对流边界层中粒子随机扩散模式和高斯模式的比较

用粒子随机扩散模式和高斯模式模拟的对应３种源高的横风向积分浓度的结果与水槽试验的结果进行比较，发现粒子随机扩散模式能较好地模拟出水槽试验结果，说明该模式能用来模拟对流边界展的扩散，而高斯模式不能完全反映对流边界层的扩散。比较两种模式的模拟结果，发现粒子随机扩散模式由于考虑了对流边界层中白卷流和热泡引起的垂直方向上湍流的非均一性，比高斯模式能较好地模拟出污染物在垂直方向上充分混合较快、水平方向上扩散范围大、地面浓度最大值大、浓度最大值出现位置距源近且向右手方（背风而立）偏移等特点，并由此说明了环境影响评价中应用高斯模式时应注意的问题。最后，用对流边界层中大气湍流结构特征对模拟结果作了解释。

三维大气扩散粒子分裂(ADPS)模式

本文描述了基于PIC方法的三维大气扩散粒子分裂(ADPS)模式,并用解析解和1988年的广州地区现场观测资料验证了本模式.模式根据局地均匀和定常假设引入大粒子概念、烟团扩散原理和大粒子分裂技术,并运用了嵌套网格.ADPS模式用于模拟气态污染物在大气中的散布,同时也具备模拟TSP扩散的效能.

沙尘重粒子在对流边界层中的扩散模拟

用拉格朗日随机模式 (LagrangianStochasticModel)结合大涡模拟所得对流边界层三维湍流场的时间序列 ,研究沙尘类重粒子在大气中的扩散特性。对地转驱动风速为 0、2、4m·s-1的对流边界层情况和重粒子落速为 0 2、0 4、0 6m·s-1的情况 (对应沙尘粒子直径约 5 3、80和 10 4 μm)分别进行模拟 ,并与被动粒子扩散的情况进行比较。模拟的被动扩散情况与水槽实验及前人的数值研究结果相符甚好。对重粒子扩散的模拟结果显示了 2方面的内容。一方面 ,较小的颗粒 (5 3μm)在边界层中的扩散特征与被动扩散接近 ,较大的颗粒 (10 4 μm)则不易扩散到边界层上层 ,这与经验直观的情况相符。另一方面 ,若保持其他条件相同 ,较强的平均风有利于较重的粒子在边界层中的沉降 ,这一结果有待观测验证。

随机游走扩散模式在江河等小流域溢油事故应急中的应用

为了有效地预防和控制江河等小流域溢油事故污染,本文以长江船舶事故溢油为典型案例,通过建立的基于二维水动力数值模拟的随机游走扩散模式,模拟分析了油粒子随时间的迁移及其空间分布特征。研究结果表明:该模型能够形象直观地描述油粒子迁移特征,为溢油事故应急处理提供技术支撑。

源项对FLEXPART模式模拟福岛核事故放射性物质长距离传输的影响

对包括拉格朗日粒子模式在内的大气扩散模式,提供准确的源项有助于获取更好的模拟结果。以日本福岛核电站2011年3月发生的核泄漏事故为研究对象,采用日本原子能机构Terada源项以及挪威大气研究所Stohl源项,利用FLEXPART(FLEXible PARTicle dispersion mode)模拟了放射性物质137Cs在全球大气中扩散传输的过程,并利用大气辐射监测数据讨论了基于两种源项模拟烟云的时空分布特征,探讨了源项对模拟结果的不确定性影响。结果显示:Terada源项及Stohl源项之间释放总量、释放速率、释放高度等虽然略有差别,但总体趋势描述相似,使得基于两源项的模拟烟云的扩散过程及影响区域基本一致。两模拟烟云在中纬度西风带作用下,均表现为自西向东扩散,经过太平洋、美洲大陆、欧洲,最后在整个北半球传输。基于两源项在亚洲—太平洋及北美大陆等近距离的模拟烟云的首次到达时间与首次监测时间吻合度较好,在全球尺度上基于Stohl源项的模拟在首次到达时间方面表现更优。其次,基于两源项进行全球尺度的模拟,近距离站点的模拟效果优于远距离站点模拟效果,且基于Stohl源项的模拟精度较好,Terada源项可能存在低估。另外模式进行全球尺度的模拟时,针对不同粒子数目对模拟结果的影响进行了分析,发现粒子数目的多寡对模拟精度有所影响,也影响模拟烟云扩散后期的疏密程度。

