calpuff技术导则

calpuff技术导则内容摘要：

入的数据及计算机格式要求（ Summary of Data and Computer Requirements） CALMET 气象模块数可以输入多种数据，常用的输入数据简要概述如下： ⑪ 地面站气象数据（ Surface Meteorological Data） CALMET 模块要求输入尽量多的气象地面站的每日逐时观测资料，包括风速、风向、气温、云底高度、云量、气压和相对湿度。 对于所获得的地面站观测资料，允许 温度，云量、气压等数据有缺失时，但应用最近的地面站数据取代那些无效值。 ⑫ 探空气象数据（ Upper Air Data） CALMET模块要求输入至少 1个气象探空站的每日探空资料，包括风速、风向、气温、气压和抬升高度的垂直廓线。 对于所获得的观测资料，如果风速、风向或温度等有缺失时，探空站中通过内插的方法获得数据取代那些无效值。 ⑬ 海上观测数据 (Overwater Observations) 如果所模拟的区域包括水面或受海洋的影响很大时，模型应用软件中还涉及到了海上气流的传输和扩散，因而 CALMET 边界层模块中还需要观测海面气流中的一些参数，包括：海气温度差、气温、相对湿度、海上混和层高、风速 风向等。 14 ⑭ 地理数据（ Geophysical Data） CALMET模型还要求需要输入地理数据，包括网格化了的海拔高度和土地利用类型数据。 有时也需要输入一些其它网格化了的地理参数，比如：地表粗糙度、反照率、波恩比、土壤热通量常数、人为热通量及植被覆盖率等。 在对以上数据进行预处理时，需要变成 National Climatic Data Center39。 s (NCDC)的格式输入计算机，或者可以以外部文件 的形式输入。 3 CALMET模块使用说明 控制文件（ ）的建立 CALMET 模型的选项和控制都由控制文件 执行， 包含了能详细描述模型运行的所有信息，如：模型运行起始时间、水平和垂直网格数、模型选项标记、地理数据（海拔高度、土地利用类型及地面特征）等。 可以通过传统的编辑方式直接建立，也可以通过在windows 下运行的 输入界面间接的建立。 通过对 的信息输入，不仅能形成控制文件，而且 能使模型运行，也可优化文件的管理功能。 大体上主要通过以下 10 组信息输入和一个三行的标题完成，若不在 界面中而是使用传统方式输入时，组内的变量可以不按顺序自由输入，但各组应该按顺序输入，每组信息输入完成后应以一个输入 !END!表示结束，通常都是在 界面中输入信息形成控制文件的。 具体输入内容如下： ⑪ 标题（ Run Title） 概括性的描述了模型的选项，包括网格数；网格间距；采用的风场及所用地面站、地表站、降水资料等情况。 ⑫ 输入文 件和输出文件的名称（ Input and Output File Names） 地理、气象等数据因为数据比较繁多，一般以外部文件的形式输入，形成、 、 和 等输入文件。 另外还应指定输出文件的路径和名称，如 和 ，这些文件中包含了CALMET 气象场的信息，以便在 CALPUFF 模块中使用。 ⑬ 运行时一般的控制参数（ General Run Control Parameters） 15 模型运行时常规的输入信息，如：起始 时间、运行时间、模拟区域所处的时区及一些其它的运行选项（如：模拟过程中是只计算风场还是风场和气象参数都需要计算。 默认值 0代表只计算风场，默认值 1表示风场和气象参数都需要计算） ⑭ 网格控制参数（ Grid Control Parameters） 包括网格数、网格间距、垂直层高度取值、坐标系的选取及模拟区域起始点坐标等。 当模拟区域范围比较大时，常采用兰伯特坐标系。 ⑮ 输出文件时的选项（ Output Options） 指的是输出文件时对一些气象变量是否输出的决定，如是否以特定的格式输出 MET 气象场、采取 什么样的格式输出（ 或者 ）、输出指定的 U, V 风速层、 w 风速层、 3D 温度层等。 ⑯ 气象数据选择（ Meteorological Data Options） 包括模拟区域所采用的地面站、探空站、降水站、海洋站的个数，还有一些关于降水变量的选项。 ⑰ 风场选项及参数（ Wind Field Options and Parameters） 在选择风场时，可以选择客观分析风场（ Objective analysis only）或诊 断风（ Diagnostic wind module），在 CALMET 中，通常选择诊断风场模块。 另外还要考虑是否计算 Froude 数、考虑动力地形学影响、用 O39。 Brien 调 整垂直速率、坡风、外堆或内插探空层等一系列问题。 而且还应对影响半径 （ radius of influence parameters）、 weighting factors, barrier data 等作出计算和选择。 ⑱ 混和层高度、温度和降水参数（ Mixing Height, Temperature, and Precipitation Parameters） 1）混和层 高度经验值 Neutral, mechanical equation 为 ，湍流系数为 ，稳定海拔高度 2400，Overwater mixing ht. equation 为 ， Coriolis 参数默认值是 :。 2） Spatial averaging of mixing heights 3）其它的混和层高度变量 海陆混和层高度最大指和最小值、气温直减率最小值（常默认为 ）、Depth of layer above current height、气 温插补类型（ 1/R 或 1/R**2）、 16 气温插补影响半径、气温插补时站数的最大值、是否进行气温空间平均、降水插补类型（ 1/R、 1/R**2 或 EXP/R**2）、降水影响半径、降水概率最小值。 ⑲ 地面站参数（ Surface Meteorological Station Parameters） 站名（ Name）、编号（ ID）、坐标（ X， Y）、时区及外部输入文件名。 ⑳ Upper Air Station Parameters 站名（ Name）、编号（ ID）、坐标（ X， Y）、时区及外部输入文件名。 ⑴ Precipitation Station Parameters 站名（ Name）、坐标（ X， Y）、时区及外部输入文件名。 CALMET外部输入文件 ⑪ 地理数据文件 () 文件中包含的是 CALMET 模块中所需的地理数据，包括土地利用类型、海拔高度及一些其它地表参数（如：地表粗糙度、反照率、波恩比、土壤热通量参数等），其中土地利用类型和海拔高度以网格化的形式输入。 模型中提供了与土地利用类型相关的参数默认值。 具体 文件格式见表 2－ 2。 包括文件标题（小于 80 字符）、 X 轴网格数目、 Y 轴网格数目、水平网格间距、模拟区域起始点坐标 (X、 Y)、模拟区域所处的 UTM 区域（全球共分 60 个区）、是否使用缺省土地使用类（ 0 表示使用，1 表示不使用）、土地利用类型数据库、海拔高度数据库。 默认的土地利用类型基于美国的土地利用分类系统（ USGS），见表 国土地利用类型分类系统中，把土地利用类型分为 14 类，即城镇用地、农业非灌溉用地、农业灌溉用地、牧地、林地、小水体、河口用地、大水体、沼泽地、覆盖有植被的沼泽地、无植被覆盖的沼泽地、裸露地、冻土和冰原地带。 各种土地利用类型都 有相应的标号，另外，在这 14 种类型中又有更细的划分，共分为52 类。 比如城镇用的又可分为工业用地、住宅用地、商业用地等。 在确定土地利用类型时，可以通过查询获得。 17 表 2－ 2 文件格式 18 表 2－ 3 美国土地利用类型分类系统 ⑫ 探空数据文件 (、 ……) CALMET 的探空文件是从 中读取的。 建立探空数据文件时，可以通过 READ56 或者 READ62 预处理程序处理成 NCDC 格式，也可以通过FORTTRON 语言编制应用程序，输出后使数据格式与 指定的格式相符。 具体 文件格式见表 2－ 4。 文件中包含的内容有：开始年、序列天、格林威治（ GMT）时；结束年、序列天、格林威治（ GMT）时； TOP 层压强；初始文件夹格式（ TD6201 格式或 NCDC CDROM 格式 )、数据块（压强、海拔高度、温度、风速和风向）。 