專(zhuān)利名稱(chēng)：基于大氣混合層高度參數(shù)的城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于城市氣象與城市環(huán)境空氣污染監(jiān)控與治理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于大氣混合層高度參數(shù)的城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，越來(lái)越嚴(yán)重的城市熱島效應(yīng)與空氣污染引起了人們的高度重視與廣泛研究。為保障居民的身體舒適與健康，必須有效控制(或稀釋)并及時(shí)排出城市活動(dòng)產(chǎn)生的熱量與污染物。通風(fēng)是稀釋與排除熱量與污染物最有效方式。但是，傳統(tǒng)意義上的通風(fēng)都是針對(duì)封閉空間的。為此，本發(fā)明將傳統(tǒng)的通風(fēng)概念拓展應(yīng)用于開(kāi)放的城市空間，定義為“城市通風(fēng)”。城市空間可以理解為“受城市影響”的空間區(qū)域，其水平界面即為城市的實(shí)際占地面積，豎直界面則為大氣邊界層厚度(也稱(chēng)為大氣混合層高度)，因?yàn)檫吔鐚右酝獾淖杂纱髿獠皇艹鞘械挠绊?。由于大氣邊界層厚度是不斷變化的，因此城市空間是變化的。城市活動(dòng)產(chǎn)生的熱量與污染物都聚集在虛擬的城市空間物理界面內(nèi)，城市通風(fēng)的目的主要是稀釋或排除其空間內(nèi)的熱與污染物，以改善熱島效應(yīng)或降低空氣污染水平。對(duì)于傳統(tǒng)的剛性封閉空間，通風(fēng)只能依靠空氣的進(jìn)出帶走空間內(nèi)的熱與污染物。 但是，城市空間是彈性變化的，其豎直方向邊界層厚度增加將提升城市空間的體積，也能有效稀釋其空間內(nèi)的熱與污染物，因此也可理解為通風(fēng)的一種方式。這樣，城市通風(fēng)包括兩方面一方面是空氣穿越水平方向城市邊界(即空氣進(jìn)出城市)帶走其空間內(nèi)產(chǎn)生的熱與污染物；另一方面豎直方向大氣邊界層厚度增加稀釋城市熱量與污染物濃度。因此，城市通風(fēng)是立體的，可理解為水平方向空氣流動(dòng)速度與豎直方向大氣邊界層厚度共同作用的結(jié)果 (見(jiàn)圖4)。近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注城市通風(fēng)及其對(duì)改善城市空氣質(zhì)量、消除城市熱島效應(yīng)、 保障城市公共安全、預(yù)防與處理城市空氣污染事件中的作用。但是，人們對(duì)城市通風(fēng)的認(rèn)識(shí)明顯受傳統(tǒng)通風(fēng)概念的影響，把城市空間視為剛性封閉空間，忽略豎直方向城市大氣邊界層厚度變化，即認(rèn)為城市上空界面固定，僅關(guān)注穿越城市的水平方向空氣流動(dòng)對(duì)城市熱、風(fēng)環(huán)境與污染物分布的作用與影響。特別是，近年來(lái)在城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用的風(fēng)洞試驗(yàn)與計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD數(shù)值模擬技術(shù)均未考慮城市大氣邊界層厚度的作用與影響。 主要原因在于大氣混合層高度盡管其重要性但缺乏直接有效的測(cè)試技術(shù)，成為一種“懸而未解”的虛擬概念，一直未能得到人們的重視與應(yīng)用。事實(shí)上，豎直方向大氣邊界層厚度變化引起的城市通風(fēng)非常重要，特別是在城市無(wú)風(fēng)的狀態(tài)下，邊界層厚度是遷移城市能量與污染物的唯一驅(qū)動(dòng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種基于大氣混合層高度參數(shù)的城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)方法，該基于大氣混合層高度參數(shù)的城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)方法能簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)城市通風(fēng)狀況。