨数值模拟和沙尘预报模式),对我国人为活动的影响进行了科学的评估,也为我国的大气污染控制政策提供了必要的支持。胡非等[1]对于大气所大气环境方面的科研工作作了系统的回顾,本文主要对大气所近五年来大气环境数值模拟工作进行总结,并对未来的发展方向提出建议。2 空气质量多尺度数值模式系统近五年来,在自主研制和改进国外先进模式的基础上,大气所从过去以区域模式为主发展到目前初步建立全球2区域2城市等多尺度的大气环境模拟系统,其研究物种从单一成分发展到多成分的同时模拟,研究手段从单一模式发展到多模式集合同化。利用该模拟系统,大气所对各种尺度污染物浓度时空变化以及污染物的输送、演变规律进行了系统的研究,同时也积极开展区域和城市空气质量的预报研究。2.1 多种模式体系的建立大气所研制全球模式历经二维到三维的发展历程。大气所建立了一个全球二维纬向平均化学模式[2],模式包括34种大气成分和104个化学反应,
其结果与观测结果具有较好的一致性。为了更好地描述大气痕量成分的分布结构,揭示其输送机制和通道,大气所近年来自主建立三维全球环境大气输送模式(GlobalEnvironmentalAtmosphericTransport
Model,简称GEATM)[3],其水平分辨率为1°×1°,垂直方向20层,采用地形追随坐标系,考虑了地面源排放、平流与扩散、化学转化以及干沉降、湿清除等过程。罗淦等[3]利用GEATM模式对2004
年全球污染物进行长期模拟,分析二氧化硫、硫酸盐、黑碳、沙尘气溶胶的浓度分布和输送态势,并与观测进行了比较,在中国和欧洲,二氧化硫日平均浓度模拟和观测的相关系数较高;模拟的沙尘气溶胶总体柱浓度分布状况与卫星观测输出的气溶胶光学厚度具有很好的一致性,体现了气溶胶粒子的输送态势和分布特征,这些都表明该模式对于大气化学成分分布状况具有较强的模拟能力。在自主研发的基础上,大气所还引进国外先进全球环境模式MOZART[4～6]和GEOS2CHEM[7],并对其在东亚的模拟能力进行系统的评估。全球模式在大气所的建立,不仅可以为区域模式提供边界条件,同时也可以为评估欧洲地区的污染排放物对亚洲的输送影响提供支持。近年来,我国大气环境呈复合型和区域型的污染趋势,发展多成分同时模拟的区域和城市大气环境模式成为研究的热点。大气所在过去单一物种的区域模式(例如硫输送模式)基础上,成功研制多成分大气环境数值模式,包括嵌套网格空气质量预报模式系统(NAQPMS,NestedAirQualityPre2dictionModelingSystem)[8]。该模式可以同时用于
889大 气 科 学ChineseJournalofAtmosphericSciences 32卷Vol132