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建筑扰动条件下大气流动与扩散的CFD模拟

环境科学研究 2013年第8期26卷 829-837页

作者：李沁怡蔡旭晖康凌北京大学环境科学与工程学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室北京100871

用FLUENT模式对中性大气、单个建筑的气流扰动情况进行模拟,并以风洞试验数据检验模拟效果;将模拟方法应用于类似城市建筑阵列条件的大气污染扩散问题,并且与现场示踪试验比较.结果表明:FLUENT对建筑扰动条件的平均风场模拟效果良好,FA... 详细信息

用FLUENT模式对中性大气、单个建筑的气流扰动情况进行模拟,并以风洞试验数据检验模拟效果;将模拟方法应用于类似城市建筑阵列条件的大气污染扩散问题,并且与现场示踪试验比较.结果表明:FLUENT对建筑扰动条件的平均风场模拟效果良好,FAC2(模拟值与试验值之比在0.5～2之间的比例)在水平与垂直风速下分别达到77.9%与61.0%;对湍流特征量的模拟偏差稍大,K(湍流动能)虽总体偏小,但FAC2仍达到了54.6%.选择湍流闭合的标准K-ε(ε为湍流动能耗散率)方案、重整化群K-ε方案和雷诺应力模型方案对结果的影响均不大.采用FLUENT模拟了类似城市街区建筑阵列条件的大气扩散个例,模拟结果反映了建筑扰动导致的扩散烟流轴线相对于平均风向的非常规偏移,并且扩散浓度与示踪试验结果相符较好,下风向32与63 m处的侧向模拟浓度峰值的相对误差分别为72.5%与36.9%.相比于高斯模式ISC3,FLUENT对复杂建筑阵列条件的扩散模拟结果更符合实际,如污染物向上风向扩散以及在建筑物周围堆积与绕流的现象.FLUENT扩散模拟还显示:近源处相邻建筑街道峡谷中的最大浓度沿下风向"阶跃"式减小,排放源所在街道峡谷中的最大浓度可比相邻街谷中的高几倍甚至1个数量级以上.

关键词：大气扩散 FLUENT 建筑扰动流动

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沙尘重粒子在对流边界层中的扩散模拟

北京大学学报（自然科学版） 2004年第6期40卷 939-949页

作者：蔡旭晖陈家宜北京大学环境学院环境科学系北京100871

　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... 详细信息

　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。

关键词：重粒子扩散对流边界层拉格朗日随机模式大涡模拟沙尘

复杂地形大气污染物传输和扩散的高分辨率模拟

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北京大学学报（自然科学版） 2008年第6期44卷 938-944页

作者：魏杰宋宇蔡旭晖北京大学环境科学与工程学院环境科学系北京100871

Diffusion process of tracer experiments on complex seashore of Sanmen in Zhejiang Province of China is simulated by a combined modeling *** system is composed of the diagnostic wind model Calmet,which provides a high-resolution wind field,and the Lagrangian random-walk dispersion model RPPM which calculates surface concentration distribution for comparison with the field *** each tracer experiment,tracer concentration is measured at sample stations which spread over several arcs so as to capture the main body of the *** between surface concentrations generated by the two methods reveals that the modeling system considerably well simulates the trajectory of the plume and distribution of surface concentration.

关键词：大气扩散随机游走扩散模式示踪实验地形扰动

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不稳定近地面层湍流的大涡模拟

北京大学学报（自然科学版） 2002年第5期38卷 698-704页

作者：蔡旭晖谢飞钦陈家宜北京大学环境科学中心

采用加密网格的大涡模式获取边界层风、温场的高分辨率模拟结果 ,并据以分析近地面层大气的湍流特性。结果表明 ,较小的网格尺度使次网格湍流贡献率大为降低 ,模式计算结果对次网格参数的依赖性减小 ,边界层整体特征得到更好的反映。同... 详细信息

采用加密网格的大涡模式获取边界层风、温场的高分辨率模拟结果 ,并据以分析近地面层大气的湍流特性。结果表明 ,较小的网格尺度使次网格湍流贡献率大为降低 ,模式计算结果对次网格参数的依赖性减小 ,边界层整体特征得到更好的反映。同时 ,模拟出的近地面层通量廓线关系及湍流速度特征与实际观测结果吻合甚好 ,表明模式具有反映近地面层平均运动和湍流特性的能力。

关键词：不稳定近地面层太涡模拟湍流过程湍流速度大气湍流网格尺度

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北京市秋季大气边界层结构与特征分析

北京大学学报（自然科学版） 2006年第2期42卷 220-225页

作者：张鑫蔡旭晖柴发合北京大学环境科学系北京100871 中国环境科学研究院北京100012

利用2000年9～10月北京市西部城、郊3个站点的探空资料，分析该地区秋季边界层高度的平均变化规律，探讨边界层内温度、风向、风速的廓线性质和结构特征，了解其时空变化和差异。结果表明，北京市秋季白天边界层最大高度平均约1km，夜... 详细信息

利用2000年9～10月北京市西部城、郊3个站点的探空资料，分析该地区秋季边界层高度的平均变化规律，探讨边界层内温度、风向、风速的廓线性质和结构特征，了解其时空变化和差异。结果表明，北京市秋季白天边界层最大高度平均约1km，夜间稳定层高度在200～400m之间。晴朗天气里，白天城区边界层温度高于郊区，反映出城市热岛的作用，夜间热岛现象不明显。较低的边界层高度和其顶部经常维持的强稳定层（强逆位温层）阻断上下层流动的关联，有利于近地面大气维持静稳状态和该季节雾、氟天气的出现。夜问约400m以下气层的流动大体分为3种形态，即整层小风型、低空急流型和贴地风速极大型。温度层结与夜间流动结构有密切对应关系。