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種基于大氣混合層高度參數(shù)的城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟步驟1 預(yù)測(cè)城市大氣混合層高度獲取某一城市的當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)，所述的氣象數(shù)據(jù)為空氣溫度T、大氣壓力P、太陽(yáng)輻射值SR、空氣濕度RH、風(fēng)速WS、露點(diǎn)溫度DT，再根據(jù)MLH = α J+α 2Ρ+ α 3SR+ α 4RH+ α 5ffS+ α 6DT計(jì)算出該城市的大氣混合層高度的預(yù)測(cè)值；式中的MLH為大氣混合層高度；式中α工 Ci6為回歸系數(shù)，回歸系數(shù)由歷史的氣象數(shù)據(jù)和歷史的大氣混合層高度經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)多元線性回歸方法獲得；步驟2 計(jì)算城市通風(fēng)系數(shù)作為城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)值；基于公式城市通風(fēng)系數(shù)VC =大氣混合層高度MLHX風(fēng)速WS，得到的城市通風(fēng)系數(shù)的計(jì)算值作為城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)值。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)多元線性回歸方法對(duì)白天與夜晚分別進(jìn)行線性回歸，分別獲得白天與夜晚的回歸系數(shù)。所述的白天為8:00-19:00時(shí)段，所述的夜晚為20:00-7:00時(shí)段。空氣溫度T、大氣壓力P、太陽(yáng)輻射值SR、風(fēng)速WS、露點(diǎn)溫度DT和大氣混合層高度的單位分別為°C、hI^、W/m2、m/S、！和!!!，空氣濕度RH采用百分?jǐn)?shù)值，城市通風(fēng)系數(shù)VC的單位為m2/s。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思本發(fā)明的思想不同于傳統(tǒng)剛性封閉空間，本發(fā)明建立了城市通風(fēng)的概念，一方面， 水平通風(fēng)能夠在水平方向遷移城市熱量、消除空氣污染；另一方面，豎直通風(fēng)通過(guò)改變城市邊界層厚度有效地稀釋空氣污染，降低城市污染水平。首先，本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有的歷史數(shù)據(jù)計(jì)算城市通風(fēng)系數(shù)，并依據(jù)通風(fēng)系數(shù)的大小評(píng)估城市通風(fēng)水平的高低。其次，本發(fā)明通過(guò)利用可獲得的歷史氣象數(shù)據(jù)，建立了大氣混合層高度統(tǒng)計(jì)學(xué)多元線性回歸模型，從而對(duì)城市通風(fēng)系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。本發(fā)明對(duì)城市通風(fēng)系數(shù)的分析和評(píng)價(jià)能夠?yàn)槌鞘型L(fēng)指標(biāo)與污染水平的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)提供科學(xué)的方法和技術(shù)手段。本發(fā)明對(duì)城市通風(fēng)的定義、評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)方法如下(1)建立城市通風(fēng)的科學(xué)表達(dá)。由于城市通風(fēng)是水平方向空氣流動(dòng)速度(風(fēng)速) 與豎直方向大氣邊界層厚度(大氣混合層高度)共同作用的結(jié)果，因此定義城市通風(fēng)系數(shù)(VC)=大氣混合層高度(MLH) X風(fēng)速(WS)式中，VC單位m2/s，MLH單位m，WS單位m/s。此方程適用于各城市的不同地點(diǎn)或監(jiān)測(cè)站，本發(fā)明采用的是長(zhǎng)沙市機(jī)場(chǎng)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。(2)由于水平方向城市風(fēng)速可以很容易實(shí)時(shí)測(cè)試，因此認(rèn)為是已知的氣象參數(shù)。研究城市通風(fēng)必須首先獲得豎直方向城市大氣混合層高度信息。由于缺乏直接有效的測(cè)試方法，因此本發(fā)明采用統(tǒng)計(jì)學(xué)回歸模型能夠?qū)Τ鞘写髿饣旌蠈痈叨冗M(jìn)行準(zhǔn)確實(shí)時(shí)計(jì)算與預(yù)測(cè)，根據(jù)一些城市多年的每小時(shí)的大氣混合層高度與基本氣象參數(shù)(包括太陽(yáng)輻射、溫度、壓力、相對(duì)濕度、風(fēng)速、露點(diǎn)溫度)的Pearson相關(guān)性分析，標(biāo)明城市大氣混合層高度與這些氣象參數(shù)之間均具有顯著的相關(guān)性，比如，根據(jù)長(zhǎng)沙市2005-2009年每小時(shí)的大氣混合層高度與基本氣象參數(shù)(包括太陽(yáng)輻射、溫度、壓力、相對(duì)濕度、風(fēng)速、露點(diǎn)溫度)的 Pearson相關(guān)性分析，表明城市大氣混合層高度與這些氣象參數(shù)之間均具有顯著的相關(guān)性， 其相關(guān)系數(shù)依次為 0. 830#、0. 384**、-0. 