高空气象探测技术报告

长沙市城市固体废弃物处理场高空气象探测技术报告

1 项目建设背景及意义

长沙市城市固体废弃物处理场位于望城县桥驿镇黑糜峰山区，距离长沙市区35公里，占地面积2610亩，总库容量为4500万立方米。1999年10月动工建设，2003年4月28日正式投入运营。该处理场担负着长沙市区和望城县城区及部分镇、村的生活垃圾填埋处理任务。目前处理场固废场的处理方式以填埋原生生活垃圾为主，产生的臭气对周边居民生产生活造成一定影响，已成为当地群众上访和堵路的主要原因。

按照2009年9月29日李军副市长在市政府主持召开的“专题协调长沙市城市固体废弃物处理场（以下简称固废处理场）周边环境问题”会议和长府阅[2009]137号会议纪要精神，计划在固废处理场建立污染气候模型，为市政府决策在现有固废处理场进行扩建决策提供科学依据。故根据当地地形和局地微气候的特点，初步建立局地气候污染物扩散模型，为长沙市政府决策提供科学依据。

高空气象探测是为局地气候污染物扩散模型提供当地的低空气象数据而进行的。

2、项目来源

该项目由长沙市人民政府出资，由长沙市城市管理局牵头，市环保局、气象局参入实施。湖南省气候中心协助市气象局完成局地气候污染物扩散模型及相应的高空气象探测等相关工作。

3、现有技术基础

3.1 SYSUM 污染物扩散模型简介

SYSUM 模式是一个三维多尺度的在线欧拉型扩散模式，能够模拟对流层中单一气态污染物的扩散。SYSUM 模式气象场模拟的动力框架是由MM5模式组成，MM5模式提供三维的模拟风场、温度、气压和湿度。而模式的污染物扩散传输部分采用污染物的质量连续方程来计算，包括平流、扩散、干湿沉降等过程，方程形式为：

L Q z c K z y c K y x c K x z

wc y

vc x

uc t c -+⎪⎭

⎫

⎝⎛∂∂∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂=

∂∂+∂∂+∂∂+∂∂

其中c 为污染物浓度，u 、v 、w 为风速的三维分量，K 为湍流扩散系数，Q 为源强，L 为干湿沉降项。

SYSUM 适用于污染物短距离传送（距污染源十公里范围左右）、中距离传送（十公里至一百公里范围）、长距离传送（大于一百公里以上）的扩散模拟，考虑了污染物的干沉降、湿沉降、污染源的浮力抬升等因素 ，能输出污染物的三维空间浓度分布和地面沉降量。

初始资料和侧边界资料由1°×1°水平网格分辨率每天4时次的美国国家环境预报中心(NCEP)的全球再分析资料水平内插到模拟区域D01和垂直内插到加密的σ面上。将每日两次的常规观测资料和高空探测资料以及每日四次的地面观测资料插值到模拟的母区域。

模式的物理过程设置如下。采用MRF 行星边界层方案和CCM2长波短波辐射参数化方案。陆面过程采用强迫恢复方案，地面温度根据能量收支方程来计算。云微物理参数化采用Dudhia 简单冰相方案。在格距大于5km 区域采用Grell 积云参数化方案；在格距小于5km 区

域网格可以分辨出云尺度物理量，不采用任何积云参数化方案。

选择典型时段气象条件下，采用SYSUM模式开展格距为1km的污染物较长距离传送的扩散模拟，输出污染物浓度分布图以及风场等气象要素分布场。分析探讨污染物的输送扩散特定天气条件下气象要素的关系。

3.2 高空气象探测

高空气象探测采用GTC2型L波段探空数据接收机接受探空仪的信号，探空仪采用GTS1-2型探空仪，GTS1-2型探空仪可测量温度、湿度和气压。

测风主要采用光学测风经纬仪，光学测风经纬仪主要用来跟踪气球并测量气球的仰角、方位角，与GTC2型L波段探空数据接收机同时进行观测探空气球测风时，采用无斜距测风，用气压高度反算斜距计算风，得到高空风资料。

