CN110298108A - 一种模拟人工强大气流对逆温层扰动的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟人工强大气流对逆温层扰动的方法，本发明通过将初始场数据代入WRF模型中计算出模拟数据，再重复迭代模拟数据与初始场数据进入WRF模型中计算，最终得到模拟人工强大气流对逆温层扰动的数据，本方法在WRF模型模拟计算的基础上，结合模拟结果快速形成一套对一定区域实施人为气象要素干扰的方法，本发明能够模拟计算出大型人工气流强扰动设备持续工作时对一定区域大气边界层直至上空产生的扰动强度、范围大小、持续时间等结果，在任何地区都具有使用价值。

Description

一种模拟人工强大气流对逆温层扰动的方法
技术领域
本发明属于逆温层扰动领域，具体涉及一种模拟人工强大气流对逆温层扰动的方法。
背景技术
逆温层是指大气对流层中气温随高度增加的现象的层带。一般情况下，对流层中气温随高度增加而降低，但由于气象和地形条件影响，有时会出现气温随高度增加而升高的现象。由于逆温层的存在，造成局部大气上热下冷，阻碍了空气垂直运动的发展，使大量烟尘、污染物、水汽凝结物等聚集在它的下面，使能见度变差，加剧空气污染，尤其是城市及工业区上空，由于凝结核多，易产生雾霾天气，有的甚至造成严重的大气污染事件。既然逆温层的存在是大气污染的前提条件之一，在我国产业转型未完全实现前，如何利用人工大型设备扰动破坏逆温层，消除大中型城市重度雾霾天气有着重要的现实价值和社会意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟人工强大气流对逆温层扰动的方法，能够模拟气流扰动设备持续工作时对一定区域大气边界层直至上空产生的扰动强度、范围大小、持续时间等结果。
为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
步骤一，确定模拟设备喷射气流的总时间，并设定初始场数据；
步骤二，将初始场数据代入WRF模型中进行计算，运行预设时间后，输出与实际喷射气流一致的扰动模拟数据；
步骤三，根据扰动模拟数据与喷射气流的实际特征修改初始场数据，将修改后的初始场数据作为初始场数据，并返回步骤二，直至达到喷射气流实际喷射时间，将最后一组修改后的初始场数据代入WRF模型中，进入步骤四；
步骤四，停止WRF模型的初始场数据代入，运行预设时间后，根据WRF模型输出的模拟数据，即得到最终所需数据。
代入WRF模型中的初始场数据和扰动模拟数据均包括的气流垂直速度、当前气压和水平风速。
修改初始场数据是将初始场数据与扰动模拟数据相加。
WRF模型预设的运行时间为1s～5min。
最后一组修改后的初始场数据代入WRF模型中后，WRF模型计算24小时的模拟数据作为结果，进行输出。
模拟设备喷射气流的总时间大于一小时。
与现有技术相比，本发明通过将初始场数据代入WRF模型中计算出模拟数据，再重复迭代模拟数据与初始场数据进入WRF模型中计算，最终得到模拟人工强大气流对逆温层扰动的数据，本方法在WRF模型模拟计算的基础上，结合模拟结果快速形成一套对一定区域实施人为气象要素干扰的方法，本发明能够模拟计算出大型人工气流强扰动设备持续工作时对一定区域大气边界层直至上空产生的扰动强度、范围大小、持续时间等结果，在任何地区都具有使用价值。
附图说明
图1为本发明在280米高度敏感性试验减去控制试验得到的结果；
图2为实施例中模拟中心点垂直速度随时间变化图；
图3为实施例中模拟中心点垂直风廓线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明包括以下步骤：
步骤一，确定模拟设备喷射气流的总时间，并设定初始场数据；
步骤二，将初始场数据代入WRF模型中进行计算，运行预设时间后，输出与实际喷射气流一致的扰动模拟数据；
步骤三，根据扰动模拟数据与喷射气流的实际特征修改初始场数据，将修改后的初始场数据作为初始场数据，并返回步骤二，直至达到喷射气流实际喷射时间，将最后一组修改后的初始场数据代入WRF模型中，进入步骤四；
步骤四，停止WRF模型的初始场数据代入，WRF模型计算24小时的模拟数据作为结果，输出模拟数据，即得到最终所需数据。
初始场数据和模拟数据均包括代入WRF模型中的气流垂直速度、当前气压和水平风速，修改初始场数据是将初始场数据与模拟数据相加。
优选的，WRF模型预设的运行时间为1s～5min，模拟设备喷射气流的总时间大于一小时。
实施例：
1模式参数设置
1.1模式时间积分步长：外层：45秒。内层：15秒。
1.2模式网格点步长：外层：dx：15000米，dy:15000米。内层：dx：5000米，dy:5000米(外层3000米，内层1000米)。
1.3参数化方案：
1.4微物理过程方案：WSM 3类简单冰方案。
1.5长波辐射方案：rrtm方案。
1.6短波辐射方案：Dudhia方案。
1.7调用辐散物理方案的时间间隔：30min。
1.8近地面层(surface-layer)方案：Monin-Obukhov方案。
1.9陆面过程方案：Noah陆面过程方案。
1.10边界层方案：YSU方案。
1.11调用边界层物理方案的时间间隔：0(表示表示每一个时间步长都调用边界层物理方案)。
1.12积云参数化方案:浅对流Kain-Fritsch(new Eta)方案。
1.13积云参数化方案的调用时间间隔：5min。
