[發明專利]城市大氣混合層高度的預測方法

無效

• 申請號: 201110047598.6
• 申請日: 2011-02-28
• 公開（公告）號: CN102175216A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 鄧啟紅;路嬋;賀廣興;黃柏良;石靈芝
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01C5/06
• 分類號: G01C5/06
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 黃美成

技術領域

本發明屬于城市氣象與城市環境空氣污染監控與治理技術領域，涉及一種城市大氣混合層高度的預測方法。

背景技術

近年來，城市熱島效應與空氣污染引起了人們的高度關注，這一方面與城市活動產生的熱源與污染源有關，另一方面與城市的氣象條件密切相關。特別是位于城市地面與上空自由大氣之間的大氣邊界層，決定著地球表面與周圍大氣之間的所有物質(污染物)與能量(熱量)的交換，是造成城市熱島效應與空氣污染的最關鍵氣象條件與因素。

大氣邊界層最主要的結構特征是湍流，即邊界層內部空氣與其他物質(包括污染物)充分均勻混合，因此通常也稱為大氣混合層。混合層高度對于城市空氣中污染物的擴散與稀釋或污染物濃度具有直接的影響，因為它決定了稀釋污染物的空氣量多少(＝城市面積×混合層高度)。城市大氣混合層高度越低，稀釋污染物的空氣量就越少，污染物濃度會越高；反之，大氣混合層越高，污染物濃度就越低。因此，大氣混合層高度為預測與評價城市空氣污染提供重要依據。

大氣混合層高度也是城市環境規劃與空氣質量管理的重要依據。作為一種氣象參數，混合層高度不僅隨時間不斷發生變化，而且隨空間地點發生變化。這樣，我們能夠根據城市大氣混合層高度的時空變化特性選擇污染企業的排放時間與確定污染企業分布地點，即選擇混合層高度較高的時間段與區域向大氣排放，這樣既有利于污染物的快速擴散與稀釋，又能夠避免對城市空氣造成嚴重污染。

盡管具有上述重要性，大氣混合層高度(或大氣邊界層)是目前唯一未被充分認識與利用的氣象參數，其根本原因是沒有直接有效的測量工具與方法。目前基本上采用間接測量獲得，即通過測試氣象參數在近地面不同高度上的分布與變化來確定混合層高度，因為混合層內氣象參數由于湍流作用基本上不發生變化，而在混合層外發生不連續顯著變化。測試方法主要包括無線電探空與遠程雷達探測兩大類，前者主要通過現場釋放無線電高空探測氣球來獲得，而后者主要利用聲雷達或激光雷達遠距離探測。前者對技術與設備要求簡單，可靠性高，但需要現場測試而且操作費時費力，每天只能進行非常有限次(通常兩至四次)測試，因此不能獲得大氣混合層高度的實時變化。后者雖然可以實時遠程監測，但雷達設備非常昂貴，一般氣象站無法滿足要求，很難推廣使用。

為克服上述間接測試的困難與不足，目前多采用理論型參數化模型進行估計與預測大氣混合層高度及其變化特性，如我國GB/T13201國家標準推薦根據大氣穩定度來確定混合層高度的計算方法。這些參數模型都是物理學或機理假設模型，盡管物理意義明確，但在實際應用中存在兩方面問題：一方面，模型理論尚不成熟，模型多為經驗表達而且計算過程復雜，準確性差；另一方面，理論模型需要一些非常規的高空探測參數(如地球表面阻力速度、云層云量等信息)，應用困難。

間接測試與理論模型的不足導致“大氣混合層高度”概念雖然重要但一直懸而未解，使大氣混合層高度應用價值未能得到充分利用與推廣。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提出一種城市大氣混合層高度的預測方法，該城市大氣混合層高度的預測方法能簡單、快速、準確地預測城市大氣混合層高度值。

本發明的技術解決方案如下：

一種城市大氣混合層高度的預測方法，包括以下步驟：獲取某一城市的當前氣象數據，所述的氣象數據為：空氣溫度T、大氣壓力P、太陽輻射值SR、空氣濕度RH、風速WS、露點溫度DT，

再根據MLH＝α₁T+α₂P+α₃SR+α₄RH+α₅WS+α₆DT計算出該城市的大氣混合層高度的預測值；式中的MLH為大氣混合層高度；

式中α₁～α₆為回歸系數，回歸系數由歷史的氣象數據和歷史的大氣混合層高度經統計學多元線性回歸方法獲得。

采用統計學多元線性回歸方法對白天與夜晚分別進行線性回歸，分別獲得白天與夜晚的回歸系數。

所述的白天為8:00-19:00時段，所述的夜晚為20:00-7:00時段。

空氣溫度T、大氣壓力P、太陽輻射值SR、風速WS、露點溫度DT和大氣混合層高度的單位分別為：℃、hPa(hPa指100Pa，即100帕斯卡)、W/m²、m/s、℃和m，空氣濕度RH采用百分數值。

本發明的技術構思：