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Aerscreen估算模型

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如何为AERMOD/AERSCREEN模型处理地形数据

· 阅读需 3 分钟
杨工
模型研究

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AERSCREEN使用地形是通过调取AERMAP地形预处理程序进行的,因此AERSCREEN对地形数据的要求和AERMAP是一样的。

系统中会自动获取污染源为中心点,半径25km的地形数据,如果用户需要手动处理地形数据,可按以下步骤处理。

1.下载地形数据

1.1下载网站

下载这个数据,有很多网址,这里提供的为:

1.2下载SRTM 90数据

(1**)格式说明**

首先要注意,可以选择GeoTiff 和 ArcInfo ASCII 两种格式。这两种格式arcgis(arcinfo、arcview)和Global mapper都可以打开,但surfer不能打开。问题的关键是下一步。

  • 选择服务器,随便选择一个即可,在数据下载缓慢时建议更换服务器
  • 三种选择下载数据区域的方式,这里选择Multiple Selection
  • 选择数据区域,鼠标选取即可
  • 蓝色框框-Click here to Begin Search

img img

(2**)格式选择**

网站上的数据有两种不同的格式,一个是带mask的,还有一个不是:如下图。注意,前两个下载地址下载的文件格式可用arcinfo 等软件进行处理。红色框内是带mask的,蓝色框内是不带mask的。可用多种下载工具下载数据.

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(3**)命名规范**

全国的SRTM 90数据还是比较大的,如果不是做全国项目的话,大多地形数据是用不到的,可以只下载包含预测区域的地形数据。

数据说明:

  • 从第一节中网站下载的数据,一个文件包含5o×5o的区域。
  • 文件命名格式tif,srtm表示数据来源,54_03表示数据块为经度方向第53块,纬度方向为第三块,如下图示。
  • 根据下图可以下载对应数据,解压缩放到aermodsystem的相应目录下面

注:每个颜色块代表一个数据文件,底图为中国行政区划图,四周的编号,可以组合起来可以查文件所包含的经纬度范围。

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2.地形数据处理

(1)数据下载后解压缩,解压缩后为tif格式。用global mapper打开。打开时有询问,选yes to all

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(2)打开后如下图:

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(3)打开菜单file中的导出dem格式对话框,见下图。

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选择DEM格式

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(4)根据污染源坐标,设置导出的DEM的经纬度范围,范围50km。

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(5)将数据放置到AERSCREEN文件夹下, 并在demlist.txt中指定格式为DEM,并指定文件的路径。

DEM : —————————————————- NADGRIDS: .
tif\terrain.dem

(6)根据导则要求需要采用NAD83的基准面,用户也可以在gl中设定。

声功率级与声压级之间的关系

· 阅读需 4 分钟
杨工
模型研究

在靠近大型面声源(如墙面、大型机器表面)的位置,单位面积的声功率级(本质上是声强级)与声压级之间在数值上近似相等。

以下是具体的推导过程。

1. 单位面积的声功率级(LWL_W)= 声强级(LIL_I

声功率是声源在单位时间内辐射的总声能量(单位:瓦特 W\mathrm{W})。
单位面积的声功率就是声强 I (W/m2)I\ (\mathrm{W/m^2}),表示单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的声能量。

声功率与声强之间的关系为:

W=I×SW = I \times S

其中,WW 是声功率(W\mathrm{W}),II 是声强(W/m2\mathrm{W/m^2}),SS 是透声面积(m2\mathrm{m^2})。

根据声功率级计算公式,可得总声功率级 LW,totL_{W,\text{tot}} 与声强级 LIL_I 的关系:

LW,tot=LI+10log10SL_{W,\text{tot}} = L_I + 10\log_{10} S

等价地:

LI=LW,tot10log10SL_I = L_{W,\text{tot}} - 10\log_{10} S

因此,单位面积的声功率级(即面元处的 LWL_W)与该处的声强级 LIL_I 数值相同:

LW (单位面积)=LIL_W\ (\text{单位面积}) = L_I

注:LW,totL_{W,\text{tot}} 是对整个辐射面的积分结果,不等于任一局部点的 LIL_I;只有将“每个面元上的声强”换算成“该面元的单位面积声功率级”时,LW(单位面积)LIL_W(\text{单位面积})\equiv L_I 才成立。


2. 声压级(LpL_p

声压级定义为:

Lp=20log10 ⁣(pp0) dBL_p = 20\log_{10}\!\left(\frac{p}{p_0}\right)\ \mathrm{dB}

其中,pp 为有效声压,p0=2×105 Pap_0 = 2\times10^{-5}\ \mathrm{Pa} 为空气中常用的基准声压。


3. 关键关系:声强 II 与 声压 pp

在自由声场中,对于行波(远离反射面的传播波),有:

I=p2ρcI = \frac{p^2}{\rho\,c}

其中,ρ\rho 是介质密度(空气约 1.2 kg/m31.2\ \mathrm{kg/m^3}),cc 是声速(空气约 343 m/s343\ \mathrm{m/s}),ρc\rho c 为特性阻抗(空气约 415 Rayl=Pas/m415\ \mathrm{Rayl}=\mathrm{Pa\cdot s/m})。


