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放射性核素大气中迁移的风场计算模式研究

放射性核素大气中迁移的风场计算模式研究. 报告人：杨振中 指导老师：王德忠、张继革 同组人：陈彦良、宫连兵、张少典. 报告内容. 1 ：课题背景 2 ：现有的风场计算模式 3 ：诊断方法的风场模拟 （ 1 ）初始风场的获取 （ 2 ）风场的调整 4 ：风场计算模式的计算机实现. 背景.

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放射性核素大气中迁移的风场计算模式研究

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Presentation Transcript

  1. 放射性核素大气中迁移的风场计算模式研究 报告人：杨振中 指导老师：王德忠、张继革 同组人：陈彦良、宫连兵、张少典

  2. 报告内容 • 1：课题背景 • 2：现有的风场计算模式 • 3：诊断方法的风场模拟 • （1）初始风场的获取 • （2）风场的调整 • 4：风场计算模式的计算机实现

  3. 背景 • 放射性核素大气中迁移规律的研究一个重要部分是风场。如果这个风场不反映实际情况，弥散模式的质量就不可能很好。由于发生事故的核设施周围提供的观测台站数目不可能很多，必须采用一定的技术，通过这些分散的数据来得到整个风场。现有的风场计算模式根据复杂性不同分为诊断方法和预报方法。

  4. 现有的风场计算模式 预报方法：使用控制大气运动的整个原始的方程式，在一套初始条件和边界条件下，预报稳定的风场。 缺点 优点 • 模式复杂 • 计算时间长 • 无法满足应急响应的要求 • 使用控制大气运动的整个原始方程式 • 对观测资料依赖性小 • 能比较客观的反应实际的大气情况

  5. 现有的风场计算模式 诊断方法：首先利用实测资料进行内插来求得初始场,然后引入物理约束，得到既符合连续性条件，又接近原始内插风场的结果 优点 缺点 • 对观测资料依赖性较大 • 模式简单 • 计算时间短 本人在研究中采用诊断方法进行风场模拟

  6. 诊断方法进行风场模拟 选用诊断方法的原因 • 实际应用中计算机性能的限制 • 核电站周围有足够数量的风场观测点（秦山地区有14个）

  7. 诊断方法进行风场模拟 风场模拟步骤 • 一、插值法获得初始风场 • 二、引入物理约束对风场进行调整

  8. 初始风场的获取 垂直插值按下述方法处理：对有探空资料的测点，根据实测的风速、风向内插，求得各给定高度的风速、风向值，也可利用高度为10m的风资料测点，按幂次率测算高度为10m以上的风速，即 式中u10， 为10m的风速；z为所求风速的高度；P为大气稳定度和地面粗糙度的函数。

  9. 初始风场的获取 如果有现场近地面层观测资料，最好采用适合放射性核素扩散区域的P；如果条件不允许，可以采用表1推荐的值P（200m以下）

  10. 初始风场的获取 水平方向把观测资料内插到较细的网格点上有多种方法，其中权重内插法和多项式内插法是计算效率较高的方法，这里采用权重内插法。并且在计算权重时引入地形起伏的因素。 • 通常所用的权重函数为： • 其中r为待求点与测点之间的距离

  11. 初始风场的获取 为了考虑地形起伏的影响，在权重函数中增加一个反映地形起伏变化程度的因子h，即权重函数取如下形式： • 其中r的含义如前所述，指数a和b为非负数，h则表示气象测点与待求点之间地形高度变化的总量。指数a可取常用值2，指数b的大小，表示地形起伏因子h在权重函数中的作用大小，即b值越大，h对结果的影响越大。对于特定的地形区域，b的取值可以依据试验确定。

  12. 3 4 2 1 5 初始风场的获取 h15=h12+h23+h34+h45

  13. 初始风场的获取 观测风速矢量为： uk和vk分别为速度矢量U的二维速度分量 对于施放区任一网格点(xi,yi)，风速为 则： j≠i，i=1，2，…，n

  14. 风场的调整 用插值法获得的风场不能保证烟幕浓度的连续性，当需要大气垂直运动资料时，插值风场也无法反映大气的垂直运动。为了克服上述缺点，在进行风场模拟时，还要按照一定的物理约束对插值风场进行调整。 使用变分法对风场进行调整。

  15. 风场的调整 基本原理： 变分法是风场调整常用的方法，其原理是使调整后的风场和观测内插风场之差最小，同时满足连续性方程：

  16. 风场的调整 引入泛函数： 为了使x、y、σ坐标系中插值风场满足风场连续方程，同时使得风场改变值最小，必使泛函数 取极小值。

  17. 风场的调整 对泛函数进行求解： 由λ的控制方程式以及给定的边界条件，采用迭代方法求解 ，解出的值代回方程，就可求得u*v*w*完成对风场的变分法调整。

  18. 风场计算模式的计算机实现

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