132**、-0. 649#、0. 405#、0. 125** 表示顯著相關(guān))。因此，本發(fā)明基于這些參數(shù)與每小時(shí)的大氣混合層高度的相關(guān)性構(gòu)造每小時(shí)的大氣混合層高度的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，并通過(guò)數(shù)據(jù)擬合獲得該模型的具體系數(shù)，從而完成對(duì)城市大氣混合層高度的建模。最后再根據(jù)建模后得到的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型對(duì)當(dāng)前的城市大氣混合層高度進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)現(xiàn)有的歷史數(shù)據(jù)建立城市大氣混合層高度與其它基本氣象參數(shù)之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)多元線性回歸模型，模型表達(dá)式為MLH = E (α = α J+α 2Ρ+ α 3SR+ α 4RH+ α 5ffS+ α 6DT式中MLH-大氣混合層
高度(m) ；T——空氣溫度(°C ) ；P——大氣壓力(hPa) ；SR——太陽(yáng)輻射(W/m2) ；RH——空氣濕度(％ ) ；WS——風(fēng)速(m/s) ；DT——露點(diǎn)溫度(°C ) ； α di = 1，· · · 6)——回歸系數(shù)。(3)根據(jù)已知的風(fēng)速與大氣混合層高度數(shù)據(jù)，本發(fā)明可以利用上述城市通風(fēng)模型實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算與預(yù)測(cè)城市通風(fēng)狀況與能力。(4)城市通風(fēng)是評(píng)價(jià)城市熱島效應(yīng)與空氣質(zhì)量的依據(jù)，為此本發(fā)明建立城市通風(fēng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)=VC≥ 6000m2/s (其中:MH > 1500m, WS > 4m/s)；良4000 ≤ VC < 6000 ；中2000 ≤ VC < 4000 ；差VC< 2000m2/s (其中MH < 500m, WS < 4m/s)。此評(píng)價(jià)指標(biāo)根據(jù)美國(guó)國(guó)家氣象中心和加拿大大氣環(huán)境服務(wù)部門(mén)的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，并針對(duì)中國(guó)和長(zhǎng)沙市的實(shí)際情況進(jìn)行標(biāo)定和修正，此指標(biāo)能夠較為準(zhǔn)確和有效地評(píng)估與反映長(zhǎng)沙市實(shí)時(shí)城市通風(fēng)水平的好壞。(5)城市通風(fēng)優(yōu)劣也是指導(dǎo)城市環(huán)境規(guī)劃與管理的重要指標(biāo)與依據(jù)。根據(jù)上述評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇城市通風(fēng)好的時(shí)間段與區(qū)域定時(shí)、定點(diǎn)指導(dǎo)污染企業(yè)向大氣排放污染物，既有利于污染物的快速擴(kuò)散與稀釋?zhuān)帜鼙苊鈱?duì)城市空氣造成嚴(yán)重污染。有益效果(1)本發(fā)明克服了人們對(duì)城市通風(fēng)概念與方法認(rèn)識(shí)不足，綜合考慮了水平方向空氣流動(dòng)與豎直方向大氣邊界層厚度共同作用，全面揭示了城市通風(fēng)對(duì)熱島效應(yīng)與污染的作用與影響。(2)本發(fā)明提出的城市通風(fēng)模型(即本發(fā)明的城市通風(fēng)系數(shù)VC以及預(yù)測(cè)城市大氣混合層高度的表達(dá)式)為計(jì)算與預(yù)測(cè)城市通風(fēng)能力提供了一種實(shí)用工具與方法。(3)本發(fā)明建立的城市通風(fēng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為評(píng)價(jià)城市熱島效應(yīng)與空氣質(zhì)量提供了直接依據(jù)，也是指導(dǎo)城市環(huán)境規(guī)劃與管理的重要指標(biāo)與依據(jù)。具體實(shí)踐表明，本發(fā)明的方法預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性高。值得說(shuō)明的是，本發(fā)明中的關(guān)鍵步驟一步驟1 城市大氣混合層高度的預(yù)測(cè)方法， 具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)采用簡(jiǎn)單且容易獲得(小型或微型氣象站)或當(dāng)?shù)貧庀缶謱?shí)時(shí)公布的基本氣象數(shù)據(jù)計(jì)算大氣混合層高度，一方面大大降低了研究成本，另一方面大大提高了研究效率， 從而為大氣混合層高度實(shí)用化提供了可能。