CALPUFF模型技術方法與應用 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

　　本書總結瞭作者在CALPUFF應用、模型開發、環評項目復核等多年經驗，結閤國內案例需求，論述瞭CALPUFF模型的基礎數據預處理、氣象場模擬、大氣汙染擴散模擬、數據後處理、繪圖、動畫製作等內容，探討瞭CALPUFF在我國的標準化應用研究，介紹瞭CALPUFF在火電行業等方麵的應用研究。

　　本書內容豐富全麵，CALPUFF模型的基本操作講解非常細緻。CALPUFF主要模塊的功能、命令介紹，均配有大量的案例操作。本書可作為高等院校環境科學、環境管理、大氣物理等專業的教學參考書，也可作為環評行業人員的模型培訓教材，還可供科研院所以及環境管理部門的科技人員參考。

作者簡介

　　伯鑫，博士，環境保護部環境工程評估中心數模部大氣環境研究室主任。長期從事CALPUFF模擬應用研究，負責建設項目環境影響報告書大氣技術復核工作。主要研究方嚮為大氣環境質量模擬?汙染源清單，擁有近十年豐富的大氣模擬及開發經驗，為全國科研院所、省市級評估中心、環評單位人員開展瞭約200人次大氣模型培訓。

　　先後主持或作為主要成員參與瞭國傢及省部級科研項目9項。在多項課題的支持下，負責建立瞭全國火電排放清單、全國鋼鐵排放清單、首都機場排放清單等；負責開發瞭基於天河CALPUFF並行計算係統、 CALPUFF模型高空氣象模擬數據係統(3D.DAT)、適用於CALPUFF模型地理數據係統、AERSURACE地錶參數係統等，解決瞭我國環評單位長期無法獲取用於CALPUFF高空模擬數據、高分辨率土地利用數據等難題。擔任《ENVIRONMENTAL ENGINEERING RESEARCH》《環境影響評價》等期刊審稿人，齣版教材1部，參與齣版著作3部，發錶學術論文30多篇，登記軟件著作權4項，獲2014年度中國環境科學學會青年科技奬。

目錄

第1章 CALPUFF基礎知識........................................................................................ 11.1 CALPUFF簡介.............................................................................................. 11.2 CALPUFF 6.0安裝......................................................................................... 61.3 CALPRO可視化界麵軟件............................................................................ 121.4 上機案例介紹............................................................................................... 15第2章 數據預處理模塊............................................................................................ 182.1 網格設置...................................................................................................... 182.2 地理數據預處理........................................................................................... 212.3 氣象數據預處理........................................................................................... 41第3章 CALMET氣象模塊....................................................................................... 523.1 CALMET建模（地麵氣象數據+高空模擬數據）......................................... 543.2 CALMET建模（地麵氣象數據+中尺度氣象數據）..................................... 68第4章 CALPUFF模型............................................................................................. 814.1 CALPUFF基礎信息..................................................................................... 814.2 Setup（設置）............................................................................................. 844.3 Import Shared Grid Data（輸入共享網格數據）........................................... 844.4 Run Information（運行信息）..................................................................... 854.5 Grid Settings（網格設置）........................................................................... 864.6 Modeled Species（模擬汙染物物種）........................................................... 874.7 Chemical Transformation（化學轉換）........................................................ 884.8 Deposition（沉降）...................................................................................... 894.9 Model Option（模型選項）.......................................................................... 904.10 Sources（汙染源）..................................................................................... 944.11 Receptor（接受點）................................................................................... 964.12 Output（輸齣）......................................................................................... 984.13 運行和其他................................................................................................ 99第5章 CALPOST後處理模型................................................................................. 1025.1 CALPOST基礎信息................................................................................... 1035.2 Setup（設置）........................................................................................... 1045.3 Process Option（處理選項）...................................................................... 1055.4 Data（數據）............................................................................................. 1065.5 Output（輸齣）......................................................................................... 1075.6 運行和其他................................................................................................ 1085.7 數據分析.................................................................................................... 111第6章 POST TOOLS後處理工具........................................................................... 114第7章 CALVIEW繪圖工具.................................................................................... 1197.1 CALVIEW風場動畫製作流程..................................................................... 1197.2 CALVIEW汙染擴散動畫製作流程............................................................. 122第8章 CALPUFF應用案例.................................................................................... 1268.1 CALPUFF標準化應用研究......................................................................... 1268.2 CALPUFF在唐山重點行業模擬案例分析................................................... 1438.3 CALPUFF在京津冀火電行業大氣汙染模擬案例分析................................. 1548.4 CALPUFF應用問答................................................................................... 163第9章 研究進展..................................................................................................... 1669.1 研究進展.................................................................................................... 1669.2 培訓成果.................................................................................................... 1699.3 模型培訓聲明............................................................................................. 171附錄A CALPUFF常用命令及參數速查手冊........................................................... 172附錄B CALPUFF使用建議..................................................................................... 180參考文獻................................................................................................................... 183

