CALPUFF模型技术方法与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

　　本书总结了作者在CALPUFF应用、模型开发、环评项目复核等多年经验，结合国内案例需求，论述了CALPUFF模型的基础数据预处理、气象场模拟、大气污染扩散模拟、数据后处理、绘图、动画制作等内容，探讨了CALPUFF在我国的标准化应用研究，介绍了CALPUFF在火电行业等方面的应用研究。

　　本书内容丰富全面，CALPUFF模型的基本操作讲解非常细致。CALPUFF主要模块的功能、命令介绍，均配有大量的案例操作。本书可作为高等院校环境科学、环境管理、大气物理等专业的教学参考书，也可作为环评行业人员的模型培训教材，还可供科研院所以及环境管理部门的科技人员参考。

作者简介

　　伯鑫，博士，环境保护部环境工程评估中心数模部大气环境研究室主任。长期从事CALPUFF模拟应用研究，负责建设项目环境影响报告书大气技术复核工作。主要研究方向为大气环境质量模拟?污染源清单，拥有近十年丰富的大气模拟及开发经验，为全国科研院所、省市级评估中心、环评单位人员开展了约200人次大气模型培训。

　　先后主持或作为主要成员参与了国家及省部级科研项目9项。在多项课题的支持下，负责建立了全国火电排放清单、全国钢铁排放清单、首都机场排放清单等；负责开发了基于天河CALPUFF并行计算系统、 CALPUFF模型高空气象模拟数据系统(3D.DAT)、适用于CALPUFF模型地理数据系统、AERSURACE地表参数系统等，解决了我国环评单位长期无法获取用于CALPUFF高空模拟数据、高分辨率土地利用数据等难题。担任《ENVIRONMENTAL ENGINEERING RESEARCH》《环境影响评价》等期刊审稿人，出版教材1部，参与出版著作3部，发表学术论文30多篇，登记软件著作权4项，获2014年度中国环境科学学会青年科技奖。

目录

第1章 CALPUFF基础知识........................................................................................ 11.1 CALPUFF简介.............................................................................................. 11.2 CALPUFF 6.0安装......................................................................................... 61.3 CALPRO可视化界面软件............................................................................ 121.4 上机案例介绍............................................................................................... 15第2章 数据预处理模块............................................................................................ 182.1 网格设置...................................................................................................... 182.2 地理数据预处理........................................................................................... 212.3 气象数据预处理........................................................................................... 41第3章 CALMET气象模块....................................................................................... 523.1 CALMET建模（地面气象数据+高空模拟数据）......................................... 543.2 CALMET建模（地面气象数据+中尺度气象数据）..................................... 68第4章 CALPUFF模型............................................................................................. 814.1 CALPUFF基础信息..................................................................................... 814.2 Setup（设置）............................................................................................. 844.3 Import Shared Grid Data（输入共享网格数据）........................................... 844.4 Run Information（运行信息）..................................................................... 854.5 Grid Settings（网格设置）........................................................................... 864.6 Modeled Species（模拟污染物物种）........................................................... 874.7 Chemical Transformation（化学转换）........................................................ 884.8 Deposition（沉降）...................................................................................... 894.9 Model Option（模型选项）.......................................................................... 904.10 Sources（污染源）..................................................................................... 944.11 Receptor（接受点）................................................................................... 964.12 Output（输出）......................................................................................... 984.13 运行和其他................................................................................................ 99第5章 CALPOST后处理模型................................................................................. 1025.1 CALPOST基础信息................................................................................... 1035.2 Setup（设置）........................................................................................... 1045.3 Process Option（处理选项）...................................................................... 1055.4 Data（数据）............................................................................................. 1065.5 Output（输出）......................................................................................... 1075.6 运行和其他................................................................................................ 1085.7 数据分析.................................................................................................... 111第6章 POST TOOLS后处理工具........................................................................... 114第7章 CALVIEW绘图工具.................................................................................... 1197.1 CALVIEW风场动画制作流程..................................................................... 1197.2 CALVIEW污染扩散动画制作流程............................................................. 122第8章 CALPUFF应用案例.................................................................................... 1268.1 CALPUFF标准化应用研究......................................................................... 1268.2 CALPUFF在唐山重点行业模拟案例分析................................................... 1438.3 CALPUFF在京津冀火电行业大气污染模拟案例分析................................. 1548.4 CALPUFF应用问答................................................................................... 163第9章 研究进展..................................................................................................... 1669.1 研究进展.................................................................................................... 1669.2 培训成果.................................................................................................... 1699.3 模型培训声明............................................................................................. 171附录A CALPUFF常用命令及参数速查手册........................................................... 172附录B CALPUFF使用建议..................................................................................... 180参考文献................................................................................................................... 183