1.14模式物理过程：微物理过程。
1.15Lin方案：Lin方案来自Purdue云模式。考虑了六种水物质:水汽、云水、雨水、云冰、雪以及霰。所有的参数化项都是在Linetal.以及Rutledge和Hobbs的参数化方案的基础上得到的，某些地方稍有修改，饱和修正方案采用Tao的方法。
表1为人工大型设备的喷射气流参数表
Z中的高度与模式输出的层数对应，本发明主要修改垂直速度，用Vz代替初始场的垂直速度值。
先对WRF模式运行的初始场数据进行修改，初始时刻按照敏感性试验方案修改，主要是垂直速度、气压、水平风速，使其符合人工大型设备的喷射气流实测数据，然后将修改的初始场数据代入模式运行，运行5分钟后输出模拟数据，再将该模拟数据作为初始场，继续按照人工大型设备的喷射气流实测数据修改垂直速度、气压、水平风速，修改后的数据场最为初始数据场再次代入模式运行，再次运行5分钟后输出模拟运算数据，然后再次将该数据作为初始场，按照人工大型设备的喷射气流实测数据修改垂直速度、气压、水平风速，修改后继续代入模式运行，循环这一过程，直至达到人工大型设备实际一般可连续工作的时限，一个小时。这样做是为了模拟人工大型设备持续工作是强大的喷射气流对大气产生的连续的源源不断的扰动，第12次代入模式运行时就一直运行计算24小时输出结果，是为了模拟运算人工大型设备停机后，后续24小时内大气的变化情况。本发明率先在持续性强气流对逆温层破坏扰动模拟中设计使用了这一输出数据修改迭代运行的技术路线，并得到了人工大型设备持续工作时强扰动气流对模拟点上空垂直速度持续变化结果，如图2所示，以及模拟中心点垂直风廓线，如图3所示。
2WRF模拟结果
2.1影响高度400米
在400米高度，扰流设备垂直向上的大气射流，造成400米高度出现1m/s左右的下沉风速，区域大致为30KM×20KM，在扰流设备持续的6小时内，该区域明显，扰流设备结束6小时后(模式模拟输出的第12小时结果)，该区域消散为微小块状区域；
2.2影响高度770米
在770米高度，扰流设备持续的6小时内，出现大于1.2m/s的下沉气流，区域大致为30KM×20KM，同时在扰流设备持续一小时后，在该区域南边出现一个对应的气流上升区，气流上升区的面积远小于下降区，但明显显示与气流下沉区的对应与半生关系，该结论与单个扰流设备触发也伴生气流上升区结论一致。扰流设备结束6小时后(模式模拟输出的第12小时结果)，该高度层趋于平静。
2.3影响高度1070米
在1070米高度，扰流设备持续的6小时内，出现大于1.2m/s的下沉气流，区域同样大致为30KM×20KM，同时在扰流设备持续一小时后，在该区域南边出现一个对应的气流上升区，气流上升区的面积也是小于下降区，与770米不同的是，该层在扰流设备持续1个半小时后，上升气流区的中心出现大于0.8m/s的上升风速，较770米高度更大一些，在扰流设备继续持续的后续时间中(2到3个半小时)看的更明显，扰流设备结束6小时后(模式模拟输出的第12小时结果)，上升与下沉区域基本消散。
2.4影响高度1450米
在1450米高度，同样出现气流下降与上升区域，模拟现实该区域的面积与400米、770米、1070米高度大小一致，但是垂直气流明显小于1070米，可见扰流设备对大气的垂直影响高度大致略高于1500米，同时模拟显示扰流设备持续两个小时，才能在该层产生较强的下沉与上升气流。
2.5影响结果
扰流设备停车结束3小时，对该层的影响已经开始消散。对相对湿度而言，通过模式模拟，输出的100米，180米，280米层的相对湿度，可以看到，扰流设备周围上空的对相对湿度有大约10％到20％的增加，区域范围与扰流设备引起的扰动面积一致，在扰流设备射流周围存在相对湿度减少区域，总体数值都不是很大，但影响时间大于扰流设备对垂直气流的影响时间，模拟显示扰流设备结束后，可持续影响对应区域湿度约18小时。扰流设备垂直向上的大气射流，对温度产生一定影响，在扰流设备射流周围存在温度增加区域，面积与气流扰动面积对应，其余地方为温度减少区域，增温变化幅度较明显。对于水平风速，模拟显示扰流设备影响较小，未有明显变化。
参见图1，从280米高度处敏感性试验减去控制试验得到的结果可以明显看出，按照人工大型设备喷射气流随高度的大小实测值修改了WRF模式模拟运算的初始场之后，人工大型设备扰动效果明显，在模拟中心点(人工大型设备所在位置处)出现了明显的大气向上垂直运动，在280米高度处影响直径大约在15公里左右，其它层结果同样明显，。说明WRF模式能模拟人工大型设备强喷射气流对大气的扰动。
敏感性试验结果减去控制试验结果，可以反映出WRF模式是否能够模拟刻画出人工大型设备的影响，但还不能如实模拟人工大型设备持续工作(如连续工作一小时)对大气逆温层造成的扰动强度、范围以及该扰动可以持续的时间。为此设计了本发明的方法，模拟人工大型喷射设备，能够计算出大型人工气流强扰动设备持续工作时对一定区域大气边界层直至上空产生的扰动强度、范围大小、持续时间等结果。
本发明已率先在国内实现了人工大型设备喷射强气流扰动破坏逆温层的测试试验，并获得了局地的成功与大量的实测数据，为获得人工大型设备扰动破坏逆温层的范围、强度和逆温层被破坏后持续时间，并做了专门的研究和大量的数值模拟试验，其中利用气象WRF(Weather Research Forecast)模式模拟测算出大尺度下逆温层被破坏扰动的范围和强度以及后续持续时间，并被模拟结果验证。

