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1、CALPUFF 烟团扩散模块烟团扩散模块-CALPUUFF 烟团扩散模型简介烟团扩散模型简介CALPUFF 是一个用来模拟不稳定状态的多层、多物种污染的高斯型烟团扩散模式，它适用于模拟时空都在变化的气象条件下污染物的迁移、转化和清除。考虑了复杂地形的影响，水上传输，海岸的交界影响，建筑物的下沉影响，干湿沉降以及简单的化学转化，以平流扩散的方式模拟从源排放出来的污染物，可以估算的出在预设点的浓度和沉降量。CALPUFF 模块特征CALPUFF 烟团扩散模式具有以下特点：1）可以处理时变的点源、面源污染2）可以模拟几十米到几百公里的区域3）可以预测一小时到一年的污染物浓度4）考虑了污染物的线性去除
2、过程和化学转化机制5）适合于粗糙、复杂地形条件下的模拟。CALPUFF 模块中的一些选项CALPUFF 中主要的选项包括以下类别的变量及参数的选择: 源类（Source types）点源、面源、线源和体源的变量和常数选项。 不稳定状态下的排放及气象条件 三维气象场变量（风和温度） 混和层高度、摩擦速率、湍流系数、Monin-Obukhov 长度及降水速率等变量的空间变量场 扩散系数 时变的源排放数据 取样时的有效函数（Efficient sampling functions） 扩散系数选项（和） 直接测量的和 通过相似性理论计算的和 适合于郊区的 Pasquill-Gifford (PG)扩散
3、系数 适合于城镇的 McElroy-Pooler (MP)扩散系数 适合于中性或稳定条件下的 CTDM 扩散系数 风的垂直煎切作用 烟羽的抬升作用 局部的烟羽穿透作用 浮力抬升和动力抬升 烟筒的阻挡影响（Stack tip effects） 风的垂直煎切作用 建筑物下洗影响 建筑物下洗作用在模拟建筑物对烟羽的下洗作用时有两种方法可供选择：Huber-Snyder 法和 Schulman-Scire 法。 复杂次地形的影响作用。以为分界线，烟羽位于之上时，会沿着山体等爬升而改变扩散速度；烟羽位于之下时，烟羽围绕山体扩散。 分界面Time-varying heat flux and emissio
4、ns from controlled burns and wildfires. 干沉降（气体或颗粒物）在处理烟羽中气体或颗粒物的干沉降作用时，有三个选项： 通过模型系统地计算干沉降地时空变化 用户指定个污染物质的日循环 不考虑干沉降 海陆间的相互作用 海上边界层参数的选择 气象条件和海岸边烟羽扩散的突变 烟羽裂变 化学转化选项 、与间的化学转化机制(MESOPUFF II 法) 用户指定的化学转化速率 不考虑化学转化 湿沉降（Wet Removal） 净化系数的选择 受降水强度和降水类型影响的去除率 Graphical User InterfaceCalpuffCalpuff 外部输入文件：外
5、部输入文件：CalmetCalmet一一CALMET 气象模型气象模型-CALMET 模块所需输入的数据及计算机格式要求模块所需输入的数据及计算机格式要求CALMET 气象模块数可以输入多种数据，常用的输入数据简要概述如下： 地面站气象数据（Surface Meteorological Data）CALMET 模块要求输入尽量多的气象地面站的每日逐时观测资料，包括风速、风向、气温、云底高度、云量、气压和相对湿度。对于所获得的地面站观测资料，允许温度，云量、气压等数据有缺失时，但应用最近的地面站数据取代那些无效值。 探空气象数据（Upper Air Data）CALMET 模块要求输入至少 1