前言/序言

城市环境空气质量模拟与预测技术：理论基础与案例实践 本书特色： 本书聚焦于城市复杂环境中的大气污染模拟与预测技术，深度剖析了当前主流的数值模型框架、关键的输入数据处理流程以及多尺度的应用案例。它旨在为环境工程、大气科学、城市规划及相关领域的科研人员、工程师和政策制定者提供一套全面、系统的理论指导和实操手册。 第一章：城市大气环境评估的挑战与数值模拟的必要性 本章首先阐述了城市化进程带来的空气质量挑战，包括污染物排放源的复杂性、地形气象的非均匀性对污染物传输扩散的深刻影响。讨论了传统监测方法在空间分辨率和时间覆盖上的局限性。在此基础上，重点论述了数值模拟在构建污染扩散机理、评估排放清单准确性、预测未来情景中的不可替代性，确立了现代环境管理中模型驱动决策的基本范式。 第二章：大气污染物传输扩散的物理化学基础 本章深入探讨了污染物在城市边界层内输送与转化的基本物理和化学过程。详细介绍了湍流扩散理论，包括梯度输送假说、相似性理论在稳定和不稳定条件下的应用。在化学转化方面，系统阐述了光化学反应机制，分析了臭氧、二次无机气溶胶（SNA）等关键二次污染物的生成路径。对于颗粒物的描述，涵盖了凝结、碰撞聚集、沉降等过程的数学表征。本章为后续模型构建奠定了坚实的理论基础。 第三章：城市尺度空气质量模型的分类与架构解析 本章对当前广泛使用的三类大气扩散模型进行了详细的分类和比较： 高斯烟羽模型（Gaussian Plume Models）： 重点分析其在简单地形和稳定边界层条件下的适用性、参数设置的敏感性及局限性。 欧拉型网格模型（Eulerian Grid Models）： 深入解析其基于流体力学方程的守恒律框架，探讨网格离散化误差、时间步长的选择对模型稳定性和精度的影响。 拉格朗日型粒子模型（Lagrangian Particle Models）： 详细描述了轨迹计算方法，着重分析其在处理复杂地形和快速变化的排放源时的优势，以及如何有效模拟污染物在复杂气流中的随机运动。 第四章：城市排放清单的构建与不确定性分析 排放清单是所有空气质量模型运行的基石。本章详细介绍了城市及周边区域的污染物排放源清单编制方法，包括点源、线源（交通流）和面源（工业、居民生活源）的核算流程。强调了时间、空间分配因子的确定标准。特别关注了源强数据的不确定性来源，并介绍了基于监测数据反演和多源数据融合技术（如遥感数据）对清单进行校正的先进方法。 第五章：气象场数据的获取、处理与同化技术 精确的气象驱动是模型性能的关键。本章系统介绍了城市气象场的获取途径，包括地面观测网络、探空气球数据和遥感数据。重点讲解了中尺度气象模型（如WRF）在模拟城市复杂下垫面效应（如城市热岛效应）和地形抬升作用方面的应用。深入探讨了数据同化技术（如四维变分同化4D-Var）在将观测信息融入模型初始场和边界条件，以提高气象场再现精度的具体操作流程。 第六章：模型参数化与敏感性分析 模型的可重复性和可靠性高度依赖于准确的参数设置。本章针对城市环境的特点，细化了关键过程参数的选取标准，包括边界层高度的计算方法、地表动量通量与热通量参数化方案。此外，系统介绍了敏感性分析的原理与方法（如矩法或蒙特卡洛模拟），用于识别模型输出对哪些输入参数最为敏感，从而指导后续的模型优化工作。 第七章：模型性能评估与不确定性量化 本章构建了一套严格的模型性能评估体系。详细介绍了用于空间和时间预测误差评估的统计指标，包括平均偏差（MB）、均方根误差（RMSE）、相关系数等。重点阐述了误差分解技术，将观测误差、输入数据误差和模型结构误差进行有效分离。介绍了贝叶斯方法在模型校准和不确定性量化中的应用，确保模型输出结果的科学可信度。 第八章：区域传输与跨界污染的模拟案例 本章以中国东部典型城市群为例，探讨了区域传输对城市局部空气质量的贡献。通过构建大区域尺度（数百公里）的气象和化学传输模型，模拟了上风向城市群污染物在不同天气条件下的跨区域输送路径和浓度影响。案例分析了臭氧和PM2.5在区域协同控制中的模型应用价值。 第九章：交通排放与城市微尺度模拟 针对城市交通走廊的特殊性，本章专注于微尺度污染模拟技术。详细介绍了如何将实时交通流量数据转化为动态排放负荷，并结合高分辨率的城市峡谷模型（Street Canyon Models）来捕捉污染物在街道尺度上的聚集和通风效率。案例展示了在交通拥堵和风廊效应下，不同道路几何设计对人行道污染物暴露浓度的影响评估。 第十章：空气质量预报与应急管理的应用 本章将理论模型转化为实际操作工具。阐述了短期空气质量预报系统的构建流程，包括实时数据接收、预处理、模型快速运行和结果可视化。重点介绍了模型在应对突发性污染事件（如大型露天焚烧、工业事故）时的应急响应模式，包括情景模拟、预警阈值设定以及不同减排措施的实时效果评估。 结语：面向未来的城市空气质量管理 本书最后总结了当前城市空气质量模拟技术的发展趋势，包括向更高时间分辨率（次小时）、更精细空间分辨率（米级）发展的趋势，以及与新兴技术如人工智能（AI）在数据驱动型模型和高通量数据分析中的结合前景。强调了多尺度、多过程耦合模型是未来城市环境决策支持系统的核心方向。