(2)統(tǒng)計(jì)學(xué)模型(即前述的計(jì)算公式MLH = α IT+ α 2Ρ+ α 3SR+ α 4RH+ α 5WS+ α 6DT)是對(duì)過(guò)去多年大氣混合層高度變化的總結(jié)與分析， 充分考慮了各氣象參數(shù)的影響，模型結(jié)果更準(zhǔn)確、更可靠。實(shí)踐表明，本發(fā)明的預(yù)測(cè)方法準(zhǔn)確度較高，預(yù)測(cè)值與測(cè)量值的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0. 886，詳見(jiàn)實(shí)施例。(3)通過(guò)本發(fā)明的城市大氣混合層高度的預(yù)測(cè)方法，可以方便快速估計(jì)與預(yù)測(cè)大氣混合層高度及其變化特性，并使其成為一種工具與技術(shù)，為城市空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)與管理提供科學(xué)依據(jù)。


圖1為長(zhǎng)沙市2009年夏季(6月至8月)大氣混合層高度一天M小時(shí)變化趨勢(shì)圖；圖2是長(zhǎng)沙市2005 2009五年大氣混合層高度回歸模型計(jì)算結(jié)果與NOAA公布結(jié)果之間的比較示意圖；圖3是2010年1 10月大氣混合層高度預(yù)測(cè)結(jié)果與美國(guó)海洋大氣管理局 NOAA (http //www. noaa. gov/)公布數(shù)據(jù)的比較圖。圖4是本發(fā)明提出的城市通風(fēng)示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明提出的城市通風(fēng)模型得到的我國(guó)長(zhǎng)沙市機(jī)場(chǎng)的通風(fēng)強(qiáng)度與 NOAA網(wǎng)站下載并計(jì)算得到的實(shí)際結(jié)果的比較示意圖。圖6是根據(jù)通風(fēng)模型對(duì)2010年1-10月長(zhǎng)沙城市通風(fēng)系數(shù)的預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值的比較驗(yàn)證結(jié)果示意圖。圖7為根據(jù)本發(fā)明對(duì)城市通風(fēng)水平的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)對(duì)2010年1-10月長(zhǎng)沙市通風(fēng)系數(shù)的預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值進(jìn)行評(píng)估與統(tǒng)計(jì)的結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明該發(fā)明提出的城市大氣混合層高度的預(yù)測(cè)方法具有一般性與通用性，可以直接推廣使用，具體實(shí)施步驟如下步驟1 預(yù)測(cè)城市大氣混合層高度(1)首先選定城市或城市區(qū)域，然后獲取該城市或城市區(qū)域的大氣混合層高度與基本氣象參數(shù)歷史數(shù)據(jù)。(2)采用基本氣象參數(shù)建立大氣混合層高度回歸模型。首先大氣混合層高度。一方面，從美國(guó)海洋大氣管理局NOAA(http://www. noaa. gov/)下載過(guò)去五年Q005 2009) 每天M小時(shí)某一城市(如長(zhǎng)沙市)大氣混合層高度數(shù)據(jù)(我國(guó)目前尚未公開(kāi)城市混合層高度數(shù)據(jù))，另一方面，由國(guó)際氣象網(wǎng)站(http//www. wunderground. com/)公開(kāi)公布的氣象數(shù)據(jù)中獲得長(zhǎng)沙市過(guò)去五年(2005 2009)每天M小時(shí)的基本氣象參數(shù)數(shù)據(jù)。(3)獲得實(shí)時(shí)氣象參數(shù)數(shù)據(jù)。本發(fā)明混合層高度預(yù)測(cè)模型僅需最基本的六個(gè)氣象參數(shù)(包括空氣溫度、露點(diǎn)溫度、大氣壓力、相對(duì)濕度、太陽(yáng)輻射、地面風(fēng)速)，可采用任何小型或微型氣象站(市場(chǎng)產(chǎn)品類(lèi)型非常多，價(jià)格比較便宜，均能提供上述參數(shù))直接測(cè)試或采用當(dāng)?shù)貧庀缶止嫉臄?shù)據(jù)(如長(zhǎng)沙氣象局網(wǎng)站http://WWW. csqx. com/、北京市氣象局網(wǎng)站 http://www. bjmb. gov. cn/ 等)。