大气污染物扩散模型应用研究_王寒梅

第8卷第2期 2006年6月 辽宁师专学报 JournalofLiaoningTeachersCollege Vol18No12Jun12006=应用研究>

大气污染物扩散模型应用研究

王寒梅,贾轶然

(抚顺市环境保护监测站,辽宁抚顺113006)

摘 要:以抚顺市为例,对ADMS)城市大气污染物扩散模型进行检验,并对模型计算过程中要求的各种参数影响进行研究,证明ADMS)城市大气污染物扩散模型完全适用于在抚顺市应用,可以为抚顺市开展空气质量控制提供技术支持.

关键词:扩散模型;总悬浮微粒;二氧化硫

中图分类号:X83 文献标识码:A 文章编号:1008-5688(2006)02-0078-02

污染物在大气中的扩散研究是预测某一区域在某一时刻的环境空气质量的重要方法,开展大气污染物扩散研究的最主要内容就是进行大气污染物扩散模型的研究.

1 大气污染物扩散模型的研究状况

应用大气污染物扩散模型可以在空气质量控制中开展空气质量评价和规划,为决策者提供基础数据.正确地模拟污染物在输送过程中经历的各种大气过程能够提高模型精度,因此是模型发展的重要方向.

大气污染物扩散模型的发展分为三代.第一代模型为高斯扩散模型,它是一种经验模型,大量实验表明高斯分布是污染物浓度分布的较好的近似形式.高斯模型数学形式简单,通过大规模的野外实验获得模型计算需要的主要参数,可以在各种气象条件下选用.第一代模型有以下两个特点:浓度计算在水平方向和垂直方向都采用高斯分布假设;湍流分类和扩散参数采用离散化的分类方法.它的优点是仅用常规气象观测资料就可以估算扩散参数,但不适用于高架源的远距离输送研究.

20世纪80年代末期,世界上出现了酸雨及酸沉降模型,这些酸性污染物的输送/转化/沉降模型被称为第二代模型.第二代模型和第一代的根本区别是彻底的抛弃了传统的离散的稳定度分类法及扩散参数体系,并且在对流条件下,扩散模型在烟流的垂直分布上采用非高斯型算法.

第三代模型是汇集上述两个阶段模型的成果,结合计算机技术的新发展,如地理信息系统、输出结果专门图形软件和因特网数据传输等,同时增加了能见度计算等内容.目前国际上应用最广泛的是英国剑桥环境研究中心(CERC)开发研制的ADMS)城市大气污染物扩散模型.ADMS-城市大气污染物扩散模型专门致力于城市各类污染物的环境污染问题.

本文就ADMS模型的原理及其应用进行探讨.

ADMS-城市大气污染物扩散模型综合了典型的污染源大气扩散模型,同时增加了对污染物扩散过程中的化学反应和总悬浮微粒沉降的模拟,考虑了地形、地表粗糙度、气象条件的影响,最大限度地考虑了污染物扩散的影响因素.

大气扩散模型是依据对受到气象因素和地形因素影响的各类污染源作用于环境空气并使之发生变化而归纳出的反映这一变化和污染源、环境空气质量之间数量关系的数学公式和具体算法.建立扩散模型的目的,是帮助人们理解大气环境系统的复杂行为,并对过去发生的行为进行解释,进而运用模型预测环境影响,以大气环境系统过去的行为规律来推断未来.

大气扩散模型就其根本而言是一种数学模式,用于定量描述大气污染物从排放源到环境迁移转化全过程的一种手段或工具,其核心部分是描写污染物在大气中的扩散和稀释作用.污染物在大气中所经历的其它过程,诸如烟气抬升,干、湿沉积和化学转化过程等,则常以某种形式的过程参数、确定参数的方法或计算公式,以及子模型形式从属于大气扩散模型.此外,污染源和下垫面的状况也会影响污染物在大气中的变化和分布,这些因素及其影响规律亦必须在空气质量控制模型中得到恰如其分的反映.

2 ADMS)))城市大气污染物扩散模型的数学原理

大气扩散模型研究的数学基础来源于高斯扩散模型.高斯扩散模型是根据统计学概念,假设一点源扩散满足正态分布原理进而推得的扩散分布规律.

