基于CMAQ模型的空气质量措施评估方法、系统、存储介质和终端技术方案

本发明专利技术公开了一种基于CMAQ模型的空气质量措施评估方法、系统、存储介质和终端，包括排放情景文件生成步骤、评估工程文件编写步骤和程序运行步骤；所述的评估工程文件编写步骤包括以下子步骤：S21：利用config文件修改整个模拟过程中涉及的参数，包括模拟时段设置、WRF模型微物理参数设置、CMAQ模型光化学模块和沉降模块的设置、以及模拟区域设置；S22：气象场模拟：使用气象化学接口模块MCIP来进行气象模拟结果转换；S23：编写评估工程文件。本发明专利技术建立了基于Brute‑Force方法的措施评估体系，通过评估工程文件的方式实现情景模拟的流程控制和数据管理，极大程度简化了基于空气质量模型的措施评估技术。

Assessment methods, systems, storage media and terminals of air quality measures based on CMAQ model

The invention discloses an air quality measure evaluation method, system, storage medium and terminal based on CMAQ model, including emission scenario file generation step, evaluation engineering document compilation step and program operation step; the evaluation engineering document compilation step includes the following sub-steps: S21: modifying parameters involved in the whole simulation process by config file, including simulation time. Section settings, WRF model microphysical parameters settings, CMAQ model photochemistry module and settlement module settings, as well as simulation area settings; S22: Meteorological field simulation: meteorological chemistry interface module MCIP for conversion of meteorological simulation results; S23: preparation of evaluation engineering documents. The method establishes a measure evaluation system based on Brute Force method, realizes process control and data management of scenario simulation by evaluating engineering documents, and greatly simplifies the measure evaluation technology based on air quality model.

【技术实现步骤摘要】
基于CMAQ模型的空气质量措施评估方法、系统、存储介质和终端
本专利技术涉及基于CMAQ模型的空气质量措施评估方法、系统、存储介质和终端。
技术介绍