Claims (6)

1.一种模拟人工强大气流对逆温层扰动的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，确定模拟设备喷射气流的总时间，并设定初始场数据；
步骤二，将初始场数据代入WRF模型中进行计算，运行预设时间后，输出与实际喷射气流一致的扰动模拟数据；
步骤三，根据扰动模拟数据与喷射气流的实际特征修改初始场数据，将修改后的初始场数据作为初始场数据，并返回步骤二，直至达到喷射气流实际喷射时间，将最后一组修改后的初始场数据代入WRF模型中，进入步骤四；
步骤四，停止WRF模型的初始场数据代入，运行预设时间后，根据WRF模型输出的模拟数据，即得到最终所需数据。
2.根据权利要求1所述的一种模拟人工强大气流对逆温层扰动的方法，其特征在于，代入WRF模型中的初始场数据和扰动模拟数据均包括的气流垂直速度、当前气压和水平风速。
3.根据权利要求1所述的一种模拟人工强大气流对逆温层扰动的方法，其特征在于，修改初始场数据是将初始场数据与扰动模拟数据相加。
4.根据权利要求1所述的一种模拟人工强大气流对逆温层扰动的方法，其特征在于，WRF模型预设的运行时间为1s～5min。
5.根据权利要求1所述的一种模拟人工强大气流对逆温层扰动的方法，其特征在于，最后一组修改后的初始场数据代入WRF模型中后，WRF模型计算24小时的模拟数据作为结果，进行输出。
6.根据权利要求1所述的一种模拟人工强大气流对逆温层扰动的方法，其特征在于，模拟设备喷射气流的总时间大于一小时。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110898579A (zh) * 2019-11-08 2020-03-24 蔡仁 一种破坏逆温层治理大气污染的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105403664A (zh) * 2015-10-19 2016-03-16 电力规划设计总院 一种基于wrf-chem的大型点污染源大气环境影响评价方法
US20160203245A1 (en) * 2015-01-14 2016-07-14 State Grid Corporation Of China Method for simulating wind field of extreme arid region based on wrf
CN108009330A (zh) * 2017-11-24 2018-05-08 南京大学 增加气象模式接口的中尺度大气光化学污染模拟预测算法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160203245A1 (en) * 2015-01-14 2016-07-14 State Grid Corporation Of China Method for simulating wind field of extreme arid region based on wrf
CN105403664A (zh) * 2015-10-19 2016-03-16 电力规划设计总院 一种基于wrf-chem的大型点污染源大气环境影响评价方法
CN108009330A (zh) * 2017-11-24 2018-05-08 南京大学 增加气象模式接口的中尺度大气光化学污染模拟预测算法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张碧辉等: "MYJ和YSU方案对WRF边界层气象要素模拟的影响", 《地球物理学报》 *
张颖等: "四川盆地一次污染过程的WRF模式参数化方案最优配置", 《环境科学学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110898579A (zh) * 2019-11-08 2020-03-24 蔡仁 一种破坏逆温层治理大气污染的方法

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