6、个气象探空站的每日探空资料，包括风速、风向、气温、气压和抬升高度的垂直廓线。对于所获得的观测资料，如果风速、风向或温度等有缺失时，探空站中通过内插的方法获得数据取代那些无效值。 海上观测数据(Overwater Observations) 如果所模拟的区域包括水面或受海洋的影响很大时，模型应用软件中还涉及到了海上气流的传输和扩散，因而 CALMET 边界层模块中还需要观测海面气流中的一些参数，包括：海气温度差、气温、相对湿度、海上混和层高、风速风向等。 地理数据（Geophysical Data）CALMET 模型还要求需要输入地理数据，包括网格化了的海拔高度和土地利用类型数据。有时也需要输入
7、一些其它网格化了的地理参数，比如：地表粗糙度、反照率、波恩比、土壤热通量常数、人为热通量及植被覆盖率等。在对以上数据进行预处理时，需要变成 National Climatic Data Centers (NCDC)的格式输入计算机，或者可以以外部文件的形式输入。二二CalmetCalmet 数据具体说明数据具体说明 地理数据文件地理数据文件 (GEO.DAT)(GEO.DAT)GEO.DAT 文件中包含的是 CALMET 模块中所需的地理数据，包括土地利用类型、海拔高度及一些其它地表参数（如：地表粗糙度、反照率、波恩比、土壤热通量参数等），其中土地利用类型和海拔高度以网格化的形式输入。模型中提
8、供了与土地利用类型相关的参数默认值。具体 GEO.DAT 文件格式见表 22。包括文件标题（小于 80 字符）、X 轴网格数目、Y轴网格数目、水平网格间距、模拟区域起始点坐标(X、Y)、模拟区域所处的 UTM 区域（全球共分 60 个区）、是否使用缺省土地使用类（0 表示使用，1 表示不使用）、土地利用类型数据库、海拔高度数据库。默认的土地利用类型基于美国的土地利用分类系统（USGS） ，见表 2-3.在美国土地利用类型分类系统中，把土地利用类型分为 14 类，即城镇用地、农业非灌溉用地、农业灌溉用地、牧地、林地、小水体、河口用地、大水体、沼泽地、覆盖有植被的沼泽地、无植被覆盖的沼泽地、裸露地
9、、冻土和冰原地带。各种土地利用类型都有相应的标号，另外，在这 14 种类型中又有更细的划分，共分为 52 类。比如城镇用的又可分为工业用地、住宅用地、商业用地等。在确定土地利用类型时，可以通过查询获得CALMET 模块使用说明模块使用说明-CALMET 外部输入文件外部输入文件(2)发布日期：2011/2/16 13:47:19 来源： 作者： 点击：15 探空数据文件探空数据文件(UP1.DAT、UP2.DAT)CALMET 的探空文件是从 UPn.DAT 中读取的。建立探空数据文件时，可以通过READ56 或者 READ62 预处理程序处理成 NCDC 格式，也可以通过 FORTTRON
10、语言编制应用程序，输出后使数据格式与指定的格式相符。具体 UPn.DAT 文件格式见表 24。文件中包含的内容有：开始年、序列天、格林威治（GMT）时；结束年、序列天、格林威治（GMT）时；TOP 层压强；初始文件夹格式（TD-6201 格式或 NCDC CD-ROM 格式)、数据块（压强、海拔高度、温度、风速和风向）。表 24 UPn.DAT 文件格式CALMET 模块使用说明模块使用说明-CALMET 外部输入文件外部输入文件(3) 地面站数据文件地面站数据文件(SURF.DAT)CALMET 中对于 SURF.DAT 文件可以通过两种方式建立。一种是通过 SMERGE气象预处理程序建立，
11、SMERGE 预处理程序可以把时测到的地表气象数据转化成与CALMET 模型相适应的 NCDC 格式。这种方法适合于有很多地面站、数据量很大的情况下使用。第二种方法是根据给定的格式手写入所需的数据，数据量小的时候可以使用这种方法。表 25 是一个关于 SURF.DAT 的简单的例子。在 SURF.DAT 文件中，包含有：开始和结束的年、序列天和当地时间；时区；站数和站号及数据快（风速、风向、云层高度、云量、气温、相对湿度、压强及降水编号0 表示没有降水，1-18 表示液态降水，45 表示固态降水） 。数据都是以 FORTRAN 语言格式读取的。CALMET 模块使用说明模块使用说明-CALME