表 2－ 4 文件格式 19 ⑬ 地面站数据文件 () CALMET 中对于 文件可以通过两种方式建立。 一种是通过SMERGE 气象预处理程序建立， SMERGE 预处理程序可以把时测到的地表气象数 据转化成与 CALMET 模型相适应的 NCDC 格式。 这种方法适合于有很多地面站、数据量很大的情况下使用。 第二种方法是根据给定的格式手写入所需的数据，数据量小的时候可以使用这种方法。 表 2－ 5 是一个关于 的简单的例子。 在 文件中，包含有： 开始和结束的年、序列天和当地时间；时区；站数和站号及数据快（风速、风向、云层高度、云量、气温、相对湿度、压强及降水编号 ——0 表示没有降水， 118表示液态降水， 45 表示固态降水）。 数据都是以 FORTRAN 语言格式读取的。 20 表 2－ 5 文件格式 ⑭ 海洋数据文件 (, , ...) 当所模拟的区域内有水域的存在时， CALMET 模型中要考虑水气的传输于扩散，而且在选择边界层参数时，应该观测水 —气温度差异、空气气温、相对湿度及海上混和层高度。 尽管在 file 中气温直减率有默认值，但是当考虑了水气温差后，必须重新给定气温直减率。 在 文件中，通过特殊的方式观测了风速和风向。 另外，海洋站观测的数据不能对其进行插补，只能用 文件代替 文 件，而且 文件中不能有风速、风向等数据的缺失，否则会出现错误的结果。 表 26 为一个简单的 文件例子。 所包含的内容为：站名； ID 号及数据块 ——观测点 UTM 坐标（ X、 Y）、经度、纬度、开始年、开始序列天、开始时、结束年、结束序列天、结束时、水气温差、气温、湿度、混和层高度、混和层气温下递减率、混和层气温上递减率、风速和风向。 21 表 26 文件格式 ⑮ 降水数据文件 () 当 CALPUFF 模型中考虑湿气消除运算法则（ wet removal algorithm）时， CALMET 就必须生成网格化的时变降水率。 可以通过 PXTRACT 和 PMERGE预处理程序重新格式化 NWS 降水数据生成可被 CALMET 模型接受的 TD3240格式。 具体 文件见表 27。 文件中包含：开始年、序列天、时；结束年、序列天、时；时区、站数、站 ID 号及数据快（年、序列天和降水量）。 国内没有 PXTRACT 可以处理的降雨量数据，可以写好单站的 TD3240 文件直接用 PMERGE 得到所需的降雨量文件。 单站 TD3240 文件格式见图 35 和表 35。 图 35 TD3240 文件格式 22 表 35 TD3240 文件格式 序号 字段 字段宽度 Position 默认值 DELPHI 1 Record Type 3 0103 HPD %3s 2 站点号 8 0111 %8d 3 气象要素 4 1215 HPCP %6s 4 单位 2 1617 HI 5 年 4 1821 20202200 %.4d 6 月 2 2223 112 %.2d 7 日 4 2427 131 %.4d 8 NUM VALUES 3 2830 001 %.3d 9 小时 4 3134 (0124)*100 %.4d 10 降雨量值 6 3540 英寸 %.6d 注：蓝色为不定值，黑色为定值 单位换算为 1 英寸 = 毫米 表 27 文件格式 23 CALMET的输出文件（ ） 文件包含的是 CALMET 模块生成的气象场数据，也包括一些CALMET 模块、 CALGRID 和 CALPUFF 模块都所需的地理数据 如：海拔高度、地表粗糙度及土地利用类型等。 不同的是 CALGRID 需要输入三维的温度场和垂直速率而 CALPUFF 模块去不需要，因而需要通过 CALMET 模块生成气象场时转化那些变量。 文件由 15 组记录描述和一系列的时变数据组成。 15 组记录性的描述分别代表：模块运行标题、网格系统、垂直高度的确定、地面站坐标、探空站坐标、降水站坐标、地表粗糙度、土地利用类型、海拔高度、叶面积指数、距离各网格点最近的气象站。 所包含的具体变量和数据块描述见表 2－ 8。 表 3－ 8 所含变量及数据 块 序号 变量序号 变量 描述。