ADMS)))城市大气污染物扩散模型,对高斯模式进行扩展,并揉合了其它先进的污染扩散数学模型,它的优点是气象参数可使用气象部门的常规数据.

稳定条件下的污染物扩散形式比较简单,基本符合高斯扩散模型的正态分布,ADMS)城市大气污染物扩散模型更主要考虑的是在中性至不稳定条件下的污染物扩散数学表达方式.在不稳定条件下,由污染源自身的性质决定其易于沉降或是易于扩散,对易于沉降的采用PDF模式,对易于扩散的,采用小风对流尺度模式.在近中性至中性条件下,污染源自身性质所决定的扩散态势与气象条件的影响相比可以忽略不计,此时采用Loft模式计算污染源的扩散.

3 模型的有效性检验

模型的有效性检验是确定模型能否在研究区域内应用的依据,本文对ADMS)城市大气污染物扩散模型的有效性进行了检验.

311 LMO和网格源深度敏感性分析

敏感性是决定模型计算结果准确性的主要因素,它依赖于莫宁)奥布霍夫长度LMO和网格源深度不同取值,需要通过数值模拟试验来找出取值规律.为此,本文中针对LMO和网格源深度进行了敏感性分析.

LMO是一个与大气层结密切相关的一个量,与摩擦速度成正比,与平均气温成反比.

LMO>0时,表示大气层结稳定;LMO

敏感性试验中考虑的第二个参数是网格源深度,它表示的是网格源的排放高度和污染物的初始混合程度.抚顺市不同莫宁)奥布霍夫长度LMO和网格源深度组合下敏感性试验结果见表1.

由表1可知,在四种不同的情况下,模型的相关性和离散程度均有些变化,但变化的幅度较小.

抚顺市工业源和取暖源是主要的污染源,这意味着模拟点源和网格源比模拟道路源更重要.在模型运行中,地表粗糙度取015m以代表城市地区;最小莫宁)奥布霍夫长度30m.最小莫宁)奥布霍夫长度的选取是为了避免城市地区大气过于稳定以及人为热源的影响;网格源深度取30m.网格源的深度代表了混合后的污染源的高度.

312 总悬浮微粒(TSP)的模型有效性检验

抚顺市有五个环境监测点位.各监测点位的功能为:水库点为对照区,望花点代表工业区,新华点和东洲点代表居民区,南站点代表交通区.五个点位均执行国家环境空气质量二级标准.

收稿日期:2006)04)10,.

王寒梅,等大气污染物扩散模型应用研究 79 本文选取上述5个监测点位,将总悬浮微粒的实测值与检验值进行相关性比较.

5个监测点模型检验值计算公式:C检验=CADMS+C实测@K二次扬尘

式中:C检验)总悬浮微粒的检验数据;CADMS)依据污染源排放数据库的总悬浮微粒日均值计算结果;C实测)总悬浮微粒的日均值实测数据;K二次扬尘)二次扬尘项比例系数.

表2给出了所有5个点位TSP实测值和检验值的比较结果,其相关系数是0179.

313 二氧化硫的模型有效性检验

因SO2的实测结果由两部分构成,即来自于污染源数据库的模型计算结果和境外输入值(含背景值),将依据污染源数据库计算的二氧化硫浓度数据按下式修正为检验数据:C检验=CADMS+C背景

式中:C检验)二氧化硫的检验数据;CADMS)依据污染源排放数据库的二氧化硫日均值计算结果;C背景)背景点位实测数据校正后的日均值.

表3给出了所有5个点位(包括背景点预测浓度)的SO2实测值和检验值的比较结果,其相关系数是0169.

表1 不同情形下的敏感性 表2 TSP实测值和检验值 表3 SO2实测值和检验值的比较结果(mg/m3)的比较结果(mg/m3)TSPSO2情形实测值与计算实测值与计算项 目实 测检 验项 目实 测检 验L=30m最小值0102601031最小值[***********]深度=30m L=100m最大值0185001882最大值[***********]深度=30m

L=30m平 均0128201269平 均[***********]深度=50m

L=30m相关系数[**************]相关系数1100169深度=100m

4 讨论

TSP和SO2的实测日均值和检验日均值的一致性非常好,TSP检验值与实测值的相关系数为0175;SO2检验值与实测值的相关系数为0169.

