一種環(huán)境大氣條件對空氣質(zhì)量影響的綜合參數(shù)化評測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及影響空氣質(zhì)量的環(huán)境大氣條件的診斷識別與預(yù)警。更具體地，涉及一 種環(huán)境大氣條件對空氣質(zhì)量影響的綜合參數(shù)化評測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人類生存條件改善需求領(lǐng)域愈加深刻廣泛?？諝赓|(zhì)量問 題直接影響人體健康，大氣成分含量超標(biāo)的長期效果會影響地球氣候環(huán)境變化。人類活動(dòng) 主要是在近地面的大氣環(huán)境中，人類居住的1500米以下低空大氣空氣質(zhì)量及影響環(huán)境，包 括霾-霧、沙塵等都是導(dǎo)致能見度降低，空氣混濁度加大，是人群生存環(huán)境中的空氣質(zhì)量轉(zhuǎn) 差的一種災(zāi)害天氣現(xiàn)象。此現(xiàn)象在大氣流體邊界層中形成，其特征是，微小顆粒物與水汽的 物理化學(xué)作用與混合過程密切聯(lián)系，尤其在邊界層中"靜穩(wěn)類"氣團(tuán)中，氣流湍流混合過程 有利于氣溶膠顆粒物的水化過程，導(dǎo)致氣溶膠濃度在低空聚積加大，使污染物濃度上升，人 群生存環(huán)境空氣質(zhì)量變差。
[0003] 空氣質(zhì)量通常以環(huán)境大氣主要成分質(zhì)量濃度（?]?1(|、?]\12.5、50 2等）來標(biāo)定?？諝赓|(zhì) 量的優(yōu)劣主要受排放源和環(huán)境大氣條件影響。在前者相對穩(wěn)定少變的情況下，環(huán)境大氣條 件的影響就至關(guān)重要了，從幾公里小微尺度到幾百乃至數(shù)千公里的大尺度環(huán)境大氣中，諸 多因子產(chǎn)生不同影響，靠單一氣象要素（如氣溫、濕度、氣壓等）的貢獻(xiàn)是有限。但事實(shí)上， 多種大氣要素對空氣質(zhì)量影響貢獻(xiàn)的測查結(jié)果往往千差萬別，甚至相互矛盾。目前，有效定 量評估由大氣環(huán)境條件對大氣污染加重或減輕影響的方法和產(chǎn)品尚不多，且目前所使用的 方法的準(zhǔn)確性有待提尚。
[0004] 因此，發(fā)展大氣污染環(huán)境條件診斷測評方法以及相應(yīng)的軟件技術(shù)，提高空氣質(zhì)量 檢測預(yù)警能力，一直是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)研宄的前沿課題，并有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的環(huán)境大氣條件對空氣質(zhì)量影響的評測方法的準(zhǔn)確性不高的問 題，本發(fā)明提供了一種環(huán)境大氣條件對空氣質(zhì)量影響的綜合參數(shù)化評測方法。
[0006] 本發(fā)明提供的環(huán)境大氣條件對空氣質(zhì)量影響的綜合參數(shù)化評測方法，包括以下步 驟：獲取影響空氣質(zhì)量的敏感大氣環(huán)境參數(shù)，并將敏感大氣環(huán)境參數(shù)表示為大氣邊界層小 微尺度動(dòng)力的參數(shù)化描述0 (O和大尺度環(huán)境大氣條件的參數(shù)化描述a(m);通過公式1 計(jì)算大氣邊界層小微尺度動(dòng)力的參數(shù)化描述0 (O;通過公式2計(jì)算大尺度環(huán)境大氣條件 的參數(shù)化描述a(m);由公式3計(jì)算出聯(lián)接大氣邊界層小微尺度動(dòng)力和大尺度環(huán)境大氣條 件的綜合參數(shù)PLAM，公式1、公式2和公式3如下：
[0007] 0 (^ )= 1+(1-exp(-^2/2)) 1
[0009]PLAM= 0 ⑷Xa(m) 3
[0010] 其中，e為大氣邊界層動(dòng)力學(xué)綜合影響參數(shù)，0J%濕相當(dāng)位溫、f。為濕空氣凝結(jié) 率、c p為定壓比熱、T為氣溫。
[0011] 在上述環(huán)境大氣條件對空氣質(zhì)量影響的綜合參數(shù)化評測方法中，還包括：通過公 式5計(jì)算（，其中，G為大氣邊界層動(dòng)力學(xué)綜合影響參數(shù)，
