本发明专利技术提供一种沙尘排放通量的计算方法和装置，属于环境科学领域。所述方法包括：获取气象数据作为大气化学输送模式的输入；针对选定的地理网格，提取沙尘排放通量计算所需的气象数据和特征参量；根据提取的所述气象数据和所述特征参量，确定所述地理网格的起沙能力，并计算起沙系数和沙尘排放通量垂直分配系数；基于所述起沙条件和起沙系数和所述沙尘排放通量垂直分配系数，计算沙尘的起沙排放通量。本发明专利技术提供的方法能有效改善沙尘虚报、沙源地下游模拟偏低等问题，可以支持精细化的沙尘组分模拟。同时，针对特定地区进行关键参数本地化从而提升特定地区沙尘排放表征能力。化从而提升特定地区沙尘排放表征能力。化从而提升特定地区沙尘排放表征能力。
【技术实现步骤摘要】
沙尘排放通量的计算方法和装置
[0001]本专利技术涉及环境科学领域，尤其涉及一种沙尘排放通量的计算方法和装置。
技术介绍
[0002]大气气溶胶也称大气颗粒物，是指悬浮在大气中的固态或液态颗粒物的总称。气溶胶包含多种组分，例如硫酸盐、硝酸盐、铵盐、黑碳、有机碳、沙尘、海盐等，其与大气污染和气候变化密切相关，是当前大气环境和全球气候变化领域的重要研究课题。沙尘气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分，主要源于荒漠化及干旱、半干旱地区陆
‑
气界面的自然起沙过程。进入大气中的沙尘气溶胶粒子(特别是直径小于10μm的颗粒物)可以长时间悬浮于空气中并实现长距离输送，对全球的物理、化学和生物循环均有重要影响。例如沙尘气溶胶可以通过辐射效应、云微物理过程影响云和降水的形成以及全球气候变化。沙尘气溶胶可携带丰富的矿物元素和有机物并通过长距离输送沉降到海洋中，对海洋生态和化学循环产生影响。此外，春季大范围的沙尘天气过程也是我国北方地区严重的环境问题。
[0003]数值模拟是研究沙尘气溶胶在大气中生消演变的重要手段，而要实现沙尘的模拟，首先需要构建沙尘排放通量计算参数化方案，然后将其耦合到气象模式或大气化学输送模式中，实现对沙尘粒子的排放、平流、扩散、重力沉降、干湿沉降等的模拟。近几十年来，国内外学者发展了多种沙尘排放通量计算方案，并开展了模拟分析研究。总体来说，这些沙尘排放通量计算方案可以分成两大类，即经验性方案和基于物理过程的方案，相对来讲，基于物理过程的方案比经验性方案更为复杂，所需的输入数据和参数更多。虽然基于物理过程的方案其物理意义更为清晰明确，但由于其参数信息难以获取，严重限制了这类方案的应用。经验性方案的计算公式简单，实现方便，并且能够方便地纳入最新研究成果，目前仍然是应用最多、最广的沙尘排放计算方案类型。研究表明，当前各沙尘排放计算方案能够较好地模拟沙尘的大尺度基本特征，但是各方案对沙尘过程的定量和精细化模拟仍存在很大的局限性。例如，研究人员发现不同沙尘排放计算方案的起沙量模拟结果可以相差几个数量级。在实际业务应用中，沙尘模拟经常出现虚报问题，同时对于沙尘源区下游，经常出现模拟的沙尘浓度显著偏低。此外，沙尘排放计算方案通常只支持不同粒径段的模拟，而不支持精细化化学组分模拟。最后，沙尘排放计算方案的关键参数多为基于观测数据分析总结或拟合获得，这些参数仍具有很大的不确定性，需要持续进行验证、改进和本地化。
[0004]近年来，随着大气污染治理的深入推进，我国人为排放产生的颗粒物浓度持续降低。但自然沙尘过程仍周期性发生，特别是在我国北方地区的春季，强沙尘过程会导致大面积空气质量“爆表”，同时沙尘气溶胶甚至可以长距离输送到台湾省、海南省，恶化其本地空气质量。因此，研究沙尘气溶胶的生消演变及其对地区颗粒物浓度、组分构成、区域气候反馈等的影响具有重要意义。
技术实现思路
[0005]为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种沙尘排放通量的计算方法和
装置。技术方案如下：
[0006]根据本专利技术的一方面，提供了一种沙尘排放通量的计算方法，所述方法包括：
[0007]获取气象数据作为大气化学输送模式的输入；
[0008]针对选定的地理网格，提取沙尘排放通量计算所需的气象数据和特征参量；
[0009]根据提取的所述气象数据和所述特征参量，确定所述地理网格的起沙能力并计算起沙系数和沙尘排放通量垂直分配系数；
[0010]基于所述起沙系数和所述沙尘排放通量垂直分配系数，计算沙尘的起沙排放通量。
[0011]可选的，所述起沙排放通量的计算还基于近地面摩擦速度，所述近地面摩擦速度基于地表粗糙度计算得到。
[0012]可选的，确定所述地理网格的起沙能力并计算起沙系数包括：
[0013]根据土地利用类型、植被比例、土壤类型、土壤温度、海冰标识、物理雪深、2米相对湿度中的至少两种数据确定所述地理网格的起沙能力；
[0014]根据所述地理网格的起沙能力，确定所述地理网格的起沙系数。
[0015]可选的，确定所述地理网格的起沙能力还包括：根据所述地理网格的临界摩擦速度确定所述地理网格的起沙能力，其中不同类型的地区具有不同的临界摩擦速度。
