[发明专利]中小尺度气载物质大气输运集合扩散模拟方法

说明书

本发明涉及一种中小尺度气载物质大气输运集合扩散模拟方法，其将集合的思想引入大气扩散模拟，考虑了中小尺度各种模式的本质多样性和与使用不同的气象数值预测结果的事实，同时综合集合分析方法及集合扩散模拟的检验方法，通过与现场实验的比对分析，提供一套多模式集合扩散模拟结果。本发明解决了单一模式模拟的不确定性，其集合分析结果可以提供一个更加综合、全面的结果，满足中小尺度气载物质大气输运扩散模拟的要求。

技术领域

本发明涉及大气扩散模拟技术，具体涉及一种中小尺度气载物质大气输运集合扩散模拟方法。

背景技术

过去十年，天气的集合预报方法有了很大的发展，集合预报比单个的数值天气预报表现出了更大的准确性。将这个方法引入大气扩散模拟也能产生相似的益处。大气扩散模式模拟包含复杂的非线性过程，动力学过程，热力过程，辐射，积云微物理，湍流等过程。不同模式由于侧重点的不同，对某些过程的参数化处理不同，或初始边界条件不同，集合扩散模拟技术就是将不同模式的特性都考虑进来。

在应急状态并且没有监测数据的情况下，同时考虑多模型结果有两个可能性：允许模型间检查其主要不同，允许决策者随着事态的发展有更多的基于模拟结果的决策（如，基于大量的数值预报）。在此基础上，集合（ENSEMBLE）的概念被提出并且不断发展和改进。它是一种能够使我们减少对单一模型结果依赖的方法学。集合方法同时对同一事件的多个预测结果进行分析，综合所有的可能的方法得到一个大气扩散预测的集合结果。不同的模式有不同的原创的模式特点，所有的模拟结果均被考虑来进行决策。分析不同的模型产生的大量的预测结果，结果间具有互补性，因此可提供了一种更全面的演化过程和更多的可能的基本决策。当没有监测数据可用于评估时，集合模式在应急决策领域应用的优势就更加明显。

目前，在国内集合模式大部分应用于天气预报及空气质量评价领域，在国外集合扩散模拟主要用于大尺度大气扩散模拟研究，在中小尺度气载物质大气输运集合扩散模拟方面尚未见报道。

发明内容

针对现有大气扩散模拟技术，本发明的目的是提供一种中小尺度气载物质大气输运集合扩散模拟方法，运用集合扩散模拟技术解决单一模式及确定参数模拟的不确定性，提供一个更加综合、全面的扩散模拟结果。

本发明的技术方案如下：一种中小尺度气载物质大气输运集合扩散模拟方法，包括如下步骤：

（1）根据模拟对象确定源项特征、模拟范围、模拟时间、模拟精度；

（2）确定气象场模式与扩散场模式，集合成员由气象场模式与扩散场模式组成；

（3）根据具体情况考虑气象场扰动、湍流扰动和大气扩散物理过程参数化方案，分析这些不确定因素对模拟结果的影响；

（4）与现场试验观测数据进行比对分析，按照集合分析方法对集合成员内部、集合成员模拟结果与现场观测结果进行分析；

（5）根据集合成员间集合平均、离散度、均方根误差、距平相关系数及相对作用特征曲线的检验结果，考察各集合成员的模拟有效性与准确度。

进一步，如上所述的中小尺度气载物质大气输运集合扩散模拟方法，步骤（2）中所述的气象场模式包括质量守恒三维客观诊断风场模式、风场预报模式。

进一步，如上所述的中小尺度气载物质大气输运集合扩散模拟方法，步骤（2）中所述的扩散场模式包括高斯类扩散模式、粒子随机游走模式及烟团模式

进一步，如上所述的中小尺度气载物质大气输运集合扩散模拟方法，步骤（3）中所述的大气扩散物理过程参数化方案包括混合层高度计算方法、大气稳定度计算方法、水平和垂直的拉格朗日时间尺度计算方法。