calpuff模型概述
CALPUFF 为非定常三维拉格朗日烟团输送模式。CALPUFF 采用烟团函数分割方法，垂直坐标采用地形追随坐标，水平结构为等间距的网格，空间分辨率为一至几百公里，垂直不等距分为30 多层。污染物包括SO2、NOx、CmHn、O3、CO、NH3、PM10（TSP）、Black Carbon，主要包括污染物之排放、平流输送、扩散，干沉降以及湿沉降等物理与化学过程。CALPUFF 模型系统可以处理连续排放源、间断排放情况，能够追踪质点在空间与时间上随流场的变化规律。考虑了复杂地形动力学影响、斜坡流、FROUND 数影响及发散最小化处理。
CALPUFF 模拟系统，包括诊断风场模型CALMET、高斯烟团扩散模型CALPUFF和后处理软件CALPOST 三部分。CALPUFF 模式可运用于静风、复杂地形等非定常条件。其中CALMET 利用质量守衡原理对风场进行诊断，输出包括逐时风场、混合层高度、大气稳定度（PGT 分类）、各种微气象参数等。
CALPOST 为计算结果后处理程序，对CALPUFF 计算的浓度进行时间分配处理，并计算出干（湿）沉降通量、能见度等。
1.1.1 CALPUFF系统构成
Calpuff模 型系统包含两个个主要组件：Calmet，Calpuff和前后处理程序，前处理程序包括了地面气象数据、探空气象数据、中尺度气象模型模拟数据、地形数据和土地利用数据处理程序，后处理程序包括除了CALMET三维气象模拟结果处理程序PERMET 和CALPUFF浓度预测结果处理程序。
表 1‑1 各模块作用
| 模块 | 作用 |
|---|---|
| CALMET | 诊断模型，包含客观分析和下泄风、动态地形、地形阻挡和扩散最小化、微气象模块参数化 |
| CALPUFF | 非定常拉格朗日高斯烟团，包括复杂地形影响，水面输送、海岸影响、建筑物下洗、干湿沉积和简单化学转化 |
| CALPOST | 后处理程序，处理CALPUFF和CALGRID预测的时间平均浓度和沉降量，可计算能见度 |
| PERMET | 后处理程序，从CALMET的预测气象数据中输出用户选择的气象要素 |
1.1.2 CALPUFF子程序
表 1‑2 CALPUFF包含的程序
图 1‑1 CALME运行流程图
1.1.3 CALPUFF输入输出数据简介
表 1‑3 输入数据
| 默认文件名 | 内容 | 备注 |
|---|---|---|
| RESTARTB.DAT | 重启文件，包含足够的烟团参数使模型继续运行 | 可选 |
| CALPUFF.INP | 控制流文件 | 必选 |
| CALMET.DAT | 地理和气象数据，CALMET建立 | 必选其一 |
| ISCMET.DAT | 气象数据，ISC3格式的文本 | - |
| PLMMET.DAT | 气象数据，AUSPLUME格式的文本 | - |
| PTEMARB.DAT | 点源排放数据，任意变化的源排放参数 | 可选 |
| BAEMARB.DAT | 面源排放数据，任意变化的源排放参数 | 可选 |
| VOLEM.DAT | 体源排放数据，任意变化的源排放参数 | 可选 |
| LNEMARB.DAT | 线源排放数据，任意变化的源排放参数 | 可选 |
| VD.DAT | 用户定义沉积速率 | 可选 |
| OZONE.DAT | 小时臭氧数据 | 可选 |
| CHEM.DAT | 用户定义化学转化速率 | 可选 |
| COASTLN.DAT | 次网格尺度海岸边界层 | 可选 |
| HILL.DAT | 山体说明，来自CTDM地形处理程序 | 可选 |
| HILLRCT.DAT | CTSG受体，来自CTDM地形处理程序 | 可选 |
| PROFILE.DAT | 单站文本气象塔数据，为CTDM准备 | 可选 |
| SURFACE.DAT | CTDMPLUS地表层参数 | 可选 |
| FLUXBDY.DAT | 质量通量的边界层数据 | 可选 |
表 1‑4 输出数据
| 默认文件名 | 内容 | 备注 |
|---|---|---|
| RESTARTE.DAT | 输出重启文件 | 可选 |
| CALPUFF.LST | Calpuff输出的文件 | - |
| CONC.DAT | 浓度文件，各网格和离散点的一小时平均浓度 | - |
| DFLX.DAT | 干沉积文件，各网格和离散点的一小时平均干沉积量 | 可选 |
| WFLX.DAT | 湿沉积文件，各网格和离散点的一小时平均湿沉积量 | 可选 |
| VISB.DAT | 相对湿度文件 | 可选 |
| DEBUG.DAT | 详细的有关烟团/slug调试数据 | - |
| MASSFLX.DAT | 质量通量边界的小时报告 | - |
| MASSBAL.DAT | 模拟污染物质量变化的小时报告 | - |
1.1.4 模型特征
CALMET模型特征
Calmet 边界层模块
- 陆地边界层-能量平衡方法
- 海洋边界层 剖面方法
- 网格数据字段
- 地面摩擦速度
- 对流速度尺度
- 莫宁霍夫长度
- 混合层高度
- PG稳定度分类
- 3d温度
- 降雨量
Calmet诊断风场模块
- 坡风
- 动力地形影响
- 地形阻挡效应
- 散度最小化
- 网格风 u v w
- 区域尺度风，观测和粗网格诊断风场
- Lambert坐标投影
CALPUFF模型特征
源类型
- 点源
- 线源
- 体源
- 面源
非稳态排放和气象条件
- 3D网格气象变量（风和温度）
- 空间变化的混合层高度、摩擦速度，对流速度尺度、莫宁霍夫长度、降雨量
- 垂向和水平方向变化的湍流和扩算速度
- 随时间变化的排放源
有效地抽样函数
- 整合烟团公式
- 细长烟团公式
扩散系数σvσw
- 直接测量σvσw
- 基于相思理论估算σvσw
- 帕斯奎尔扩散系数 乡村
- MP扩散系数 城市
- CTDM扩散系数 中性和稳定
垂向风剪切
- 烟团分裂
- 水平对流和扩散微分（differential
烟羽抬升
- 部分穿透
- 浮力和动力抬升
- 烟囱顶 效应
- 垂向风剪切
- 建筑物下洗
建筑物下洗
- Huber-snyder method
- Schulman-scire method
次尺度复杂地形
分割线Hd
排放模型接口
干沉积
- 气体和颗粒物沉积
- 三个选项时间空间变化沉积用户定义每个污染物的昼夜循环无干沉积
湿沉积
- 清除系数
- 与降水强度和降雨类型函数相关的清除
水面和海岸效应
- 水上边界层参数
- 气象条件的突变，烟羽在海岸边界层的散布
- 熏烟
- 引入次尺度热边界层到海岸网格
化学转化选项
- 化学转化 SO2 SO4 NOx HNO3 NO3
- 用户定义一天的转变速率
- 无化学转化
用户图形接口