[0012] K, =Y.K, 'j/3(i = 1, 2, 3) 5
[0013] 在上述環(huán)境大氣條件對空氣質(zhì)量影響的綜合參數(shù)化評測方法中，計(jì)算G還包括 通過公式6計(jì)算G '，
[0014] ^ 1 = f (tzx,u*,Ri*) 6
[0015] 其中，^為邊界層中，對氣溶膠濃度升降有顯著影響的一組敏感物理量系列， Tzx，u% Ri#分別為邊界層中湍流垂直輸送應(yīng)力、中性穩(wěn)定條件的湍流摩擦速度和濕李查遜 數(shù)臨界值。
[0016] 在上述環(huán)境大氣條件對空氣質(zhì)量影響的綜合參數(shù)化評測方法中，通過公式6計(jì)算 ^還包括：通過公式7計(jì)算T zx
[0017] tzx= pU'W' 7
[0018] 公式7中U'、W'分別為實(shí)際觀測的擾動(dòng)風(fēng)速的水平和垂直分量，P為流體密度；
[0019] 通過公式8計(jì)算u""
[0021] 公式8中x為卡曼常數(shù)0. 4,[為平均風(fēng)速，Z為高度，為粗糙度；
[0022] 通過公式9計(jì)算Ri，臨界參數(shù)Ri#通過公式10計(jì)算
[0025] 其中，當(dāng)濕李查遜數(shù)Ri達(dá)到臨界值，有利于邊界層小尺度湍流混合過程得到適當(dāng) 發(fā)展，引導(dǎo)霾霧天氣發(fā)生。
[0026] 在上述環(huán)境大氣條件對空氣質(zhì)量影響的綜合參數(shù)化評測方法中，其中，通過公式 11計(jì)算^的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)值：
[0027] W 11
[0028]其中，i = 1，2, 3,分別對應(yīng)（tzx，u% R〇，G 和G ' ^_分別為各參數(shù)的 最大值和最小值。
[0029]在上述環(huán)境大氣條件對空氣質(zhì)量影響的綜合參數(shù)化評測方法中，其中，根據(jù)公式 12計(jì)算大尺度環(huán)境大氣條件參數(shù)化描述a (m):
[0031] 公式12中，0 6為濕相當(dāng)位溫、f。為濕空氣凝結(jié)率、L為水汽的凝結(jié)潛熱、W為空氣 的混合比、Cp為定壓比熱、T為氣溫。
[0032] 在上述環(huán)境大氣條件對空氣質(zhì)量影響的綜合參數(shù)化評測方法中，計(jì)算包括：根據(jù) 公式13計(jì)算濕相當(dāng)位溫0 6;根據(jù)公式14計(jì)算相當(dāng)位溫9 :
[0035] 其中，06為濕相當(dāng)位溫，0為相當(dāng)位溫，L為水汽的凝結(jié)潛熱、W混合比、C p為定 壓比熱、T為氣溫，Rd為干空氣氣體常數(shù)、P為氣壓。
[0036] 在上述環(huán)境大氣條件對空氣質(zhì)量影響的綜合參數(shù)化評測方法中，計(jì)算包括：根據(jù) 公式15計(jì)算濕空氣凝結(jié)率f。;根據(jù)公式16計(jì)算干空氣凝結(jié)率f
[0039] 上式中噸為比濕、y d為干絕熱直減率、T為氣溫、Cp為定壓比熱、P為氣壓，其中， 根據(jù)公式17計(jì)算干絕熱直減率y d，通過公式18計(jì)算比濕qs計(jì)算：
[0042] 其中，Rd為干空氣的比氣體常數(shù)，T d為露點(diǎn)溫度，a和b為大氣物理常系數(shù)。
[0043] 在上述環(huán)境大氣條件對空氣質(zhì)量影響的綜合參數(shù)化評測方法中，由公式19計(jì)算 獲取適應(yīng)時(shí)空比對的標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)PLAMs:
[0044] PLAMs= [(PLAM-PLAMmin) / (PLAMmax-PLAMmin) ]X100 19
[0045] 其中，PLAMmax為所計(jì)算地區(qū)PLAM的歷史極大值，PLAMmin為計(jì)算地區(qū)PLAM的歷史 極小值。
[0046] 在上述環(huán)境大氣條件對空氣質(zhì)量影響的綜合參數(shù)化評測方法中，獲取影響空氣質(zhì) 量的敏感大氣環(huán)境參數(shù)包括：確認(rèn)表征影響空氣質(zhì)量的基本變量，分別篩選其待求相關(guān)敏 感因子；各待篩選的敏感相關(guān)因子，通過公式20求相關(guān)系數(shù)：