前言/序言

城市環境空氣質量模擬與預測技術：理論基礎與案例實踐 本書特色： 本書聚焦於城市復雜環境中的大氣汙染模擬與預測技術，深度剖析瞭當前主流的數值模型框架、關鍵的輸入數據處理流程以及多尺度的應用案例。它旨在為環境工程、大氣科學、城市規劃及相關領域的科研人員、工程師和政策製定者提供一套全麵、係統的理論指導和實操手冊。 第一章：城市大氣環境評估的挑戰與數值模擬的必要性 本章首先闡述瞭城市化進程帶來的空氣質量挑戰，包括汙染物排放源的復雜性、地形氣象的非均勻性對汙染物傳輸擴散的深刻影響。討論瞭傳統監測方法在空間分辨率和時間覆蓋上的局限性。在此基礎上，重點論述瞭數值模擬在構建汙染擴散機理、評估排放清單準確性、預測未來情景中的不可替代性，確立瞭現代環境管理中模型驅動決策的基本範式。 第二章：大氣汙染物傳輸擴散的物理化學基礎 本章深入探討瞭汙染物在城市邊界層內輸送與轉化的基本物理和化學過程。詳細介紹瞭湍流擴散理論，包括梯度輸送假說、相似性理論在穩定和不穩定條件下的應用。在化學轉化方麵，係統闡述瞭光化學反應機製，分析瞭臭氧、二次無機氣溶膠（SNA）等關鍵二次汙染物的生成路徑。對於顆粒物的描述，涵蓋瞭凝結、碰撞聚集、沉降等過程的數學錶徵。本章為後續模型構建奠定瞭堅實的理論基礎。 第三章：城市尺度空氣質量模型的分類與架構解析 本章對當前廣泛使用的三類大氣擴散模型進行瞭詳細的分類和比較： 高斯煙羽模型（Gaussian Plume Models）： 重點分析其在簡單地形和穩定邊界層條件下的適用性、參數設置的敏感性及局限性。 歐拉型網格模型（Eulerian Grid Models）： 深入解析其基於流體力學方程的守恒律框架，探討網格離散化誤差、時間步長的選擇對模型穩定性和精度的影響。 拉格朗日型粒子模型（Lagrangian Particle Models）： 詳細描述瞭軌跡計算方法，著重分析其在處理復雜地形和快速變化的排放源時的優勢，以及如何有效模擬汙染物在復雜氣流中的隨機運動。 第四章：城市排放清單的構建與不確定性分析 排放清單是所有空氣質量模型運行的基石。本章詳細介紹瞭城市及周邊區域的汙染物排放源清單編製方法，包括點源、綫源（交通流）和麵源（工業、居民生活源）的核算流程。強調瞭時間、空間分配因子的確定標準。特彆關注瞭源強數據的不確定性來源，並介紹瞭基於監測數據反演和多源數據融閤技術（如遙感數據）對清單進行校正的先進方法。 第五章：氣象場數據的獲取、處理與同化技術 精確的氣象驅動是模型性能的關鍵。本章係統介紹瞭城市氣象場的獲取途徑，包括地麵觀測網絡、探空氣球數據和遙感數據。重點講解瞭中尺度氣象模型（如WRF）在模擬城市復雜下墊麵效應（如城市熱島效應）和地形抬升作用方麵的應用。深入探討瞭數據同化技術（如四維變分同化4D-Var）在將觀測信息融入模型初始場和邊界條件，以提高氣象場再現精度的具體操作流程。 第六章：模型參數化與敏感性分析 模型的可重復性和可靠性高度依賴於準確的參數設置。本章針對城市環境的特點，細化瞭關鍵過程參數的選取標準，包括邊界層高度的計算方法、地錶動量通量與熱通量參數化方案。此外，係統介紹瞭敏感性分析的原理與方法（如矩法或濛特卡洛模擬），用於識彆模型輸齣對哪些輸入參數最為敏感，從而指導後續的模型優化工作。 第七章：模型性能評估與不確定性量化 本章構建瞭一套嚴格的模型性能評估體係。詳細介紹瞭用於空間和時間預測誤差評估的統計指標，包括平均偏差（MB）、均方根誤差（RMSE）、相關係數等。重點闡述瞭誤差分解技術，將觀測誤差、輸入數據誤差和模型結構誤差進行有效分離。介紹瞭貝葉斯方法在模型校準和不確定性量化中的應用，確保模型輸齣結果的科學可信度。 第八章：區域傳輸與跨界汙染的模擬案例 本章以中國東部典型城市群為例，探討瞭區域傳輸對城市局部空氣質量的貢獻。通過構建大區域尺度（數百公裏）的氣象和化學傳輸模型，模擬瞭上風嚮城市群汙染物在不同天氣條件下的跨區域輸送路徑和濃度影響。案例分析瞭臭氧和PM2.5在區域協同控製中的模型應用價值。 第九章：交通排放與城市微尺度模擬 針對城市交通走廊的特殊性，本章專注於微尺度汙染模擬技術。詳細介紹瞭如何將實時交通流量數據轉化為動態排放負荷，並結閤高分辨率的城市峽榖模型（Street Canyon Models）來捕捉汙染物在街道尺度上的聚集和通風效率。案例展示瞭在交通擁堵和風廊效應下，不同道路幾何設計對人行道汙染物暴露濃度的影響評估。 第十章：空氣質量預報與應急管理的應用 本章將理論模型轉化為實際操作工具。闡述瞭短期空氣質量預報係統的構建流程，包括實時數據接收、預處理、模型快速運行和結果可視化。重點介紹瞭模型在應對突發性汙染事件（如大型露天焚燒、工業事故）時的應急響應模式，包括情景模擬、預警閾值設定以及不同減排措施的實時效果評估。 結語：麵嚮未來的城市空氣質量管理 本書最後總結瞭當前城市空氣質量模擬技術的發展趨勢，包括嚮更高時間分辨率（次小時）、更精細空間分辨率（米級）發展的趨勢，以及與新興技術如人工智能（AI）在數據驅動型模型和高通量數據分析中的結閤前景。強調瞭多尺度、多過程耦閤模型是未來城市環境決策支持係統的核心方嚮。