空气质量模式已成为我国大气污染防治相关科研工作的重要工具之一，可用于进行空气质量措施响应评估，用以定量明确不同污染管控措施对污染物浓度削减的作用，应用尺度可覆盖国家措施评估、省级措施评估、市级措施评估、乡镇级措施评估，并能够实现单点、单源的措施评估工作。目前国内外基于空气质量模型的评估方法主要包括两类，通过Brute-Force法和直接去耦法，前者即为灭灯法，是经典的响应评估方法，后者为近几年发展起来的新方法，以模型直接计算响应矩阵的方式获得不同排放削减量的浓度削减关系。Brute-Force方法物理意义明确，假设污染物浓度的变化与排放强度的变化直接相关，改变模型的排放数据输入并模拟即可得到对应的大气污染物浓度变化，具有数据处理简单、排放清单编制直观等优点，其缺点为计算量大，由于需要分别计算背景情景(通常称为零情景)和措施情景，需要利用空气质量模型进行多次模拟，计算次数与设计的情景数量直接相关，且受非线性响应的影响，进行控制类评估的过程中需要取不同的控制系数方能得到完整的控制曲线。直接去耦法利用空气质量模型的去耦模块进行计算，通过对排放源进行标记，在空气质量模拟的过程中分别计算不同排放源的敏感系数矩阵，从而得到不同排放源的贡献率，并计算不同控制措施下对应的污染物浓度削减情况，其优点在于对非线性响应的污染物具有较科学的评估结果，并且可在一次模拟中得到多个排放源类别、排放区域的贡献，其缺点主要为技术门槛较高，对模型使用人员的专业知识水平具有非常高的要求，且模型数据前处理困难，灵活性低，在城市级尺度上开展业务评估工作的难度较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于CMAQ模型的空气质量措施评估方法、系统、存储介质和终端。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：基于CMAQ模型的空气质量措施评估方法，包括排放情景文件生成步骤、评估工程文件编写步骤和程序运行步骤；所述的排放情景文件生成步骤包括以下子步骤：S11：收集污染管控措施；S12：量化污染管控措施：对不同的污染管控措施进行量化，明确不同污染管控措施对排放源的削减比例，并按照一定的规律(如按管控措施采取的部门、按不同行业类别)设计情景；S13：根据设计的编辑情景文件，并根据所述削减比例对排放清单进行调整；其中所述的情景文件包括三部分：第一部分为POLLUTANTSETUP，用于设置排放清单中污染物的排列顺序；第二部分为路径设置，包括为原始排放清单存放路径的输入清单路径、以及排放清单的输出数据路径；第三部分为对排放清单的操作部分，多个排放清单的操作部分之间以分隔符进行分隔，而每个排放清单的操作部分包括对排放清单中不同污染物的操作符、排放清单文件名、排放源ID，其中所述的不同污染物的操作符与第一部分的污染物排列顺序对应；所述的评估工程文件编写步骤包括以下子步骤：S21：利用config文件修改整个模拟过程中涉及的参数，包括模拟时段设置、WRF模型微物理参数设置、CMAQ模型光化学模块和沉降模块的设置、以及模拟区域Domain设置；S22：气象场模拟：调用天气研究与预报模型WRF进行气象模拟，使用气象化学接口模块MCIP来进行气象模拟结果的转换；S23：编写评估工程文件，所述的评估工程文件包括模拟起止时间、本次情景模拟是否需要热启动、本次模拟的名称、排放情景文件的名称、情景运行的模拟区域Domain、是否需要对外层区域进行模拟、是否对结果进行打包存储、是否中断后继续模拟；所所述的程序运行步骤基于排放情景文件和评估工程文件，实现空气质量模型的自动化模拟和数据处理，具体步骤包括包括：调用步骤S13中得到排放情景文件得到情景清单，调用稀疏矩阵排放模型SMOKE生成网格化排放清单，调用CMAQ模型实现空气质量的数值模拟，并进行数据后处理；根据设计的情景完成数值模拟后，即得到每个情景对应措施在污染物浓度下降上的效果。进一步地，所述的方法通过对CMAQ模型进行集成以简化模型运行流程，即通过动态生成脚本的方式实现不同模型的调用，通过不同的命令行参数实现对不同模块的调用，参数包括：D表示指定Domain，通过后跟数字实现；W表示运行天气研究与预报模型WRF模型完成气象场模拟，采用此参数时，自动忽略Domain设置，对所有Domain进行气象模拟；M表示运行气象化学接口MCIP模块生成CMAQ模型所需的气象场数据；S表示运行稀疏矩阵排放SMOKE模型生成CMAQ模型所需的netCDF格式四维排放数据；I表示调用初始场生成模块ICON生成模型所需的初始场；B表示调用边界场生成模块BCON生成模型所需的边界场；J表示调用净空光解率计算模块JPROC生成模型所需的净空光解率数据；C表示调用化学传输模型CCTM完成空气质量模拟；O表示组合模型组分，进行必要的单位转换，得到我国AQI计算方法所需的不同污染物浓度数据。