关键词：大气边界层风-温结构北京秋季

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全国大气扩散输送模态与区划研究

环境科学学报 2012年第2期32卷 360-366页

作者：霍庆蔡旭晖宋宇谢绍东环境模拟与污染控制国家重点联合实验室北京大学环境科学与工程学院北京100871

基于NCEP再分析气象资料,使用HYSPLIT模式对我国大陆区域进行了一整年的连续轨迹计算.轨迹以1°×1°的网格化经纬度分辨率进行计算.考虑气候、地理及经济因素,将全国计算区域分为10个大区,分别统计各大区出发的轨迹在全国的分布频率.... 详细信息

基于NCEP再分析气象资料,使用HYSPLIT模式对我国大陆区域进行了一整年的连续轨迹计算.轨迹以1°×1°的网格化经纬度分辨率进行计算.考虑气候、地理及经济因素,将全国计算区域分为10个大区,分别统计各大区出发的轨迹在全国的分布频率.根据全年和各季的轨迹统计结果,分析我国不同区域的大气输送扩散特征以及区域间大气环境的相互影响潜势.结果表明,全国10个大区的大气扩散输送模态可分为特性不同的7大类,其中以西北方向的3个大区为一类,西南高原的2个大区为另一类,其它各区自成一类.10个大区大气扩散物质的累积效应差异显著且季节变化特征各异.全国以西南区(XN)东部大气累积效应最强,东北区(DB)累积效应最弱.

关键词：大气扩散长距离输送轨迹分析 HYSPLIT模式中国地区

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北京地区大气中尺度扩散模态和时间特征分析

北京大学学报（自然科学版） 2002年第5期38卷 705-712页

作者：郭昱蔡旭晖刘辉志陈家宜北京大学环境科学中心环境模拟与污染控制国家重点实验室大气环境模拟室北京100871 中科院大气边界层物理与大气化学国家重点实验室北京100029

用随机游走大气扩散模式和 1981年的历史气象观测资料 ,研究北京地区中尺度扩散的历史背景状态。由示踪物从北京城区连续排放条件的模拟结果 ,分析各季平均浓度的空间分布和示踪物在模式区域输送扩散的时间尺度。结果表明 ,冬季示踪物... 详细信息

用随机游走大气扩散模式和 1981年的历史气象观测资料 ,研究北京地区中尺度扩散的历史背景状态。由示踪物从北京城区连续排放条件的模拟结果 ,分析各季平均浓度的空间分布和示踪物在模式区域输送扩散的时间尺度。结果表明 ,冬季示踪物偏南、夏季偏西北的输送明显 ;春季扩散影响范围最小、秋季最大。示踪物从 2 0 0km× 2 0 0km模式区域输出的平均时间 (去除时间 )明显分为冬春季和夏秋季两组 ,前者较小 ,平均在 2 0h以下 ,后者较大 ,平均约 30h。不同去除时间出现的频率分布是非对称的 ,在长去除时间一侧 ,出现频率下降缓慢 ,显示污染物有在该区域内长时间滞留的可能。

关键词：大气中尺度扩散模态时间特征时间尺度随机游走模拟北京地区历史背景大气污染物理机制

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北京地区低层大气流动模态研究

北京大学学报（自然科学版） 2002年第3期38卷 387-392页

作者：蔡旭晖郭昱刘辉志陈家宜北京大学环境科学中心环境模拟与污染控制国家重点实验室大气环境模拟室北京100871 中科院大气边界层物理与大气化学国家重点实验室北京100029

用风场诊断方法和实际观测资料对北京地区低层大气的背景流动情况进行分析 ,获取当地流动时空演变的总体型式或模态。所获初步结果表明 ,该地区大气流动总体分为秋冬型和春夏型。秋冬型更多受强天气系统的影响 ,春夏型则更多表现出局地... 详细信息

用风场诊断方法和实际观测资料对北京地区低层大气的背景流动情况进行分析 ,获取当地流动时空演变的总体型式或模态。所获初步结果表明 ,该地区大气流动总体分为秋冬型和春夏型。秋冬型更多受强天气系统的影响 ,春夏型则更多表现出局地中尺度热力环流特征。中尺度环流是该地区低层大气流动的基本模态 ,春夏季和秋冬季弱系统条件下的区域流动大体按这种模态演变。秋冬季大风天气的流动受地形的动力扰动作用明显 ,扰动表现为水平涡旋形态 ,其影响范围包括北京城区及西北部山地。

关键词：北京地区低层大气流动模态

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太原煤化工区有毒气体泄漏环境风险分析

环境科学学报 2012年第3期32卷 537-544页

作者：李沁怡蔡旭晖王雪宋宇北京大学环境科学与工程学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室北京100871 上海核工程研究设计院上海200233

针对太原煤化工区氯气、氨气和光气这3种泄漏风险最高的有毒气体的事故条件,采用非定常的CALPUFF大气扩散模式进行了一整年的事故扩散模拟.获得逐时次事故扩散浓度场并分析3种污染物泄漏的全年平均风险及各季变化.结果定量描述了氯气、... 详细信息

针对太原煤化工区氯气、氨气和光气这3种泄漏风险最高的有毒气体的事故条件,采用非定常的CALPUFF大气扩散模式进行了一整年的事故扩散模拟.获得逐时次事故扩散浓度场并分析3种污染物泄漏的全年平均风险及各季变化.结果定量描述了氯气、氨气和光气的致死浓度、中毒浓度和刺激浓度的全年及各季平均风险范围,并分析了不同有毒气体风险范围的差异及四季变化的原因.

关键词：煤化工区事故泄漏环境风险 CALPUFF模式太原