[发明专利]带网格嵌套功能的中尺度大气光化学污染模拟预测算法

说明书

本发明公开了一种带网格嵌套功能的中尺度大气光化学污染模拟预测算法，本发明在CALGRID模式中加入了嵌套网格功能，在整个模拟时段内对母区域粗网格进行计算，并且在每个时步输出结果时将细网格子区域边界对应的母区域网格上的值进行存储，作为子区域的边界值，模式运行后子区域对应的母区域的网格点上的值进行存储，并作为子区域的初始场，子区域进行计算时，子区域提供更真实的初始条件和时变边界条件。本发明采用单调的插值方法，认为小区域最外层的网格值等于所在的粗网格的值。

技术领域

本发明属于大气环境污染物检测技术领域，尤其涉及中尺度大气光化学污染的改进型预测模型。

背景技术

空气质量模式，是在对污染物排入大气环境后传输、扩散、转化和清除等一系列物理和化学过程的认识基础上，利用气象、环境、物理、化学等学科的研究方法和计算机技术，实现模拟和预报不同空间尺度上空气污染物浓度分布状况及变化趋势的方法，在空气质量预报、大气污染控制、环境规划与管理、城市建设及公共卫生等方面均有重要的实际应用价值，具有广阔的发展前景。

目前欧拉型的中尺度大气光化学模式，例如ARB的CALGRID模式具有较好的稳定性，针对二次污染源如臭氧的模拟具有较好效果，主要适用于晴空条件下的光化学反应的模拟，包含了大气输送与扩散、气相化学反应、人为排放的点面线源、干沉降等过程。但传统的CALGRID化学模式不具备网格嵌套功能，使得该模式下为了提高模拟的精度不得不消耗大量的计算资源。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种带网格嵌套功能的中尺度大气光化学污染模拟预测算法，在模式中增加了嵌套网格功能，使模式在提高模拟精度的同时降低模拟时耗。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：一种带网格嵌套功能的中尺度大气光化学污染模拟预测算法，包括以下步骤：

步骤1：采用CALGRID化学模式，考虑大气化学反应、大气输送与扩散、沉降、底面积高架排放源的影响，并对化学物种原始浓度中物理量的平均量分解为脉动量，得到化学物种浓度变化方程如式(1)，

式中，C是化学物种平均浓度，V是三维风矢量的平均量，K是湍流扩散系数，E是污染源排放，是由于沉降引起的物种浓度变化，PCHEM是化学产生率，LCHEM是化学损失率；式(1)中二阶湍流扩散项▽·(K▽C)通过湍流扩散系数K理论闭合转化得到；式(1)中右侧多项式依次分别为平流项、扩散项、源项、沉降项、化学变化项；

步骤2：所述CALGIRD化学模式中，对研究区域整个大区域进行粗网格嵌套，并对大区域中的目标小区域进行细网格划分，所述大区域为母区域，所述目标小区域为子区域，所述母区域和子区域采用相同预报模式，即自模式嵌套；

步骤3：在整个模拟时段内，对母区域进行粗网格计算，且在每个时步输出结果时，将细网格子区域的边界对应的母区域网格上值进行存储，并作为子区域的边界值，所述细网格子区域的边界包括顶边界和侧边界；

步骤4：运行所述CALGIRD化学模式，待各物种浓度平衡稳定后，将所有子区域对应的母区域的网格点上的值进行存储，并作为子区域的初始场；

步骤5：以步骤3获得的存储值作为子区域的边界值，以步骤4得到值作为子区域的初始场条件，对子区域进行计算，计算时将粗网格的直插到相应细网格中。