进一步地，在程序运行步骤中，采用命令D1MSIBJCO实现；而对于排放清单的生成则采用命令D1S实现。进一步地，在步骤S22中，采用命令D1WM实现。本专利技术还提供基于CMAQ模型的空气质量措施评估系统，包括排放情景文件生成模块、评估工程文件编写模块和程序运行模块；所述的排放情景文件生成模块包括：污染管控措施量化单元：用于对不同的污染管控措施进行量化，明确不同污染管控措施对排放源的削减比例，并设计情景；文件编辑单元：用于根据设计的情景编辑情景文件，并根据所述削减比例对排放清单进行调整；其中所述的情景文件包括三部分：第一部分为POLLUTANTSETUP，用于设置排放清单中污染物的排列顺序；第二部分为路径设置，包括为原始排放清单存放路径的输入清单路径、以及排放清单的输出数据路径；第三部分为对排放清单的操作部分，多个排放清单的操作部分之间以分隔符进行分隔，而每个排放清单的操作部分包括对排放清单中不同污染物的操作符、排放清单文件名、排放源ID，其中所述的不同污染物的操作符与第一部分的污染物排列顺序对应；所述的评估工程文件编写模块包括：参数设置单元：利用config文件修改整个模拟过程中涉及的参数，包括模拟时段设置、WRF模型微物理参数设置、CMAQ模型光化学模块和沉降模块的设置、以及模拟区域Domain设置；气象场模拟单元：调用天气研究与预报模型WRF进行气象模拟，使用气象化学接口模块MCIP来进行气象模拟结果的转换；评估工程文件编写单元：编写评估工程文件；所述的评估工程文件包括模拟起止时间、本次情景模拟是否需要热启动、本次模拟的名称、排放情景文件的名称、情景运行的模拟范围Domain、是否需要对外层区域进行模拟、是否对结果进行打包存储、是否中断后继续模拟；所述的程序运行模块基于排放情景文件和评估工程文件，实现空气质量模型的自动化模拟和数据处理，具体包括：调用文件编辑单元中得到排放情景文件得到情景清单，调用稀疏矩阵排放模型SMOKE生成网格化排放清单，调用CMAQ模型实现空气质量的数值模拟，并进行数据后处理；根据设计的情景完成数值模拟后，即得到每个情景对应措施在污染物浓度下降上的效果。进一步地，所述的系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于CMAQ模型的空气质量措施评估方法，其特征在于：包括排放情景文件生成步骤、评估工程文件编写步骤和程序运行步骤；所述的排放情景文件生成步骤包括以下子步骤：S11：收集污染管控措施；S12：量化污染管控措施：对不同的污染管控措施进行量化，明确不同污染管控措施对排放源的削减比例，并设计情景；S13：根据设计的情景编辑情景文件，并根据所述削减比例对排放清单进行调整；其中所述的情景文件包括三部分：第一部分为POLLUTANT SETUP，用于设置排放清单中污染物的排列顺序；第二部分为路径设置，包括为原始排放清单存放路径的输入清单路径、以及排放清单的输出数据路径；第三部分为对排放清单的操作部分，多个排放清单的操作部分之间以分隔符进行分隔，而每个排放清单的操作部分包括对排放清单中不同污染物的操作符、排放清单文件名、排放源ID，其中所述的不同污染物的操作符与第一部分的污染物排列顺序对应；所述的评估工程文件编写步骤包括以下子步骤：S21：利用config文件修改整个模拟过程中涉及的参数，包括模拟时段设置、WRF模型微物理参数设置、CMAQ模型光化学模块和沉降模块的设置、以及模拟区域Domain设置；S22：气象场模拟：调用天气研究与预报模型WRF进行气象模拟，使用气象化学接口模块MCIP来进行气象模拟结果的转换；S23：编写评估工程文件，所述的评估工程文件包括模拟起止时间、本次情景模拟是否需要热启动、本次模拟的名称、排放情景文件的名称、情景运行的模拟区域Domain、是否需要对外层区域进行模拟、是否对结果进行打包存储、是否中断后继续模拟；所述的程序运行步骤基于排放情景文件和评估工程文件，实现空气质量模型的自动化模拟和数据处理，具体步骤包括：调用步骤S13中得到排放情景文件得到情景清单，调用稀疏矩阵排放模型SMOKE生成网格化排放清单，调用CMAQ模型实现空气质量的数值模拟，并进行数据后处理；根据设计的情景完成数值模拟后，即得到每个情景对应措施在污染物浓度下降上的效果。...

