一种基于大气环境参数的PM2.5浓度插值方法技术

本发明专利技术提出一种基于大气环境参数的PM2.5浓度插值方法，包括：获取目标区域内通过监测点采集的气象数据；根据气象数据的种类选择湍流脉动量的计算方式，计算气象数据的湍流脉动量；以湍流脉动量作为输入，计算不同PM2.5监测点上用于插值计算的权重函数；根据不同监测点上的权重函数进行插值计算，得到最终的PM2.5空间浓度分布。本发明专利技术的基于大气环境参数的PM2.5浓度插值方法，简单易实现，体现了不同监测点所处的环境特征，使得插值方法具有物理意义。义。义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于大气环境参数的PM2.5浓度插值方法


[0001]本专利技术涉及大气环境领域，特别涉及一种基于大气环境参数的PM2.5浓度插值方法。

技术介绍

[0002]随着城市化进程及能源消耗的不断增加，颗粒物是目前大气环境治理的重点关注对象。我国人口聚居区面积往往很大，环境空气质量监测站往往分布有限，不能全面反应大气污染物的分布特征，通过监测数据获取整个区域颗粒物的分布特征是大气污染治理面临的现实需求，尤其是PM2.5。
[0003]目前，通过监测数据获取PM2.5空间分布的方法包括两类，一是通过大气污染物的扩散模拟评价PM2.5的空间分布特征，另一种方法是采用空间插值的数学方法。空间插值方法简单易实现较为常用，但是目前常用的空间插值方法是基于一定规则的数学方法，对于影响PM2.5空间分布的环境要素没有考虑，无法体现不同监测点所在位置的环境特征对PM2.5空间分布的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种基于大气环境参数的PM2.5浓度插值方法，解决现有技术中无法体现不同监测点所在位置的环境特征对PM2.5空间分布影响的问题。
[0005]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一种基于大气环境参数的PM2.5浓度插值方法，包括：获取目标区域内通过监测点采集的气象数据；根据气象数据的种类选择湍流脉动量的计算方式，计算气象数据的湍流脉动量；以湍流脉动量作为输入，计算不同PM2.5监测点上用于插值计算的权重函数；根据不同监测点上的权重函数进行插值计算，得到最终的PM2.5空间浓度分布。
[0007]优选的是，气象数据包括地面数据和垂向数据，地面数据包括风向和风速，垂向数据包括风向、风速和温度；
[0008]地面数据计算湍流脉动量，需计算风向的标准差dw，对应的平均风速ws，则水平湍流脉动量u'为u'＝dw/180
·
3.14
·
ws，垂向湍流脉动量v'＝u'，w'＝0.63u'；
[0009]垂向数据计算湍流脉动量的计算方式为，首先计算梯度理查森数R
i
，
[0010]0.0098干绝热递减率，θ是温度，由梯度理查森数R
i
计算通量查森数R
f
，
[0011]R
ifc
是常数，
[0012]湍流动能e为：
[0013][0014]其中，B1、β是常数，l是湍能的特征长度尺度，分别表示垂直方向上的风向梯度、风速梯度与温度梯度，S
h
、S
m
为通量理查森数R
f
的函数，
[0015][0016]其中C
h
、C
m
、R
f1
、R
f2
为常数，R
fc
表示临界通量理查森数，
[0017]湍流脉动量表示为：
[0018][0019][0020][0021]式中A1为常数，e为湍流动能，G
h
、G
m
分别为垂直方向速度梯度与温度梯度的函数，
[0022]拉格朗日时间尺度为：
[0023]其中，l表征了影响污染物扩散湍涡尺度的大小，将其表示为离地面高度与稳定度的变量，k＝0.38，z为高度，
[0024]优选的是，以湍流脉动量作为输入，计算不同PM2.5监测点上用于插值计算的权重函数的方式为：
[0025]以监测点为原点，X、Y、Z为空间点距监测点的x方向、y方向、z方向的距离，u、v为风速的x、y方向分量，w为气流上升速度，拉格朗日时间尺度是表征特征湍涡大小的物理量，因空间位置的污染物浓度分布与当时的湍流结构相关，定义与扩散相关的参数：