[0048] 式中yp ji分別為根據(jù)權(quán)利要求1待確認(rèn)的影響空氣質(zhì)量的相關(guān)基本變量序列及 其均值；Xi、I:分別為待篩選敏感因子序列及其均值；選取統(tǒng)計(jì)相關(guān)顯著水平達(dá)0. 001的 因子為影響空氣質(zhì)量的敏感大氣環(huán)境參數(shù)。
[0049] 本發(fā)明所提供的環(huán)境大氣條件對空氣質(zhì)量影響的綜合參數(shù)化評測方法，能夠客觀 定量描述環(huán)境大氣條件對大氣污染物的擴(kuò)散稀釋能力；且通過實(shí)例分析證明，通過本發(fā)明 方法計(jì)算得到的結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確率，對大氣環(huán)境監(jiān)測預(yù)警展示出較強(qiáng)的評測能力，因 此具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，適用于大氣污染檢測、評估、預(yù)警及防治等相關(guān)的科研與業(yè)務(wù) 應(yīng)用領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0050] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)方法中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例 中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些 實(shí)施案例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，基于本原創(chuàng)性技術(shù)，還可以根據(jù)這些附圖獲得其 他的附圖。
[0051] 圖1A為根據(jù)公式（12)~（14)計(jì)算得到的北京2009年1月至2011年10月共計(jì) 1006次觀測計(jì)算的濕相當(dāng)位溫24小時(shí)變量〇 ( S 0 e)與參數(shù)PM' =( 0 e/ S 0 e)趨大的定 量關(guān)系曲線；圖1B為北京2007-2008年冬半年實(shí)際觀測資料計(jì)算的濕相當(dāng)位溫24h變化標(biāo) 準(zhǔn)差〇 (S 0J與PM2.5濃度觀測分布的點(diǎn)聚圖。
[0052] 圖2是由本發(fā)明方法計(jì)算得到2014年2月下旬（即2014年2月20~26日）的 PLAM 24h預(yù)測值與關(guān)聯(lián)霧霾（污染）現(xiàn)象的大氣水平能見度相關(guān)分析；
[0053] 圖3為由本發(fā)明方法計(jì)算得到的2008年1月1日-12月31日逐日24小時(shí)預(yù)測 與空氣污染指數(shù)API實(shí)況值的相關(guān)分析。
[0054] 圖4是由本發(fā)明公式⑴~（18)計(jì)算得到的2015年5月10日09時(shí)四川地區(qū)空 氣污染環(huán)境大氣條件參數(shù)PLAM的分布。
[0055] 圖5A是由本發(fā)明方法計(jì)算得到的2007-2008年2年逐日（732天）的PLAM指數(shù) 24h預(yù)測與觀測PM 2.5的相關(guān)分析；圖5B是采用2009~2012年1465(日）組實(shí)際觀測資 料，由本發(fā)明方法計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)PLAMs與可吸入顆粒物PM 1(I濃度實(shí)況值的相關(guān)分 析。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清晰、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施案例，而不是全部?；诒景l(fā)明 中的實(shí)施案例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施案例，都屬于本發(fā)明保護(hù)