冷却塔对大气扩散影响的数值模拟

利用计算流体力学模型Fluent,模拟多个冷却塔对大气流动和湍流场的作用,用拉格朗日随机粒子模式进一步模拟其大气扩散影响。针对一个内陆核电厂的设计方案进行模拟,共有4个冷却塔和4个常规烟囱排放口。取当地典型风速1.5 m/s和中性边界层条件模拟ESE,SSE和SW这3个方向来流的塔体扰动情况。对应各风向各取2个排放位置进行扩散模拟并计算扩散参数。结果显示,在扰动最小的风向条件下,冷却塔几乎对扩散没有影响,扰动严重时水平和垂直扩散参数可分别增大2个和1个稳定度级别,这种影响在1 km之内最为明显。

基于粒子滤波的多特征融合视频行人跟踪算法

针对车载视频行人跟踪问题,提出一种基于粒子滤波框架下的多特征融合跟踪算法。为克服车载视频中行人运动与摄像机运动产生的非线性和非高斯性,采用基于蒙特卡罗抽样的粒子滤波跟踪算法,使用一阶自回归动态模型预测目标状态,观测模型自适应加权融合的4种互补性特征。实验结果表明,与没有粒子滤波和多特征融合的跟踪算法相比,在相同精确率水平上,该算法的召回率提高20%以上。

中尺度熏烟扩散的数值研究

本文针对熏烟扩散过程建立了粒子烟团轨迹模式，利用该模式成功地模拟日出后逆温层破坏的熏烟扩散过程和TIBL下的熏烟扩散过程，证实了所建模式在模拟熏烟扩散方面的可行性和适用性，揭示了两种熏烟扩散过程中的熏烟扩散特征及其随时间的变化。将粒子烟团轨迹模式和提供平均场和湍流场输入的三维非静力能量团合模式相联接，可以较好地预测城市逆温层破坏条件下和沿岸陆上TIBL中的熏烟扩散特征及其随时间的变化。

烟幕扩散的数值模拟

介绍了随机游走粒子-烟团模式的基本思想,对某野外试验的烟幕扩散进行了数值模拟,并将模拟计算结果与实际测量值进行对比。结果表明在等温中性的大气条件下,该模式对烟幕的扩散及浓度计算准确。

大气污染物周边源对2014南京青奥会空气质量影响的预估分析

对2003—2012年8月南京市大气污染物的WRF-FLEXPART粒子扩散模式进行模拟,并基于10 a大气污染物粒子的后向轨迹的模拟,根据气候分析影响南京大气污染物的周边源区域,并定量估算周边污染物源区的年际变化,以确定影响2014年南京青年奥运会期间空气质量的大气污染物周边源区。结果表明:8月份强影响南京的污染源区域集中在南京及其紧邻的苏南和皖东南地区,且多年保持基本不变;随着传输时效的增加,影响南京大气污染源区域以南京为中心分别向东南方向的苏南、上海和浙北地区,西南方向的皖南、赣东北和鄂东北地区和偏东方向的江苏北部及安徽东部扩展,南京西北方向污染物影响域范围最小;南京周边源的强年际变化区域覆盖了其外缘的江苏、安徽、江西、湖北和浙江部分地区。

TWP-ICE试验期间一次热带深对流过程的拉格朗日输送特征

本文使用高分辨率WRFV3.4.1模式对TWP-ICE试验期间的一次热带深对流过程进行了数值模拟,利用第四重嵌套每五分钟输出一次的模拟资料对对流系统的上升气流质量通量廓线特征进行了分析,并结合FLEXPART拉格朗日粒子扩散模式对热带深对流系统进行拉格朗日轨迹分析.质量通量廓线特征及拉格朗日轨迹的分析结果表明,在条件不稳定层顶附近便有部分水凝物被输送出深对流系统.深对流系统中的水凝物主要沿环境引导气流向深对流下游方向输送.由于受低层风场扰动的影响,少量的水凝物被输送到深对流系统的上游.深对流系统中的水凝物向其下游方向输送的最远距离为200-300 km,并约有10%-20%的水凝物对对流系统下游50-150 km附近卷云砧的形成产生影响,其影响的时间尺度约为4-6 h.