(4)將實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)按照白天(08:00-19:00)與晚上00:00-07:00)分類(lèi)，分別輸入本發(fā)明已給出的大氣混合層高度的回歸模型公式MLH = E (aixi)= a IT+ a 2P+ a 3SR+ a 4RH+ a 5WS+ a 6DT,從而實(shí)時(shí)計(jì)算出大氣混合層高度的具體數(shù)值。此模型與數(shù)據(jù)具有理論完備性和科學(xué)精確性，并且該發(fā)明能夠運(yùn)用于對(duì)城市大氣混合層高度的預(yù)測(cè)，例如用未來(lái)一周天氣預(yù)報(bào)獲得氣象數(shù)據(jù)，運(yùn)用該發(fā)明模型預(yù)測(cè)未來(lái)一周的城市大氣混合層高度數(shù)據(jù)，從而可以提前掌握未來(lái)一周內(nèi)的大氣混合層高度變化，對(duì)即將出現(xiàn)的較低值提前預(yù)警，保障城市通風(fēng)水平，避免城市污染激增。步驟2 計(jì)算城市通風(fēng)系數(shù)作為城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)值；基于公式城市通風(fēng)系數(shù)VC =大氣混合層高度MLHX風(fēng)速WS，得到的城市通風(fēng)系數(shù)的計(jì)算值作為城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)值。實(shí)施例1 以長(zhǎng)沙市為例，具體說(shuō)明上本發(fā)明的實(shí)施步驟。步驟1 預(yù)測(cè)城市大氣混合層高度首先，獲取歷史數(shù)據(jù)。一方面，從美國(guó)海洋大氣管理局NOAA(http://www.noaa. gov/)下載過(guò)去五年(2005 2009)每天M小時(shí)長(zhǎng)沙市大氣混合層高度數(shù)據(jù)(我國(guó)目前尚未公開(kāi)城市混合層高度數(shù)據(jù))，另一方面，由國(guó)際氣象網(wǎng)站(http://WWW. wunderground. com/)公開(kāi)公布的氣象數(shù)據(jù)中獲得長(zhǎng)沙市過(guò)去五年(2005 2009)每天M小時(shí)的基本氣象參數(shù)數(shù)據(jù)。其次，根據(jù)上述歷史數(shù)據(jù)，利用SPSS(即中文的統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件(任何統(tǒng)計(jì)軟件都具備該功能)建立城市大氣混合層高度與基本氣象參數(shù)之間的多元線性回歸分段模型如下白天(8:00-19:00) :MLH = -11882+1. 4*SR+56. 4*WS+10. 6*Ρ+62· 9*Τ_56· 9*DT+12 3*RH ；夜晚(20 00-7 00) :MLH = -679+0. 07*SR+47. 6*WS+0. 8*Ρ+10· 6*Τ_8· 9*DT_0. 6*R
H0步驟2 基于公式城市通風(fēng)系數(shù)VC=大氣混合層高度MLHX風(fēng)速WS，得到的城市通風(fēng)系數(shù)的計(jì)算值作為城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)值。計(jì)算結(jié)果如圖5和圖6所示。根據(jù)預(yù)測(cè)的通風(fēng)系數(shù)，判斷與評(píng)價(jià)長(zhǎng)沙市通風(fēng)能力與城市環(huán)境污染水平。圖7為根據(jù)城市大氣混合層高度模型預(yù)測(cè)出的2010年1-10月的通風(fēng)系數(shù)預(yù)測(cè)值，并根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其評(píng)估與統(tǒng)計(jì)分布。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，根據(jù)模型預(yù)測(cè)的長(zhǎng)沙城市通風(fēng)能力優(yōu)、良、中、 差的發(fā)生次數(shù)和比例分別為284 % )、413(5.8% )、1136(16. )、5227(74.0% )，而相對(duì)應(yīng)的實(shí)際觀測(cè)值發(fā)生的次數(shù)和比例依次為276(3.9% ),401(5. 7% ),1068(15. 1% 5315 (75. 3% )，其中，通風(fēng)系數(shù)的觀測(cè)值為2010年1_10月當(dāng)天時(shí)刻的大氣混合層高度(由 NOAA網(wǎng)站下載得到)與當(dāng)天時(shí)刻的風(fēng)速值(由長(zhǎng)沙氣象網(wǎng)站下載得到)的乘積。根據(jù)本發(fā)明擬定的長(zhǎng)沙城市通風(fēng)指標(biāo)，將2010年長(zhǎng)沙城市通風(fēng)系數(shù)的預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分布與比較，結(jié)果表明，采用該評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值的發(fā)生次數(shù)與發(fā)生頻率十分接近，其準(zhǔn)確率高達(dá)99. 