[0016]可选的，计算所述地理网格的沙尘排放通量垂直分配系数为：
[0017]对于沙漠地区：
[0018]DH
k
＝U
k
*58.44*HZ
k
‑
0.67
[0019]对于其他地区：
[0020]DH
k
＝U
k
*30.17*HZ
k
‑
0.48
[0021]其中DH
k
代表模式垂直第k层的权重，U
k
为模式垂直第k层的风速，HZ
k
为模式垂直第k层距离地面的高度，所述DH
k
在模式所有垂直层加和权重中的占比即为垂直层k对应的垂直分配系数。
[0022]可选的，提取的所述气象数据和特征参量包括：不同垂直层上的风速U分量和V分量、10米风速U分量和V分量、2米温度、2米相对湿度、模式不同垂直层中心点距离地面高度、土地利用类型、土壤类型、土壤温度、土壤水分、海冰标识、物理雪深、植被比例、模拟月份中的一种或多种数据。
[0023]可选的，所述方法将沙尘气溶胶分为4档，不同档具有不同的沙尘粒径，对不同档的分配比例设置对应的分配系数。
[0024]可选的，基于如下公式计算沙尘的起沙排放通量：
[0025][0026]其中DF
ik
是起沙排放通量，i和k分别代表不同的沙尘粒径段和模式垂直层；A为起沙标准系数；ρ为空气密度；g是重力加速度；DT为积分的时间步长，在开展模拟前进行设置；DE为所述起沙系数；u
*
是近地面摩擦速度；是所述临界摩擦速度；RH是近地面相对湿度，RH0是临界相对湿度；DRF
i
为沙尘不同粒径分档的分配比例；DHF
k
为所述沙尘排放通量垂直分配系数；DZ
k
为模式垂直层的厚度。
[0027]可选的，所述方法还包括：
[0028]获取预设的沙尘气溶胶中的多种化学组分的占比；
[0029]根据每种化学组分的占比和所述沙尘的起沙排放通量，确定沙尘气溶胶中所述每种化学组分对应的排放通量。
[0030]可选的，所述方法还包括：
[0031]根据所述沙尘的起沙排放通量，模拟沙尘气溶胶的物理化学过程；
[0032]根据所述沙尘气溶胶的物理化学过程的计算结果和输出频率设定，输出沙尘气溶胶的浓度分布。
[0033]根据本专利技术的另一方面，提供了一种沙尘排放通量的计算装置，所述装置包括：
[0034]获取模块，获取气象数据作为大气化学输送模式的输入；
[0035]提取模块，针对选定的地理网格，提取沙尘排放通本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种沙尘排放通量的计算方法，其特征在于，所述方法包括：获取气象数据作为大气化学输送模式的输入；针对选定的地理网格，提取沙尘排放通量计算所需的气象数据和特征参量；根据提取的所述气象数据和所述特征参量，确定所述地理网格的起沙能力，并计算起沙系数和沙尘排放通量垂直分配系数；基于所述起沙系数和所述沙尘排放通量垂直分配系数，计算沙尘的起沙排放通量。2.根据权利要求1所述的沙尘排放通量的计算方法，其特征在于，所述起沙排放通量的计算还基于近地面摩擦速度，所述近地面摩擦速度基于地表粗糙度计算得到。3.根据权利要求1或2所述的沙尘排放通量的计算方法，其特征在于，确定所述地理网格的起沙能力并计算起沙系数包括：根据土地利用类型、植被比例、土壤类型、土壤温度、海冰标识、物理雪深、2米相对湿度中的至少两种数据确定所述地理网格的起沙能力；根据所述地理网格的起沙能力，确定所述地理网格的起沙系数。4.根据权利要求3所述的沙尘排放通量的计算方法，其特征在于，确定所述地理网格的起沙能力还包括：根据所述地理网格的临界摩擦速度确定所述地理网格的起沙能力，其中不同类型的地区具有不同的临界摩擦速度。5.根据权利要求1所述的沙尘排放通量的计算方法，其特征在于，计算所述地理网格的沙尘排放通量垂直分配系数为：对于沙漠地区：DH
k
＝U
k
*58.44*HZ
k
‑
0.67
对于其他地区：DH
k
＝U
k
*30.17*HZ
k
‑
0.48
其中DH
k
代表模式垂直第k层的权重，U
k
为模式垂直第k层的风速，HZ
k
为模式垂直第k层距离地面的高度，所述DH
k
在模式所有垂直层加和权重中的占比即为垂直层k对应的垂直分配系数。6.根据权利要求1所述的沙尘排放通量的计算方法，其特征在于，提取的所述气象数据和特征参量包括：不同垂直层上的风速U分量和V分量、10米风速U分量和V分量、2米温度、2米相对湿度、模式不同垂直层中心点距离地面高度、土地利用类型、土壤类型、土壤温度、土壤水分、海冰标识、物理雪深、植被比例、...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈焕盛，王自发，王文丁，魏巍，张稳定，吴剑斌，秦东明，
申请(专利权)人：中科三清科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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