空气污染预报实习论文.doc

平流扩散及随机游动方法预报污染物浓度的比较分析学生姓名:叶丹大气物理 20061320005 指导教师:王咏薇摘要本文应用平流扩散及随机游动这两种方法分别预报北京方庄小区污染物浓度分布, 并用 Grads 绘制各自预报所得的污染物浓度分布图,以此对这两种方法做简单的对比分析。关键词平流扩散随即游动污染物浓度预报一、引言如今, 大型工厂越来越多, 环境污染也越发严重, 当工厂、机车等排放的污染物进入大气层后, 通过扩散稀释、转化、迁移和清除在大气层内散布开来, 如何了解污染物的扩散规律对我们控制和预报污染物的变化是非常有用的。目前采用的预报方法分为统计预报和数值预报两种。而平流扩散是一种数值预报方式, 是以梯度输送理论为基础求解湍流扩散方程的方法, 在大气扩散理论处理和应用中起着重要作用, 当前, 中小尺度数值模式大多采用高阶闭合, 而大尺度区域的扩散输送问题仍然采用 K 闭合。而随机游动是一种新的扩散模拟方法, 又称蒙特卡洛模拟或马尔科夫链模拟。随机游动扩散模拟使统计理论的发展不必受平稳和均匀假设的限制, 随着高速、大容量电子计算机的发展,这种基于大量粒子轨迹统计的数值处理的扩散模拟,有可能较为经济地实施运行,因而开始得到广泛的应用和发展。二、方法介绍 1 、平流扩散基本原理: 将雷诺平均方程中的湍流粘性应力项采用湍流半经验理论进行闭合, 按照欧拉方法处理扩散问题。主要方法: 采用梯度输送理论, 即由湍流运动引起的局地质量通量与该地被扩散的平均浓度梯度成正比,方向相反。, , xq u q K x ? ?????, , , yq v q K y ? ?????, , , zq wq K z ? ?????①xK ,yK ,zK 为 x,y,z 三个方向的湍流扩散系数。再由连续方程, ( ) ( ) ( ) q uq vq wq t x y z ? ?? ????? ??? ?? ???? ?, 将速度和浓度写成平均值和脉动值之和,取雷诺平均后将①式代入,得普遍形式的湍流扩散方程再写成三维显式差分格式: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 , , , , 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ,22222& 2 2 n n n n n n n n n n j j j n n i i i i i i i i j k i j k x y n n n n n n n n n n n j i i i n k k k k k k k z