一种环境大气条件对空气质量影响的综合参数化评测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及影响空气质量的环境大气条件的诊断识别与预警。更具体地，涉及一 种环境大气条件对空气质量影响的综合参数化评测方法。
【背景技术】
[0002] 当前，社会经济飞速发展，人类生存条件改善需求领域愈加深刻广泛。空气质量问 题直接影响人体健康，大气成分含量超标的长期效果会影响地球气候环境变化。人类活动 主要是在近地面的大气环境中，人类居住的1500米以下低空大气空气质量及影响环境，包 括霾-雾、沙尘等都是导致能见度降低，空气混浊度加大，是人群生存环境中的空气质量转 差的一种灾害天气现象。此现象在大气流体边界层中形成，其特征是，微小颗粒物与水汽的 物理化学作用与混合过程密切联系，尤其在边界层中"静稳类"气团中，气流湍流混合过程 有利于气溶胶颗粒物的水化过程，导致气溶胶浓度在低空聚积加大，使污染物浓度上升，人 群生存环境空气质量变差。
[0003] 空气质量通常以环境大气主要成分质量浓度（?]?1(|、?]\12.5、50 2等）来标定。空气质 量的优劣主要受排放源和环境大气条件影响。在前者相对稳定少变的情况下，环境大气条 件的影响就至关重要了，从几公里小微尺度到几百乃至数千公里的大尺度环境大气中，诸 多因子产生不同影响，靠单一气象要素（如气温、湿度、气压等）的贡献是有限。但事实上， 多种大气要素对空气质量影响贡献的测查结果往往千差万别，甚至相互矛盾。目前，有效定 量评估由大气环境条件对大气污染加重或减轻影响的方法和产品尚不多，且目前所使用的 方法的准确性有待提尚。
[0004] 因此，发展大气污染环境条件诊断测评方法以及相应的软件技术，提高空气质量 检测预警能力，一直是当今科学技术研宄的前沿课题，并有重要的实际应用价值。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的环境大气条件对空气质量影响的评测方法的准确性不高的问 题，本发明提供了一种环境大气条件对空气质量影响的综合参数化评测方法。
[0006] 本发明提供的环境大气条件对空气质量影响的综合参数化评测方法，包括以下步 骤：获取影响空气质量的敏感大气环境参数，并将敏感大气环境参数表示为大气边界层小 微尺度动力的参数化描述0 (O和大尺度环境大气条件的参数化描述a(m);通过公式1 计算大气边界层小微尺度动力的参数化描述0 (O;通过公式2计算大尺度环境大气条件 的参数化描述a(m);由公式3计算出联接大气边界层小微尺度动力和大尺度环境大气条 件的综合参数PLAM，公式1、公式2和公式3如下：
[0007] 0 (^ )= 1+(1-exp(-^2/2)) 1
[0009]PLAM= 0 ⑷Xa(m) 3
[0010] 其中，e为大气边界层动力学综合影响参数，0J%湿相当位温、f。为湿空气凝结 率、c p为定压比热、T为气温。
[0011] 在上述环境大气条件对空气质量影响的综合参数化评测方法中，还包括：通过公 式5计算（，其中，G为大气边界层动力学综合影响参数，
[0012] K, =Y.K, 'j/3(i = 1, 2, 3) 5
[0013] 在上述环境大气条件对空气质量影响的综合参数化评测方法中，计算G还包括 通过公式6计算G '，
[0014] ^ 1 = f (tzx,u*,Ri*) 6
[0015] 其中，^为边界层中，对气溶胶浓度升降有显著影响的一组敏感物理量系列， Tzx，u% Ri#分别为边界层中湍流垂直输送应力、中性稳定条件的湍流摩擦速度和湿李查逊 数临界值。
[0016] 在上述环境大气条件对空气质量影响的综合参数化评测方法中，通过公式6计算 ^还包括：通过公式7计算T zx
[0017] tzx= pU'W' 7
[0018] 公式7中U'、W'分别为实际观测的扰动风速的水平和垂直分量，P为流体密度；
[0019] 通过公式8计算u""
[0021] 公式8中x为卡曼常数0. 4,[为平均风速，Z为高度，为粗糙度；
[0022] 通过公式9计算Ri，临界参数Ri#通过公式10计算
[0025] 其中，当湿李查逊数Ri达到临界值，有利于边界层小尺度湍流混合过程得到适当 发展，引导霾雾天气发生。
[0026] 在上述环境大气条件对空气质量影响的综合参数化评测方法中，其中，通过公式 11计算^的标准化参数值：
[0027] W 11
[0028]其中，i = 1，2, 3,分别对应（tzx，u% R〇，G 和G ' ^_分别为各参数的 最大值和最小值。