在模型验证中,考虑了采暖源在采暖季(11~3月)的重要性,引进了点源和面源的日变化和季变化文件.

本文还考虑了抚顺市一些特殊问题需要:

(1)根据观测得知:在抚顺市,风向随高度有较大的变化.在近地面主要是东北风,在高空(高于150m)主要是西南风.通过利用高空气象资料来解决这一问题,因为高烟囱主要是受风向的影响.

(2)估算了矸石山露天矿的排放量,这种排放量是风速的函数.

(3)研究中考虑了地形的影响和土地利用的影响.结果表明在抚顺地区地形影响不大.

ADMS)))城市大气污染物扩散模型的检验结果与实测数据间具有较高的相关性,TSP与SO2实测值与检验值的相关关系分别达到了0175和0169.通过计算值与实测值的对比表明,只要选择恰当的输入参数,ADMS)))城市大气污染物扩散模型可以用于抚顺市大气污染物扩散问题研究,是研究空气污染预报问题的有效工具.

参考文献:

[1]徐大海,朱蓉,李宗恺.论边界层中的大气扩散PDF模式[J].气象学报,1997,55(6):31-41.

[2]谷清.我国大气模式计算的若干问题[J].环境科学研究,2000,(1):40-43.

(责任编辑 王 巍)

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(1)对教学者的基本功等方面的要求较高1武术的基本功练习是很枯燥的,容易使人产生畏难情绪.各体育院系培养的学生,在球类和其它一些具有娱乐性质的体育项目上成绩突出,而在各种对肢体要求较高的项目上,却表现得不是很有兴趣,也就很少有人肯下苦功去练习,在工作的过程中不能胜任武术教学的需要也是必然的.在部分学校中,由于体育教师不能胜任武术的教学工作,就干脆在整个教学的过程中不进行有关武术的内容教学.

(2)如果查看学校体育教材中的武术教学内容,不难发现,其内容过于单一,显得十分枯燥,课时安排也十分分散,几乎不成系统,这就更增加了武术教材难做、难记、难练的问题.同时由于过分地强调教材的统一性,以致缺少地方特点,这也降低了学生学习的积极性.大纲和教材常是多年不变,而又有着一定的权威性,也使得学校的武术教学缺少了常变常新的可能.甚至可以说现行的武术教材,在一定程度上束缚了学校武术活动的开展.

(3)对学生普遍素质要求较高.每个学生整体素质都有不同的差异,甚至这种差异会很大,在基本功方面产生畏难情绪的情况在艺术类院校中更是常见,在对于班级授课制时所提出的要求和目标就更加难以顺利地完成.

(4)多数人对武术的认识程度不够,对武术的印象只是停留在太极拳外在表现的缓慢的动作,或是(印象中)近似舞蹈动作的套路.而这些人在议论武术时经常过分地看重武术的技击价值,过分强调武术套路技术在对抗性练习中的使用与否,进而过分地强调武术技术在与人实战中的使用与否,其根本的原因就在于他们在武术的概念上对武术的体育性质的认识不足,从而忽略武术对意识形态的改变、身体活动与神经活动高度协调等积极的作用,更忽视了武术对其它领域(如艺术、医学、影视、文学、经济等)的促进作用.

综上所述,体育对音乐艺术类专业学生的专业课学习及身体素质方面有着积极的提高与促进作用,从武术运动的特点及学生自身条件等客观原因来看,武术有着一定的先天优势,在体育中所占的地位和发挥的作用是显而易见的.而如何更好地发挥武术的作用,需要克服的困难仍然很多,仍是需要进一步研究的课题.因此,在高职音乐艺术类院校的体育工作及教学中大力提倡和发展武术是必要的.参考文献:

[1]龚建新.用武术塑造自己的完美人格[J].中华武术,2005,(4):19-20.

[2]温力.中国武术概论[M].北京:人民体育出版社,2005.

[3]张岱年.中国哲学大纲[M].北京:中国社会科学出版社,1982.

[4]蔡仲林,周之华.武术[M].北京:高等教育出版社,2000.

[5]张军.中国古典舞剑舞教程[M].上海:上海音乐出版社,2004.

(责任编辑 刘国忠,王 巍)