1　引言

　　用边界层预报模式和扩散模式联接对沿海地区复杂地形条件下特殊气流系统中的空气质量进行模拟预测，是近一二十年来才进行的工作^［1—3］.这些成功的工作说明了中尺度大气扩散模拟系统在研究空气质量问题中的潜力.对复杂地形地区的空气质量模拟需要考虑两方面，一是要有较好地反映复杂地形特征的非均匀、非定场的风场和湍流场，另一是适合于在复杂气流中使用的扩散模式.本文针对深圳地区特殊的地形，以及污染源(电厂)附近还有大城市(香港、深圳)和大亚湾核电站、建立了一个精细的中尺度大气模拟系统来模拟该地区特殊气流系统(海陆风)下SO₂浓度分布特征.三维非静力能量闭合的边界层预报模式^［4］提供具有时、空变化的风场和湍流场，扩散部分采用考虑风切变的7层烟团轨迹模式^［5，6］，该模式主要考虑了风切变和湍流场的不均匀性.本文简单介绍了模式结构，对深圳地区进行了模拟，并对模拟结果进行了讨论.

　　2　模式介绍

　　2.1　三维边界层非静力模式

　　采用三维非静力的边界层数值模式，闭合方案用工程上实用的能量(E-ε)闭合，模式方程组由运动预报方程(u,v,w)，位温预报方程(θ)，连续方程以及湍流动能预报方程和湍能耗散率预报等组成.初始条件由模拟域内的实测点资料输入内插模式输出而得.此模式能较好地模拟海岸复杂地形下的流场和湍流场^［4］.图1是本文大气扩散模拟系统的框图.

　　2.2　烟团轨迹模式

　　实际处理中将烟团看成一个椭球体，水平半轴长3σ_y，垂直半轴长1.5σ_z，每个烟团在垂直方向上以7个点作为7个子烟团的中心，各点垂直方向间距为0.5σ_z，则子烟团中心点位置为z₀+0.5(i-4)σ_z,(i为子烟团代号，i=1，2，…，7，z₀为大烟团中心点位置，7个子烟团由椭球积分得到质量分别为：Q₁=Q₇=0.02Q_T，Q₂=Q₆=0.136Q_T，Q₃=Q₅=0.220Q_T,Q₄=0.248Q_T，Q_T为烟团总物质量.各子烟团具有的性状，包括移速、扩散率等由它中心点处具有的量值决定.烟团扩散参数由它经历的行程和大气湍流扩散能力决定，轨迹由中心所在网格上的风场确定.假设某个烟团被分成7个子烟团，以i表示(i=1,2，…，7)，设t时刻第i个子烟团中心点坐标(x_i,y_i,z_i,t)，该点处气流速度分量为u(x_i,y_i,z_i,t),v(x_i,y_i,z_i,t),w(x_i,y_i,z_i,t),则在t+Δt时刻该子烟团位置为：

x_i(t+Δt)=x_i(t)+u(x_i,y_i,z_i,t)Δt

y_i(t+Δt)=y_i(t)+v(x_i,y_i,z_i,t)Δt

z_i(t+Δt)=z₄(t)+w(x₄,y₄,z₄,t)Δt+w_p(x₄,y₄,z₄,t)Δt

+0.5(i-4)σ_z+β*w(x_i,y_i,z_i,t)Δt

　　式中w_p为烟气抬升引起的烟团垂直运动速率^［7］，一般在烟团运动10—15倍的源高后为零(即到达终极抬升).β为系数，当i=4时，β=0，否则为1

图1　大气扩散模拟系统流程框图

Fig.1 The flow chart of the system for atmospheric dispersion

　　任一时刻t的水平和垂直扩散参数σ_y(t),σ_z(t)由Taylor的扩散统计理论求得^［8］，取指数形式的自相关系数，拉格朗日时间尺度T_LV,T_Lw参照Hanna^［9］给出的，水平和垂直方向上的速度脉动方差σ²_V(=+),σ²_W( )，由边界层预报模式输出量提供脉动速度方差.考虑到烟气抬升对扩散参数的贡献，扩散参数表达式加上(w_p Δ t/3.5)

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