受地形和天气的影响，使用GTC2型L波段探空数据接收机和光学测风经纬仪不能长时间得到完整的观测数据，当气球升到一定的高度以后，我们使用长沙探空站的雷达进行接收，获得了比较详细的探空数据。

4、主要观测时段及要素

为了尽可能的了解长沙市城市固体废弃物处理场的高空气象情况，我们根据长沙的天气气候特点，选择了能够代表长沙冬季、春季和夏季的三个时段进行的高空气象探测。分别是：

冬季：2011年2月26日20时～2011年3月3日08时共计10次；

气温在10℃以下；

春季：2011年4月14日20时～2011年4月20日08时共计12次；气温在20～25℃之间；

夏季：2011年7月3日20时～2011年7月7日08时共计8次；

最高气温在35℃左右；

总共30时次的高空气象探测。

每次探空基本上获得了各高度的气压、气温、湿度、风向风速资料。

5、资料对比分析

由于GTS1-2型探空仪的发射功率较大，必须要等长沙探空站的探空结束以后才能进行探测，一般探测时间早晨8:40左右开始，晚上20:40左右开始。与长沙探空站的观测时间相差1小时左右。

从30次得观测数据来看，一般超过2000米数据相差较小、超过3000米数据相差很小、超过5000米数据基本相同。

低空在近地面有逆温层时温度相差较大，如：

2月26日19时925Hpa有2.7度差别；

2月27日07时925Hpa有3.9度差别；

2月28日19时850Hpa有6.4度差别；

4月19日19时1000Hpa有7.4度差别；

4月20日07时1000Hpa有3.5度差别；

其他25个时次的差别很小。

湿度只有3个时次相差相对较大，分别是：

4月17日19时，

4月19日19时（只在1000Hpa有差别），

4月20日07时，

低空湿度与云层、小气候等有关，不同地点低空湿度无可比性。其他27个时次差别都很小。

地面风记录误差，在垃圾场受地形影响有地面风切变现象，在近地层1000米以内风向风速有一定误差，有些层次风速误差在2-3米/秒左右，风向是受经纬仪观测与雷达观测影响，风向误差无可比性。风速受观测设备（经纬仪、雷达）和计算方法（垃圾场用无斜距测风）影响。

为了清楚的表达近地逆温对长沙市城市固体废弃物处理场的距地气候的影响，将4月19日20时的各高度的气象要素值与长沙探空站的值进行对比列出。

4月19日20时的各高度的气象要素值与长沙探空站的值

时间气压

黑

气压

马

气温

黑

气温

马

湿度

黑

湿度

马

高度

黑

高度

马

风

向

风

向

风

速

风

速

0 1002.1 1008.7 18 21.8 65 52 70 5245 135 1 1

1 968.4 971.

2 21.9 23.1 24 16 36

3 377110 150

4 3

2 935.7 933.5 19.6 19.9 21 16 655 733150 145 4 4

3 904.1 896.8 17.3 16.6 16 19 943 1077148 147 7 4

4 873.8 861.3 14.6 13.3 19 23 1230 1418148 143 8 3

5 845.2 824.9 11.9 9.8 25 30 1515 1768139 114

6 3

6 818.

7 790.1 11.9 7 20 23 1796 2123114 55 5 4

7 792.2 757.7 9.8 6.7 23 36 2077 2477103 15 5 6

8 767 724.9 7.6 3.5 26 27 2358 2831359 5

9 738.4 692.5 4.6 3.2 35 2 2639 3187283 1

10 713 662.7 5.3 0.4 2 2 2920 3549131 1

11 687.6 633.5 3.2 -1.8 2 2 3200 3911346 2

12 665.2 605.7 1.1 -4 2 2 3479 4273262 3

13 641 578.2 -0.8 -6.8 2 2 3759 4641256 4