97%。說(shuō)明本發(fā)明采用的城市通風(fēng)評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠準(zhǔn)確和有效地評(píng)估和反映長(zhǎng)沙市的通風(fēng)能力與城市污染水平。最后，利用上述回歸模型實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)長(zhǎng)沙市大氣混合層高度。圖3是我們采用2010 年1 10月的基本氣象參數(shù)數(shù)據(jù)(http://Ww. wunderground. com/)計(jì)算的大氣混合層高度變化，與美國(guó)海洋大氣管理局NOAA (http://www. noaa. gov/)公布的數(shù)據(jù)非常一致，充分驗(yàn)證了回歸模型的預(yù)測(cè)可靠性。圖1為長(zhǎng)沙市2009年夏季(6月至8月)大氣混合層高度一天M小時(shí)變化趨勢(shì)圖，可明顯看出其白天與夜晚存在顯著區(qū)別(夜晚平均值為200米左右，白天平均指則在 200 1500米之間變化)，因此本發(fā)明白天夜晚進(jìn)行分段回歸，以提高模型的可靠性。圖2是長(zhǎng)沙市2005 2009五年大氣混合層高度回歸模型計(jì)算結(jié)果與NOAA公布結(jié)果之間的比較，二者的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0. 886(即相關(guān)性R2 = 0. 8862 = 0. 785)，說(shuō)明回歸模型的可靠性。圖3是2010年1 10月大氣混合層高度預(yù)測(cè)結(jié)果與美國(guó)海洋大氣管理局 NOAA (http://www.noaa. gov/)公布數(shù)據(jù)的比較，結(jié)果非常一致，充分驗(yàn)證了回歸模型的預(yù)測(cè)可靠性。圖5為根據(jù)本發(fā)明提出的城市通風(fēng)模型得到的我國(guó)長(zhǎng)沙市機(jī)場(chǎng)的通風(fēng)強(qiáng)度與 NOAA網(wǎng)站下載并計(jì)算得到的實(shí)際結(jié)果的比較示意圖，兩者相關(guān)性高達(dá)0.987，很好地說(shuō)明城市通風(fēng)模型的可靠性與準(zhǔn)確性。圖6是根據(jù)通風(fēng)模型對(duì)2010年1-10月長(zhǎng)沙城市通風(fēng)系數(shù)的預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值的比較驗(yàn)證結(jié)果示意圖，其相關(guān)性達(dá)到0. 970，充分說(shuō)明了本發(fā)明提出的對(duì)城市通風(fēng)系數(shù)的預(yù)測(cè)精確性和有效性。圖7為根據(jù)本發(fā)明對(duì)城市通風(fēng)水平的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)2010年1-10月長(zhǎng)沙市通風(fēng)系數(shù)的預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值進(jìn)行評(píng)估與統(tǒng)計(jì)的結(jié)果示意圖。采用該指標(biāo)分類(lèi)，預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值在不同指標(biāo)時(shí)發(fā)生的次數(shù)與頻率十分接近，該指標(biāo)能夠準(zhǔn)確的對(duì)長(zhǎng)沙城市通風(fēng)能力進(jìn)行標(biāo)定與評(píng)估。說(shuō)明(1)回歸模型中城市大氣混合層高度歷史數(shù)據(jù)可以是如前所述的任何一種方法， 如大型氣象站遠(yuǎn)程探測(cè)或根據(jù)理論模型計(jì)算獲得。(2)本發(fā)明采用的基本氣象參數(shù)原則是簡(jiǎn)單且容易獲得(如采用小型或微型氣象站能夠?qū)崟r(shí)測(cè)試的氣象數(shù)據(jù))或者當(dāng)?shù)貧庀缶謱?shí)時(shí)公布的氣象數(shù)據(jù)，具體采用的氣象參數(shù)包括空氣溫度(T)、露點(diǎn)溫度(DT)、大氣壓力(P)、相對(duì)濕度(RH)、太陽(yáng)輻射(SR)、地面風(fēng)速(WS)。(3)由于大氣混合層高度在白天與夜晚有顯著性區(qū)別(見(jiàn)附圖1)，因此為提高回歸模型的可靠性，本發(fā)明建議對(duì)白天與夜晚進(jìn)行分段回歸。(4)上述統(tǒng)計(jì)學(xué)回歸模型實(shí)現(xiàn)了采用非常容易獲得或測(cè)試的基本氣象參數(shù)來(lái)計(jì)算非常難以獲得或測(cè)試的城市大氣混合層高度的方法。