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区域大气环境模式系统(RegAEMS)

    区域大气环境模式系统包括气象模式和大气环境模式两个部分,气象模式输出的气象要素场提供给大气环境模式,大气环境模式则可以输出SO2、NOX、PM10、O3、硫酸盐(SO42-)、硝酸盐(NO3-)、铵盐(NH4+)、黑碳(BC)、有机碳(OC)、海盐等大气污染物浓度、雨水中SO42-、NO3-、NH4+等离子浓度和硫氮沉降量。
    气象模式采用美国PSU/ NCAR的有限区域中尺度模式(MM5),许多研究表明该模式对一般的中尺度天气过程有一定的模拟能力,且它的设计较利于污染物的研究。中尺度气象模式MM5是由美国宾州大学和美国国家大气研究中心联合研制和开发的一个有限区域、原始方程模式。自上世纪70年开发至今不断完善,已发展到第五代。经过多年的改进,其功能不断增加,目前MM5模式系统已经包括了以下功能:i) 多重嵌套能力----以适应对不同尺度研究的需用;ii) 非静力动力过程---对高分辨的模拟提供更合理的动力学框架;iii) 四维同化技术----将各类气象观测资料同化到模拟过程中使模拟更接近实际;iv) 较多的物理过程参数化方案---最新的模式有更多的参数化方案用于边界层、积云、辐射等物理过程的参数化;v) 多系统间的可移植性----最新的MM5模式可运行于不同的计算平台如工作站Unix系统或PC-Linux。此外,气象模式还可以采用美国新一代气象研究和预报模式(WRF)和澳大利亚CSIRO发展的TAPM模式。
    大气环境模式考虑了影响大气污染物分布和酸雨形成的排放、输送、沉降、转化等复杂的大气物理和化学过程。污染源考虑了全国主要城市面源和电厂高架源的SO2和NOX排放、自然源NOx,VOC,CH4排放、海盐排放,平流项采用Smolarkiewicz的有限正定上游差分方法,铅直扩散项采用Crank-Nikson方案,水平扩散项采用中心差方案,采用大叶阻力相似模型计算SO2等物质的干沉降速度,并考虑了次网格过程的影响,气相化学考虑了36个反应和20个物种,并耦合ISOROPIA模式描述等二次无机盐的形成过程,液相化学和湿清除部分包含了SO2等气体的液相吸收和氧化过程以及云内和云下清除过程。
    由于模式的复杂性和计算条件的限制,为了满足实际应用的需要,还进一步对大气化学过程作合理简化,采用独立的气相化学子模式计算各种不同条件下SO2、NOX的转化速率,建立转化率的数据库,直接为欧拉模式调用,并对液相化学和湿清除过程进行了参数化处理。这样得到的工程模式既考虑了大气化学过程的非线性,又具有较高的计算效率,可以用来模拟计算季或年等较长时间尺度的区域大气污染物浓度和酸沉降分布。


图1 区域大气环境模式系统框架


图2 2000年中国地区平均硫沉降(左)和氮沉降(右)通量分布(gm-2

 

Copyright © 2005 南京大学大气环境研究中心 
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制作维护:fay1220  最后更新:2008-04-08