[0029]在上述环境大气条件对空气质量影响的综合参数化评测方法中，其中，根据公式 12计算大尺度环境大气条件参数化描述a (m):
[0031] 公式12中，0 6为湿相当位温、f。为湿空气凝结率、L为水汽的凝结潜热、W为空气 的混合比、Cp为定压比热、T为气温。
[0032] 在上述环境大气条件对空气质量影响的综合参数化评测方法中，计算包括：根据 公式13计算湿相当位温0 6;根据公式14计算相当位温9 :
[0035] 其中，06为湿相当位温，0为相当位温，L为水汽的凝结潜热、W混合比、C p为定 压比热、T为气温，Rd为干空气气体常数、P为气压。
[0036] 在上述环境大气条件对空气质量影响的综合参数化评测方法中，计算包括：根据 公式15计算湿空气凝结率f。;根据公式16计算干空气凝结率f
[0039] 上式中吨为比湿、y d为干绝热直减率、T为气温、Cp为定压比热、P为气压，其中， 根据公式17计算干绝热直减率y d，通过公式18计算比湿qs计算：
[0042] 其中，Rd为干空气的比气体常数，T d为露点温度，a和b为大气物理常系数。
[0043] 在上述环境大气条件对空气质量影响的综合参数化评测方法中，由公式19计算 获取适应时空比对的标准化指数PLAMs:
[0044] PLAMs= [(PLAM-PLAMmin) / (PLAMmax-PLAMmin) ]X100 19
[0045] 其中，PLAMmax为所计算地区PLAM的历史极大值，PLAMmin为计算地区PLAM的历史 极小值。
[0046] 在上述环境大气条件对空气质量影响的综合参数化评测方法中，获取影响空气质 量的敏感大气环境参数包括：确认表征影响空气质量的基本变量，分别筛选其待求相关敏 感因子；各待筛选的敏感相关因子，通过公式20求相关系数：
[0048] 式中yp ji分别为根据权利要求1待确认的影响空气质量的相关基本变量序列及 其均值；Xi、I:分别为待筛选敏感因子序列及其均值；选取统计相关显著水平达0. 001的 因子为影响空气质量的敏感大气环境参数。
[0049] 本发明所提供的环境大气条件对空气质量影响的综合参数化评测方法，能够客观 定量描述环境大气条件对大气污染物的扩散稀释能力；且通过实例分析证明，通过本发明 方法计算得到的结果具有较高的准确率，对大气环境监测预警展示出较强的评测能力，因 此具有重要的实际应用价值，适用于大气污染检测、评估、预警及防治等相关的科研与业务 应用领域。
【附图说明】
[0050] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术方法中的技术方案，下面将对实施例 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发明的一些 实施案例，对于本领域普通技术人员来讲，基于本原创性技术，还可以根据这些附图获得其 他的附图。
[0051] 图1A为根据公式（12)~（14)计算得到的北京2009年1月至2011年10月共计 1006次观测计算的湿相当位温24小时变量〇 ( S 0 e)与参数PM' =( 0 e/ S 0 e)趋大的定 量关系曲线；图1B为北京2007-2008年冬半年实际观测资料计算的湿相当位温24h变化标 准差〇 (S 0J与PM2.5浓度观测分布的点聚图。
[0052] 图2是由本发明方法计算得到2014年2月下旬（即2014年2月20~26日）的 PLAM 24h预测值与关联雾霾（污染）现象的大气水平能见度相关分析；
[0053] 图3为由本发明方法计算得到的2008年1月1日-12月31日逐日24小时预测 与空气污染指数API实况值的相关分析。
[0054] 图4是由本发明公式⑴~（18)计算得到的2015年5月10日09时四川地区空 气污染环境大气条件参数PLAM的分布。
[0055] 图5A是由本发明方法计算得到的2007-2008年2年逐日（732天）的PLAM指数 24h预测与观测PM 2.5的相关分析；图5B是采用2009~2012年1465(日）组实际观测资 料，由本发明方法计算得到的标准化指数PLAMs与可吸入颗粒物PM 1(I浓度实况值的相关分 析。
【具体实施方式】
[0056] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施案例，而不是全部。基于本发明 中的实施案例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护