12、T 外部输入文件外部输入文件(4) 海洋数据文件海洋数据文件(SEA1.DAT, SEA2.DAT, .)当所模拟的区域内有水域的存在时，CALMET 模型中要考虑水气的传输于扩散，而且在选择边界层参数时，应该观测水气温度差异、空气气温、相对湿度及海上混和层高度。尽管在 CALMET.INP file 中气温直减率有默认值，但是当考虑了水气温差后，必须重新给定气温直减率。在 SEAn.DAT 文件中，通过特殊的方式观测了风速和风向。另外，海洋站观测的数据不能对其进行插补，只能用SURF.DAT 文件代替 SEA.DAT 文件，而且 SEA.DAT 文件中不能有风速、风向等数据的缺失，否则会出现
13、错误的结果。表 2-6 为一个简单的 SEA.DAT 文件例子。所包含的内容为：站名；ID 号及数据块观测点 UTM 坐标（X、Y） 、经度、纬度、开始年、开始序列天、开始时、结束年、结束序列天、结束时、水气温差、气温、湿度、混和层高度、混和层气温下递减率、混和层气温上递减率、风速和风向。CALMET 模块使用说明模块使用说明-CALMET 外部输入文件外部输入文件(5) 降水数据文件降水数据文件(PRECIP.DAT)当 CALPUFF 模型中考虑湿气消除运算法则（wet removal algorithm）时，CALMET 就必须生成网格化的时变降水率。可以通过 PXTRACT 和 PME
14、RGE 预处理程序重新格式化 NWS 降水数据生成可被 CALMET 模型接受的 TD-3240 格式。具体PRECIP.DAT 文件见表 2-7。文件中包含：开始年、序列天、时；结束年、序列天、时；时区、站数、站 ID 号及数据快（年、序列天和降水量） 。国内没有 PXTRACT 可以处理的降雨量数据，可以写好单站的 TD3240 文件直接用PMERGE 得到所需的降雨量文件 PRECIP.DAT。单站 TD3240 文件格式见图 3-5 和表 3-5。（6）CALMET 模块使用说明模块使用说明-CALMET 的输出文件（的输出文件（CALMET.DAT）CALMET.DAT 文件包含的是
15、 CALMET 模块生成的气象场数据，也包括一些CALMET 模块、CALGRID 和 CALPUFF 模块都所需的地理数据如：海拔高度、地表粗糙度及土地利用类型等。不同的是 CALGRID 需要输入三维的温度场和垂直速率而 CALPUFF模块去不需要，因而需要通过 CALMET 模块生成气象场时转化那些变量。CALMET.DAT 文件由 15 组记录描述和一系列的时变数据组成。15 组记录性的描述分别代表：模块运行标题、网格系统、垂直高度的确定、地面站坐标、探空站坐标、降水站坐标、地表粗糙度、土地利用类型、海拔高度、叶面积指数、距离各网格点最近的气象站。所包含的具体变量和数据块描述见表 38
16、。表 38 CALMET.DAT 所含变量及数据块序号变量序号变量描述标题记录12222222222222222222222112345678910111213141516171819202122TITLEVERLEVELIBYRIBMOIBDYIBHRIBTZIRLGIRTYPENXNYNZDGRIDXORIGRYORIGRIUTMZNIWFCODNSSTANUSTANPSTANOWSTANLUCALMET 运行时用户指定的标题（不超过 80 字符）CALMET 模型的版本数CALMET model level number开始年开始月开始天开始时时区运行时长运行类型（0 只考虑风场，1 风场和微气象场都考虑）X 方向的网格数Y 方向的网格数垂直方向的层数网格间距模拟区起始网格点 X 轴坐标模拟区起始