4. 靠近面声源的特殊情况

当测量点非常靠近一个大型、均匀辐射的面声源(远大于波长)时,声波在该点附近近似为平面波。
平面波同样满足:

I=p2ρcI = \frac{p^2}{\rho\,c}

5. 推导声强级(LIL_I)与声压级(LpL_p)的关系

由定义:

LI=10log10 ⁣(II0)=10log10 ⁣(p2ρcI0)=20log10p10log10(ρc)10log10I0L_I = 10\log_{10}\!\left(\frac{I}{I_0}\right) = 10\log_{10}\!\left(\frac{p^2}{\rho\,c\,I_0}\right) = 20\log_{10} p - 10\log_{10}(\rho\,c) - 10\log_{10} I_0

而:

Lp=20log10 ⁣(pp0)=20log10p20log10p0L_p = 20\log_{10}\!\left(\frac{p}{p_0}\right) = 20\log_{10} p - 20\log_{10} p_0

联立得:

LI=Lp+10log10 ⁣(p02ρcI0)L_I = L_p + 10\log_{10}\!\left(\frac{p_0^2}{\rho\,c\,I_0}\right)

在空气中,若取 p0=2×105 Pap_0 = 2\times10^{-5}\ \mathrm{Pa}I0=1012 W/m2I_0 = 10^{-12}\ \mathrm{W/m^2},且标准条件下 ρc400415 Rayl\rho c \approx 400\text{–}415\ \mathrm{Rayl},则:

p02ρcI0110log10()0 dB\frac{p_0^2}{\rho\,c\,I_0}\approx 1 \quad\Rightarrow\quad 10\log_{10}(\cdot)\approx 0\ \mathrm{dB}

因此:

LILpL_I \approx L_p

6. 结论

在靠近大型、均匀辐射的面声源且满足平面波近似的条件下:

LW (单位面积)=LILp(单位:dB)L_W\ (\text{单位面积}) = L_I \approx L_p \quad (\text{\text{单位}\text{:}dB})

重要说明

  1. 平面波近似条件:等号成立依赖于测点足够靠近面源,使声场近似平面波。若离得较远形成发散(球面波),一般有 L_I < L_p
  2. 辐射均匀性:假设面源各处辐射均匀;若不均匀,局部 LpL_pLIL_I 会随位置变化。
  3. 自由场假设:推导默认自由场;近反射面需考虑镜像源影响。
  4. 半空间辐射:墙面设备常向半空间(2π2\pi 立体角)辐射。局部仍有 I=p2/(ρc)I = p^2/(\rho c) 成立;总声功率级需对整个辐射面积分,远大于任一点的单位面积值。

总结:

对于“靠近面源处某一点”,该点的声压级 LpL_p 在满足平面波条件时,就近似等于通过该点单位面积的声功率级 LWL_W(即声强级 LIL_I)。
两者数值上相等(单位都是 dB)。
理解这个关系对于通过测量靠近噪声源表面的声压来估算其表面辐射声强(功率密度)非常有用。

AERSCREEN输入文件编写规则

· 阅读需 2 分钟
杨工
模型研究

AERSCREEN输入文件分了十个数据块,分别是:
第一个数据块为污染源信息,
第二个数据块为建筑物下洗参数设置,
第三个数据块为MAKEMET数据设置,包括气候设置和地表参数设置。
第四个数据块为地表摩擦速度调整。
第五个数据块为地形数据,
第六个数据块为离散点设置,
第七个数据块为单位和城乡选择,
第八个数据块为熏烟选项,
第九个数据块为调试选项,
第十个数据块为输出文件设置。

每个数据块的格式类似,都以**开头,完整的输入文件如下:

** STACK DATA Rate Height Temp. Velocity Diam. Flow ** 0.4631E+01 120.0000 323.1500 12.3000 3.0000 184224.

** BUILDING DATA BPIP Height Max dim. Min dim. Orient. Direct. Offset ** N 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

** MAKEMET DATA MinT MaxT Speed AnemHt Surf Clim Albedo Bowen Length SC FILE ** 261.15 314.15 0.5 10.000 5 1 0.6000 1.5000 0.0100 "NA"

** ADJUST U* N

** TERRAIN DATA Terrain UTM East UTM North Zone Nada Probe PROFBASE Use AERMAP elev ** Y 680588.3 4227706.0 49 4 25000.0 1186.72 N

** DISCRETE RECEPTORS Discflag Receptor file ** N "NA"

** UNITS/POPULATION Units R/U Population Amb. dist. Flagpole Flagpole height ** M R 0. 1.000 N 0.00

** FUMIGATION Inversion Break-up Shoreline Distance Direct Run AERSCREEN ** N N -999.00 -9.0 Y

** DEBUG OPTION Debug ** N

** OUTPUT FILE "AERSCREEN.OUT"

第一行为参数标识,第二行为具体的参数值。