【技术特征摘要】
1.基于CMAQ模型的空气质量措施评估方法，其特征在于：包括排放情景文件生成步骤、评估工程文件编写步骤和程序运行步骤；所述的排放情景文件生成步骤包括以下子步骤：S11：收集污染管控措施；S12：量化污染管控措施：对不同的污染管控措施进行量化，明确不同污染管控措施对排放源的削减比例，并设计情景；S13：根据设计的情景编辑情景文件，并根据所述削减比例对排放清单进行调整；其中所述的情景文件包括三部分：第一部分为POLLUTANTSETUP，用于设置排放清单中污染物的排列顺序；第二部分为路径设置，包括为原始排放清单存放路径的输入清单路径、以及排放清单的输出数据路径；第三部分为对排放清单的操作部分，多个排放清单的操作部分之间以分隔符进行分隔，而每个排放清单的操作部分包括对排放清单中不同污染物的操作符、排放清单文件名、排放源ID，其中所述的不同污染物的操作符与第一部分的污染物排列顺序对应；所述的评估工程文件编写步骤包括以下子步骤：S21：利用config文件修改整个模拟过程中涉及的参数，包括模拟时段设置、WRF模型微物理参数设置、CMAQ模型光化学模块和沉降模块的设置、以及模拟区域Domain设置；S22：气象场模拟：调用天气研究与预报模型WRF进行气象模拟，使用气象化学接口模块MCIP来进行气象模拟结果的转换；S23：编写评估工程文件，所述的评估工程文件包括模拟起止时间、本次情景模拟是否需要热启动、本次模拟的名称、排放情景文件的名称、情景运行的模拟区域Domain、是否需要对外层区域进行模拟、是否对结果进行打包存储、是否中断后继续模拟；所述的程序运行步骤基于排放情景文件和评估工程文件，实现空气质量模型的自动化模拟和数据处理，具体步骤包括：调用步骤S13中得到排放情景文件得到情景清单，调用稀疏矩阵排放模型SMOKE生成网格化排放清单，调用CMAQ模型实现空气质量的数值模拟，并进行数据后处理；根据设计的情景完成数值模拟后，即得到每个情景对应措施在污染物浓度下降上的效果。2.根据权利要求1所述的基于CMAQ模型的空气质量措施评估方法，其特征在于：所述的方法通过对CMAQ模型进行集成以简化模型运行流程，即通过动态生成脚本的方式实现不同模型的调用，通过不同的命令行参数实现对不同模块的调用，参数包括：D表示指定Domain，通过后跟数字实现；W表示运行天气研究与预报模型WRF模型完成气象场模拟，采用此参数时，自动忽略Domain设置，对所有Domain进行气象模拟；M表示运行气象化学接口MCIP模块生成CMAQ模型所需的气象场数据；S表示运行稀疏矩阵排放SMOKE模型生成CMAQ模型所需的netCDF格式四维排放数据；I表示调用初始场生成模块ICON生成模型所需的初始场；B表示调用边界场生成模块BCON生成模型所需的边界场；J表示调用净空光解率计算模块JPROC生成模型所需的净空光解率数据；C表示调用化学传输模型CCTM完成空气质量模拟；O表示组合模型组分，进行必要的单位转换，得到我国AQI计算方法所需的不同污染物浓度数据。3.根据权利要求2所述的基于CMAQ模型的空气质量措施评估方法，其特征在于：在程序运行步骤中，采用命令D1MSIBJCO实现；而对于排放清单的生成则采用命令D1S实现。4.根据权利要求2所述的基于CMAQ模型的空气质量措施评估方法，其特征在于：在步骤S22中，采用命令D1WM实现。5.基于CMAQ模型的空气质量措施评估系统，其特征在于：包括排放情景文件生成模块、评估工程文件编写模块和程序运行模块；所述的排放情景文件生成模块包括：污染管控措施量化单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆成伟，宋丹林，张恬月，周子航，邓也，康雪，张鑫，吴柯颖，杨欣悦，刘合凡，
申请(专利权)人：成都市环境保护科学研究院，
类型：发明
国别省市：四川,51