CALPUFF View是唯一针对美国及其它许多国家的EPA法规指定的长距离拉格朗日烟团模型CALPUFF模型所设计开发的独一无二的可视化系统集成界面,在近二十多年的持续开发和应用中已充分得到EPA法规模型的权威制定机构和绝大多数国际环境咨询机构的认可和广泛的应用,已经成为国际环境咨询行业事实上的业界流行标准。

CALPUFF View

当前最新版本Version 4.0.0

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模型简介

  • CALMET 3D气象场模型
  • CALMET为CALPUFF模型中的网格化气象风场模块,包含了客观化的参数分析、陡坡地形的斜烟流参数化处理、地形影响下的动力学流体效应、特殊地形对大气流体的阻滞效应、辅散散度最小化处理、以及专门为处理海陆边界层和大面积水体区域上空的气体扩散的微气象学处理算法。

  • CALPUFF传输与扩散模型
  • CALPUFF核心模式为建立在CALMET网格风场上的非稳态拉格朗日高斯烟团模型,其中包括了复杂地形算法模块、水面扩散和水陆边界的相互影响算法、建筑物下洗算法、湿沉降、干沉降通量计算和各类化学污染物之间直接的化学变化算法。

  • CALPOST后处理程序
  • CALPOST为CALPUFF模型的数据分析后处理程序,用来处理CALPUFF模式的数值计算后的输出结果,可选择计算任意的小时时间平均浓度和各种沉降通量,还可以依据相关的推荐法规来计算能见度影响因子,CALPOST中只要直接导入CALPUFF模块的计算输出结果就可以完成环境评价所有需要浓度和能见度的分析结果报告,同时,结合集成在同一平台中的二维或三维可视化工具即可轻而易举地实现数据结果的可视化理解分析和汇总报告。

烟团与烟羽

    在大气扩散模拟工作中,决定选择烟团CALPUFF模型与烟羽AERMOD模型时,需要在以下的几个基本的方面进行考虑。

    烟羽模型的直线稳态理论假设前提是否成立;

    扩散传输的距离或范围(烟羽模型适用范围不能大于50公里);

    是否可能存在由于复杂地形而产生随时间或空间都有复杂变化的流场;

    扩散区域内的土地使用和覆盖类型是否一致;

    静风或者气流场的止滞现象;

    风向变化的多样性;


    在大气扩散的模拟区域中,如若流场变化随着空间分布变化比较大,例如,上下陡坡地形下的大气流场或这是沿着河谷山谷运动的大气气流,此时AERMOD烟羽模型的最最基本的直线稳态流场的假设即使在仅仅几公里范围之内都将不成立,此时采用CALPUFF烟团模型更为合理。

    与AERMOD烟羽模型不同,CALPUFF烟团模型模拟计算释放的污染物独立于排放源,使得烟团能对周围的气象环境参数做出及时和既时的变化,同时,这个模型本身还保证了对烟团的在任意的多个采样周期的计算追踪,一直到被模拟的烟团完全稀释,或是最终超出模型设定的模拟计算范围。

烟团排放过程的连续模拟结果图示

能见度影响分析和相应的结果后处理


    CALPOST模块可以依照IWAQM和FLAG推荐的法规规则对工业项目可能对能见度造成的影响进行模拟计算分析。

    在整个模型中完美地集成了计算后处理程序,可容易地将浓度及干湿沉降结果用二维或者三维图形显示出来,用于判读和分析,而其中包含的对计算数据的等值线绘图平台几乎完全实现了大多数专业的GIS软件或者目前流行的专业绘图软件的绘图功能,实际上不再需要将计算结果输出导入到其他第三方的绘图软件工具中。

3D 可视化平台


    在CALPUFF View 所提供的逼真的三维可视环境中,模型计算工程师可任意放大、缩小或旋转模拟计算的结果图,从各个理想的角度观察、分析影响模拟结果的各种因素。

    完整的3D视图界面;

    二维到三维视图的无缝隙转换;

    3D多层次网格化风场;

    多层风场的可视化;

    模拟范围内的三维现场漫游的逼真的真实感;

    浓度等值线图和地理地形高程等值线图;

    3D动画制作生成环境;

U.S.EPA推荐

    下面是典型的应用项目环境条件:

    下面是典型的应用项目环境条件

    复杂气流或扩散情况下的局域影响:

    1. 山谷和陡峭山体等复杂地形条件;

    2. 止滞、逆温、循环、熏烟条件;

    3. 水面、水陆边界和海岸线地理环境;

    4. 小风及静风条件;

    长距离广域范围的扩散模拟;

    能见度评估计算和I级区域影响的规划研究;

    污染状况评估评价模型,包含国家执行计划(SIP)的应用;

    二次衍生污染物的转化模拟和颗粒物模型;

    蒸腾型面源和线源(如森林火灾和铝工业企业等);

    CALPUFF View逻辑化地优化了所有与模型计算相关的各类基础数据的输入,包括污染源几何形状、排放源排放参数随时间可能发生的变化,附加的次级网格的定义、臭氧监测数据、排放的化学物质可能发生的化学反应衍生物以及所有被模拟的化学污染物值的沉降速率数据等等。

CALPUFF View 特性

静风运算法则;

次网格边界层计算;

垂直风切变;

次网格复杂地形;

建筑物下洗及BPIP界面;

水面及海岸交互影响效应;

化学转化选项:

1. MESOPUFF II

2. RIVAD/ARM3

ISCST3 或AERMOD 项目转换;

斜烟流及运动学地形效应;

停滞、逆温、循环及熏烟条件;

标准污染物建模;

二次污染物形成和颗粒物模型;

非稳态排放及气象条件;

自动下载地形气象数据;

3D气象网格风场模型

包含的气象网格风场模型(完全可以支持和接受MM5/MM4 CSUN输出)。

可以一次性地流畅地导入处理逐时地面气象数据和降雨量观测数据,每日两次的探空数据,水面观测站数据和网格化的地理特征LULC数据。

DEM数据转换

不同格式地理地形高程数据文件转化成USGS 7.5min DEM文件

CDED 1-degree

U.K.NTF

U.K.DTM

XYZ Files

GTOPO30 DEM

AutoCAD DXF

大地地理坐标转换器

每个典型的建模过程必须使用一个固定的地理长度单位(如:米),由于纬度的变化特点,每个纬度的大地几何长度都会有所不同,所以大地地理球面坐标必须从纬度/经度体系转换成大地平面坐标的米制体系,CALPUFF View中的坐标转换器同时支持UTM和兰伯特投影之间的坐标转换,并支持五种大地投影基准体系:

WGS-84

NAD-27

NWS-84

NWS-27

ESRI Ref Sphere

LULC生成器

在使用CALPUFF模型的项目中所需要的的土地利用和土地覆盖基础数据要完全符合实际的地理地表特征是困难的,CALPUFF View平台中包含一个土地利用和土地覆盖LULC文件生成工具,模型工程师可在屏幕上直接将各种格式的地貌底图(Bitmap, Shapefile, Mr.SID)通过数字化的方式直接生成模型所需要的土地利用和土地覆盖LULC文件。具体的过程是,对于每个网格单元依据USGS土地使用分类标准编码生成LULC数据,而后保存为CTG文件格式,就直接导入到CALPUFF View的模拟项目模型中了。

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