(5)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試或當(dāng)?shù)貧庀缶謱?shí)時(shí)公布的基本氣象參數(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)上述多元線性回歸模型即可實(shí)時(shí)計(jì)算與預(yù)測(cè)城市大氣混合層高度及其變化。 由于對(duì)于不同的城市，其線性回歸系數(shù)都是經(jīng)過(guò)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸方法獲得的，因此，本發(fā)明的方法具有普適性。即在任一個(gè)城市都可以使用，區(qū)別只在于不同城市中回歸系數(shù)的具體數(shù)值不同。由于城市大氣混合層高度的預(yù)測(cè)是本發(fā)明方法的核心，因此，本發(fā)明同樣也具有廣泛應(yīng)用性即通用性。
權(quán)利要求
1.一種基于大氣混合層高度參數(shù)的城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1 預(yù)測(cè)城市大氣混合層高度獲取某一城市的當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)，所述的氣象數(shù)據(jù)為空氣溫度T、大氣壓力P、太陽(yáng)輻射值SR、空氣濕度RH、風(fēng)速WS、露點(diǎn)溫度DT，再根據(jù)MLH = α J+α 2Ρ+ α 3SR+ α 4RH+ α α 6DT計(jì)算出該城市的大氣混合層高度的預(yù)測(cè)值；式中的MLH為大氣混合層高度；式中α工 α 6為回歸系數(shù)，回歸系數(shù)由歷史的氣象數(shù)據(jù)和歷史的大氣混合層高度經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)多元線性回歸方法獲得；步驟2 計(jì)算城市通風(fēng)系數(shù)作為城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)值；基于公式城市通風(fēng)系數(shù)VC =大氣混合層高度MLHX風(fēng)速WS，得到的城市通風(fēng)系數(shù)的計(jì)算值作為城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于大氣混合層高度參數(shù)的城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)多元線性回歸方法對(duì)白天與夜晚分別進(jìn)行線性回歸，分別獲得白天與夜晚的回歸系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于大氣混合層高度參數(shù)的城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述的白天為8:00-19:00時(shí)段，所述的夜晚為20:00-7:00時(shí)段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的基于大氣混合層高度參數(shù)的城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，空氣溫度Τ、大氣壓力P、太陽(yáng)輻射值SR、風(fēng)速WS、露點(diǎn)溫度DT和大氣混合層高度的單位分別為°C、hPa、W/m2、m/s、！和m，空氣濕度RH采用百分?jǐn)?shù)值，城市通風(fēng)系數(shù)VC 的單位為m2/s。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于大氣混合層高度參數(shù)的城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1預(yù)測(cè)城市大氣混合層高度根據(jù)大氣混合層高度MLH＝α1T+α2P+α3SR+α4RH+α5WS+α6DT計(jì)算出該城市的大氣混合層高度的預(yù)測(cè)值；步驟2計(jì)算城市通風(fēng)系數(shù)作為城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)值；基于公式城市通風(fēng)系數(shù)VC＝大氣混合層高度MLH×風(fēng)速WS，得到的城市通風(fēng)系數(shù)的計(jì)算值作為城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)值。該基于大氣混合層高度參數(shù)的城市通風(fēng)狀況的預(yù)測(cè)方法能簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)城市的通風(fēng)狀況。
文檔編號(hào)G01W1/00GK102183800SQ20111004759
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者石靈芝, 賀廣興, 路嬋, 鄧啟紅, 黃柏良 申請(qǐng)人:中南大學(xué)