[0026][0027][0028][0029]权重函数K具体形式如下：
[0030][0031]优选的是，根据不同监测点上的权重函数进行插值计算的方式为：先根据权重函数计算空间位置的浓度，再把所有监测点的贡献加起来，计算不同空间位置上的PM2.5空气浓度c(x,y,z)，
[0032][0033]其中m
pi
为不同监测点上的浓度值。
[0034]本专利技术的有益效果为：本专利技术的基于大气环境参数的PM2.5浓度插值方法，利用气象数据，以湍流脉动量估算方法为基础，计算反应监测点所在位置扩散程度的评价参数并将其用于构造插值所使用的权重函数，最终将PM2.5监测数据插值得到所需的空间浓度分布。本专利技术充分利用气象数据与PM2.5的监测数据进行结合，增加了气象数据的用途，简单易实现，体现了不同监测点所处的环境特征，使得插值方法具有物理意义。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1为本专利技术一种基于大气环境参数的PM2.5浓度插值方法的结构示意图。
具体实施方式
[0037]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]实施例，如图1所示的一种基于大气环境参数的PM2.5浓度插值方法，包括：获取目标区域内通过监测点采集的气象数据；根据气象数据的种类选择湍流脉动量的计算方式，计算气象数据的湍流脉动量；以湍流脉动量作为输入，计算不同PM2.5监测点上用于插值计算的权重函数；根据不同监测点上的权重函数进行插值计算，得到最终的PM2.5空间浓度分布。
[0039]气象数据包括地面数据和垂向数据，地面数据包括风向和风速，垂向数据包括风向、风速和温度；地面数据计算湍流脉动量，需计算风向的标准差dw，对应的平均风速ws，则水平湍流脉动量u'为u'＝dw/180
·
3.14
·
ws，垂向湍流脉动量v'＝u'，w'＝0.63u'；
[0040]垂向数据计算湍流脉动量的计算方式为，首先计算梯度理查森数R
i
，
[0041]0.0098干绝热递减率，θ是温度，由梯度理查森数R
i
计算通量查森数R
f
，
[0042]R
ifc
是常数，
[0043]湍流动能e为：
[0044][0045]其中，B1、β是常数，l是湍能的特征长度尺度，分别表示垂直方向上的风向梯度、风速梯度与温度梯度，S
h
、S
m
为通量理查森数R
f
的函数，
[0046][0047本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于大气环境参数的PM2.5浓度插值方法，其特征在于，包括：获取目标区域内通过监测点采集的气象数据；根据气象数据的种类选择湍流脉动量的计算方式，计算气象数据的湍流脉动量；以湍流脉动量作为输入，计算不同PM2.5监测点上用于插值计算的权重函数；根据不同监测点上的权重函数进行插值计算，得到最终的PM2.5空间浓度分布。2.根据权利要求1所述的基于大气环境参数的PM2.5浓度插值方法，其特征在于，气象数据包括地面数据和垂向数据，地面数据包括风向和风速，垂向数据包括风向、风速和温度；地面数据计算湍流脉动量，需计算风向的标准差dw，对应的平均风速ws，则水平湍流脉动量u'为u'＝dw/180
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3.14
·
ws，垂向湍流脉动量v'＝u'，w'＝0.63u'；垂向数据计算湍流脉动量的计算方式为，首先计算梯度理查森数R
i
，0.0098干绝热递减率，θ是温度，由梯度理查森数R
i
计算通量查森数R
f
，R
ifc
是常数，湍流动能e为：其中，B1、β是常数，l是湍能的特征长度尺度，分别表示垂直方向上的风向梯度、风速梯度与温度梯度，S
h
、S
m
为通量理查森数R
f
的函数，其中C
h
、C
m
、R
f1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王肖娟，赵多新，张畦霖，张耀华，李小明，
申请(专利权)人：太原则成信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：